KR20150082438A

KR20150082438A - 치과용 카메라를 교정하기 위한 교정 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20150082438A
Application number: KR1020157014567A
Authority: KR
Inventors: 브요른 포필카; 프랑크 티엘; 프랑크 포르스터
Original assignee: 시로나 덴탈 시스템스 게엠베하
Priority date: 2012-11-02
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2015-07-15
Also published as: KR102236297B1; US10531072B2; US20150288952A1; EP2914205B1; JP2016500546A; CN104780865B; CN104780865A; WO2014068097A1; DE102012220048B4; DE102012220048A1; JP6170566B2; EP2914205A1; DK2914205T3

Abstract

본 발명은 치과 대상물(10)을 3차원으로 광학 측정하기 위한 프린지 투영 방법을 기반으로 하는 치과용 카메라(1) - 치과용 카메라는 복수의 프린지(5)로 이루어지는 투영 패턴(3)을 생성하기 위한 투영 그리드(2) 및 생성된 투영 패턴(3)을 측정될 대상물(10) 상에 투영하는 광학 시스템(4)을 포함함 - 를 교정하기 위한 방법 및 교정 장치에 관한 것이다. 제1 단계에서, 프린지 투영 방법을 이용하여 치과용 카메라(1)에 의해 알려진 치수를 갖는 기준면(74)이 측정된다. 기준면(74)에 대해 복수의 측정 지점(11)의 실제 좌표들(33, 36)이 결정되고, 결정된 실제 좌표들(33, 36)이 기준면(74) 상의 측정 지점(11)의 표적 좌표들(34)과 비교된다. 다음의 방법 단계에서, 실제 좌표들(33, 36)과 표적 좌표들(34) 사이의 편차들(35, 37)로부터 기인하여, 투영 패턴(3)의 개개의 프린지(5)에 대해 복수의 보상 값들(40, 50, 51, 52, 53)이 계산된다.

Description

치과용 카메라를 교정하기 위한 교정 장치 및 방법{CALIBRATION DEVICE AND METHOD FOR CALIBRATING A DENTAL CAMERA}

본 발명은 치과 대상물을 3차원으로 광학 측정하기 위한 프린지 투영 방법(fringe projection method)을 기반으로 하는 치과용 카메라를 교정하기 위한 방법 및 교정 장치에 관한 것으로서, 치과용 카메라는 복수의 프린지로 이루어지는 투영 패턴을 생성하기 위한 투영 그리드 및 생성된 투영 패턴을 측정될 대상물 상에 투영하는 광학 시스템을 포함한다.

다수의 프린지 투영 방법들이 3차원 광학 측정을 위해 종래 기술로부터 알려져 있다. 이러한 방법들에서, 투영 패턴은 측정될 대상물 상에 투영된다. 계속해서, 삼각 측량법을 사용하여, 대상물 상의 측정 지점들의 3-D 좌표가 왜곡된 투영 패턴에 기초하여 계산된다. 이어서, 측정 지점들의 클라우드(cloud)로부터, 대상물의 3-D 모델이 계산된다.

이러한 방법의 단점은, 투영 그리드에서의 제조 에러(production error)들, 또는 광학 시스템의 광학 에러들이 생성된 3-D 모델로 하여금 대상물의 실제 치수들과 비교하여 측정 에러들을 갖게 할 수 있다는 점이다. 투영 그리드의 제조 에러들은, 예를 들어 잘못된 프린지 폭으로 이어지거나, 프린지들 사이의 부정확한 거리로 이어질 수 있다. 광학 시스템에서의 광학 에러들은, 예를 들어 투영 패턴을 왜곡시키는 왜곡일 수 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은 제조 에러들 또는 광학 이미징 에러(optical imaging error)들에 의해 야기되는 측정 에러들을 보상해주기 위해 치과용 카메라를 교정하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 치과 대상물을 3차원으로 광학 측정하기 위한 프린지 투영 방법을 기반으로 하는 치과용 카메라를 교정하기 위한 방법에 관한 것이다. 치과용 카메라는 복수의 프린지로 이루어지는 투영 패턴을 생성하기 위한 투영 그리드 및 생성된 투영 패턴을 측정될 대상물 상에 투영하는 광학 시스템을 포함한다. 본 방법의 제1 단계에서, 프린지 투영 방법을 이용하여 치과용 카메라에 의해 알려진 치수를 갖는 기준면이 측정된다. 기준면에 대해 복수의 측정 지점의 실제 좌표들이 결정된다. 이어서, 결정된 실제 좌표들이 알려진 치수를 갖는 기준면 상의 측정 지점의 알려진 표적 좌표들(원하는 좌표들)과 비교된다. 다음의 방법 단계에서, 실제 좌표들과 표적 좌표들 사이의 편차들로부터 기인하여, 투영 패턴의 개개의 프린지에 대해 복수의 보상 값들이 계산된다. 이어서, 이들 계산된 보상 값들은 치과 대상물을 측정할 경우에 고려되어서 실제 좌표들과 표적 좌표들 사이의 편차들을 보상해준다.

기준면은 복수의 마킹(marking)이 제공되는 교정 플레이트이고, 마킹은 치과용 카메라에 대한 교정 플레이트의 정밀한 위치 및 정렬을 결정하기 위해 사용된다. 이어서, 실제 좌표들과 교정 플레이트 사이의 편차들이 교정 플레이트에 수직인 방향을 따라 결정된다.

교정의 결과는 투영 패턴을 정정하기 위해 평행 프린지로 이루어지는 투영 패턴 상의 대상물을 측정하는 동안 보상 방법 단계에서 사용되는 보상 값들로 이루어지는 행렬(matrix)이고, 이어서, 프린지 제조 방법을 사용함으로써, 정정된 투영 패턴에 기초하여 대상물의 3차원 이미지가 계산된다.

프린지 투영 방법에서, 복수의 평행 프린지로 이루어지는 패턴은 측정될 대상물 상에 투영되고, 프린지의 왜곡에 기초한 대상물의 3차원 이미지가 삼각 측량법을 사용하여 생성된다.

예를 들어, 프린지를 색-코딩(color-code)하여 식별을 가능하게 할 수 있다. 이를 위해, 복수의 착색 프린지로 이루어지는 패턴이 대상물 상에 투영된다. 이어서, 측정 지점에 대한 깊이 좌표가 결정되고, 대상물의 3D 모델이 생성된다. 착색 프린지는 그들의 색에 의해 명확하게 식별될 수 있다. 예를 들어, 네 개의 착색 프린지 및/또는 세 개의 색 전이부가 착색 프린지를 색-코딩하는데 사용될 수 있다. 착색 프린지는, 예를 들어 슬라이드(slide)를 사용하여 생성될 수 있다.

그러한 프린지 투영 방법의 프린지 폭은, 예를 들어 측정될 대상물의 측정 체적(volume)에서 150㎛일 수 있다.

광학 측정의 경우, 상이한 광학 특성, 예컨대 강도, 색, 편광(polarization), 간섭성(coherence), 위상, 콘트라스트, 장소 및 전파 시간을 이용하여 프린지를 코딩하는 상이한 프린지 투영 방법이 또한 사용될 수 있다.

투영 패턴을 생성하기 위한 투영 그리드는, 예를 들어 광이 통과하는 슬라이드일 수 있으며, 그에 의해 평행 프린지가 생성된다. 기준면은, 예를 들어 편평한 표면 또는 반구체와 같은 임의의 3차원 표면일 수 있다. 투영 그리드의 제조 에러 또는 광학 시스템의 이미징 에러는 기준면 상의 측정 지점의 실제 좌표와 표적 좌표 사이에 편차를 야기한다. 이를 보상하기 위해, 개개의 프린지에 대해 보상 값들이 계산된다. 이러한 보상 값들은 메모리에 저장될 수 있고, 정정된 투영 패턴을 이용하여 3차원 이미지를 계산하기 전에, 교정 후 측정 동안 투영 패턴에 대해 나중에 사용될 수 있다. 이는 실제 좌표와 표적 좌표 사이의 편차를 보상해준다.

마킹은, 예를 들어 서로에 대해 일정한 거리에 배열되는 직사각형 마킹일 수 있다. 이는 카메라에 대한 기준면의 거리뿐 아니라 정렬도 마킹들 사이의 거리를 이용하여 컴퓨터에 의해 계산될 수 있게 한다. 측정 지점의 실제 좌표들을 이용함으로써 어떠한 피팅(fitting)도 요구되지 않는데, 이는 마킹을 이용하여 그 위치가 이미 결정되어 있기 때문이다. 이에 따라, 실제 좌표와 교정 플레이트 사이의 편차가 컴퓨터를 사용하여 직접 계산될 수 있다.

기준면의 위치를 결정하기 위해, 문헌("오프-더-셀프 카메라 및 렌즈를 이용하는 고정밀도 3D 화상 계측법을 위한 다용도 카메라 교정 기술(A Versatile Camera Calibration Technique for High-Accuracy 3D Vision Metrology Using Off-the-Shelf Cameras and Lenses)", 1987)에 보이는 짜이(Tsai)의 공지된 교정 방법, 또는 창(Zhang)의 공지된 방법("카메라 교정을 위한 융통성 있는 신기술(A flexible new technique for camera calibration)", 2000) - 이것 또한 문헌에 보임 - 이 사용될 수 있다.

이러한 방법의 이점은 제조 에러 또는 광학 시스템에 의한 이미징 에러로 인해 발생하는 편차가 보상되고, 그럼으로써 이미지 품질이 개선된다는 점이다.

그러한 행렬의 보상 값은, 예를 들어 각각의 프린지에 대해 실제 좌표와 표적 좌표 사이의 편차를 보상해주기 위해서 각각의 평행 프린지의 필요한 변위를 나타내는 변위 벡터일 수 있다. 3차원 이미지를 계산하는 경우, 먼저 보상 값들로 이루어지는 행렬이 투영 패턴에 대해 사용되고, 그 이후에는 정정된 투영 패턴을 사용하여 계산된 대상물 상의 측정 지점의 3-D 좌표만이 있게 된다.

유리하게는, 기준면은 평면일 수 있고, 실제 좌표들과 표적 좌표들 사이의 편차들은 최소 제곱법에 의해 실제 좌표들을 사용하여 기준 평면을 피팅함으로써 결정될 수 있고, 이어서, 실제 좌표들과 기준 평면 사이의 편차들은 기준 평면에 수직인 방향을 따라 결정될 수 있다.

이에 따라, 치과용 카메라에 대한 기준면의 정밀한 위치가 피팅에 의해 결정된다. 완벽한 투영 그리드 및 완벽한 광학 시스템의 경우에, 모든 표적 좌표는 이에 따라 실제 좌표가 표적 좌표와 대응하게 되도록 기준면의 평면 내에 놓이게 될 것이다.

유리하게는, 실제 좌표들과 표적 좌표들 사이의 편차들은 치과용 카메라에 대한 기준면의 상이한 거리 및 정렬에 대해 다수의 이미지로부터 결정될 수 있다.

광학 에러에 의해 야기된 왜곡은 실제 좌표들과 표적 좌표들 사이의 편차들이 치과용 카메라에 대한 기준면의 거리에 따라 변할 수 있도록 깊이-의존적일 수 있다. 상이한 거리에 대해 보상 값을 결정함으로써, 깊이-의존적 광학 이미지 에러들이 또한 보상될 수 있다.

유리하게는, 이미지들은, 치과용 카메라를 위한 제1 보유 장치 및 제1 보유 장치에 대해 복수의 단계로 특정 방식으로 조정될 수 있는, 기준면을 위한 제2 보유 장치를 갖는 교정 장치를 사용하여 촬영될 수 있다.

그러한 교정 장치는 기준면에 대해 단계별로 카메라의 거리 및 정렬을 변화하게 할 수 있다. 이에 따라, 이미지들이 기준면과 치과용 카메라 사이의 상이한 거리 및 각도에 대해 촬영될 수 있고, 이어서, 이미지들 각각을 위한 개개의 프린지에 대해 보상 값들이 결정될 수 있다. 제1 보유 장치 및 제2 보유 장치는, 예를 들어 나사식 접합부에 의해 연결될 수 있다.

유리하게는, 프린지의 각각의 에지에 대해, 투영 그리드의 평면에서의 이러한 에지의 필요한 변위를 나타내게 할 목적으로, 단 하나의 보상 값이 계산되어 이러한 에지의 편차들을 보상해줄 수 있다.

프린지 투영 방법에서, 각각의 프린지의 두 개의 에지들이 평가되어 이러한 에지를 따른 측정 지점의 3-D 좌표들을 계산하게 된다. 에지에 대한 보상 값은, 예를 들어 각각의 에지의 모든 측정 지점에 대해 실제 좌표와 표적 좌표 사이의 편차를 결정해줌으로써, 그리고 이어서, 이들 편차의 평균을 만들어줌으로써(계산해줌으로써) 계산될 수 있다. 이어서, 편차들의 이러한 평균 값을 이용하여 대응하는 보상 값이 계산된다.

유리하게는, 프린지의 각각의 에지는 복수의 섹터들로 분할될 수 있고, 그에 의해 각각의 섹터에 대해 보상 값이 계산되는데, 이 보상 값은 투영 그리드의 평면에서의 이러한 섹터의 필요한 변위를 나타내어 이러한 섹터에 대한 편차들을 보상해준다.

따라서, 각각의 에지는 보상을 개선하기 위해 복수의 섹터로 분할된다. 에지가 파형(wavy)인 경우, 그는 전체 에지를 변위시키기에 충분하지 않다. 대신에, 섹터 각각에 대해 독립적인 보상 값이 계산되어 그 각각의 섹터에 대한 에러를 보상해준다.

유리하게는, 실제 좌표들과 표적 좌표들 사이의 편차들은 치과용 카메라에 대해 동일한 위치 및 정렬에서 기준면의 복수의 3차원 이미지를 촬영함으로써 결정될 수 있는데, 이때, 개개의 이미지들로부터의 편차들은 노이즈 신호에 의해 생성되는 비-시스템 에러(non-systematic error)들을 감소시키기 위해서 평균화된다.

그에 따라, 노이즈 신호에 의해 야기된 에러들은, 예를 들어 투영 그리드의 제조 에러 또는 광학 시스템의 이미징 에러에 의해 야기되는 시스템 에러만이 남도록 평균화된다.

본 발명의 추가의 목적은 치과 대상물을 3차원으로 광학 측정하기 위한 프린지 투영 방법을 기반으로 하는 치과용 카메라를 교정하기 위한 교정 장치인데, 여기서 치과용 카메라는 복수의 프린지로 이루어지는 투영 패턴을 생성하기 위한 투영 그리드 및 생성된 투영 패턴을 측정될 대상물 상에 투영하는 광학 시스템을 포함한다. 교정 장치는 치과용 카메라를 위한 제1 보유 장치 및 기준면을 위한 제2 보유 장치를 갖는데, 여기서 제1 보유 장치는 제2 보유 장치에 대해 조정되어서 치과용 카메라와 기준면 사이에 다수의 한정된 거리 및/또는 정렬을 가져올 수 있게 한다.

기술된 교정 장치를 이용하여, 전술한 방법은 치과용 카메라의 교정을 수행하는 데 사용될 수 있다. 이러한 교정 장치에 의해, 치과용 카메라와 기준면 사이의 상이한 거리 및/또는 정렬에 대해 다수의 이미지들이 촬영될 수 있다. 이어서, 이미지들 각각에 대해 보상 값들로 이루어지는 행렬이 계산되어, 투영 패턴을 정정하는데 사용될 수 있다. 불완전한 광학 시스템에 의해 야기된 거리-의존 이미징 에러들이 이러한 방식으로 보상될 수 있다.

유리하게는, 제1 보유 장치는 내부 나사를 가질 수 있고, 제2 보유 장치는 외부 나사를 가질 수 있는데, 이 외부 나사는 제1 보유 장치의 내부 나사에 맞물린다. 제2 보유 장치에 대해 제1 보유 장치를 회전시킴으로써, 기준면에 대한 치과용 카메라의 거리 및 정렬은 이에 따라 한정된 단계로 변화될 수 있다.

그러한 나사식 연결에 의해, 카메라에 대한 기준면의 거리 및 정렬이 회전에 의해 단계적으로 용이하게 변화될 수 있다.

유리하게는, 편평한 기준면이 외부 나사의 중심 축에 대해 50° 내지 70°의 각도로 제2 보유 장치에 배열될 수 있다.

각도는 특히 65°일 수 있다.

회전에 의해, 높이는 외부 나사의 중심 축(z-축) 또는 카메라의 광학 축의 방향에서 조정된다. 360° 회전 후, 기준면은 카메라에 대해 각도는 동일하지만 높이가 상이한 위치(상이한 z-위치)에 복귀한다. 또한, 90°, 180° 및 270°의 중간 위치에서 이미지들을 생성하는 것이 유리하다. 기준면의 각진 위치 및 광학 축을 중심으로 하는 회전이 주어지면, 표적은 대안적으로 카메라의 x-축 및 y-축을 중심으로 하는 정(positive) 및 부(negative)의 각도 위치를 추정한다.

이는 카메라에 대한 기준면의 각도가 회전 동안 넓은 각도 범위 내에서 변화될 수 있게 하여 복수의 중간 위치들을 측정할 수 있게 한다.

유리하게는, 편평한 기준면은 서로에 대해 알려진 거리에 배열되는 복수의 정사각형 마킹을 가질 수 있다.

이에 따라, 마킹을 사용하여, 카메라에 대한 기준면의 정밀한 위치가 결정될 수 있다. 이를 위해 공지의 교정 방법들이 사용될 수 있다.

본 발명은 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다. 도면에서,
도 1은 프린지 투영 방법을 기반으로 하는 치과용 카메라의 개략도를 도시한다.
도 2는 도 1로부터의 왜곡된 투영 그리드의 개략도를 도시한다.
도 3은 왜곡된 투영 패턴의 개략도를 도시한다.
도 4는 도 1로부터의 치과용 카메라의 카메라 모델의 개략도를 도시한다.
도 5는 보상 방법 단계를 예시하기 위한 개략도를 도시한다.
도 6은 보상 방법 단계의 다른 실시예를 예시하기 위한 개략도를 도시한다.
도 7은 교정 장치의 개략도를 도시한다.
도 8은 마킹을 갖는 교정 플레이트를 도시한다.

도 1은 3차원 광학 측정을 위한 프린지 투영 방법을 수반하는 치과용 카메라(1)의 개략도를 도시한다. 치과용 카메라(1)는 복수의 평행 프린지로 이루어지는 투영 패턴(3)을 생성하기 위한 투영 그리드(2), 및 생성된 투영 패턴(3)을 측정될 대상물(도시되지 않음) 상에 투영하는 광학 시스템(4)을 포함한다. 투영 그리드는, 예를 들어 복수의 평행 프린지(5)를 갖는 슬라이드일 수 있다. 조명 빔(6)은 LED와 같은 광원(7)에 의해 생성되어 투영 그리드(2)를 통과하고, 편향 프리즘(8)에 의해 편향된 다음, 광학 시스템(4) 및 편향 미러(9)에 의해 측정될 대상물(10) 상에 투영된다. 대상물(10)은, 예를 들어 치아 표면일 수 있다. 조명 빔(6)은 십자로 표시되는 측정 지점(11)에 의해 관찰 빔(12)으로서 반사된다. 이어서, 관찰 빔(12)은 편향 미러(9)에 의해, 광학 시스템(4)에 의해, 그리고 제2 편향 프리즘(13)에 의해 이미지 검출기(14)로 편향된다. 이미지 검출기(14)는, 예를 들어 CCD 검출기 또는 CMOS 검출기일 수 있다. 프린지 투영 방법을 사용함으로써, 조명 빔(6)과 관찰 빔(12) 사이의 삼각 측량 각도(15), 및 광원(7)과 이미지 검출기(14)의 알려진 위치들을 이용하여, 치과용 카메라(1)에 대한 측정 지점(11)의 3-D 좌표가 결정된다. 이러한 방식으로, 측정될 대상물(10)이 투영된 투영 패턴(3)의 측정 필드(16) 내에서 완전하게 측정된다. 투영 패턴(3)의 개개의 프린지(5)를 식별하기 위해, 개개의 프린지는 상이한 광 특성, 예컨대 강도, 색, 편광, 간섭성, 위상, 콘트라스트, 장소 및 전파 시간을 사용하여 인코딩될 수 있다.

색 코딩으로는, 주어진 프린지가 이웃하는 프린지들과 관련하여 독특하게 식별될 수 있는데, 여기서 예를 들어 네 개의 이웃하는 착색된 프린지들 또는 세 개의 색 전이부들의 시퀀스가 독특하게 코딩될 수 있다.

위상을 사용하는 코딩으로는, 개개의 프린지가 프린지(5)의 경로에 대해 종방향인 사인(sine) 패턴을 가질 수 있는데, 여기서 개개의 프린지(5)에 대한 사인 패턴의 위상은 약간 시프트(shift)되어 있다. 각각의 프린지는 위상 시프트를 이용하여 독특하게 식별될 수 있다.

그러한 프린지 투영 방법의 프린지 폭은, 예를 들어 측정될 대상물(10)의 측정 필드(16)에서 150㎛일 수 있다.

투영 그리드(2)의 제조 에러 및 광학 시스템(4)의 이미징 에러는 투영 패턴(3)이 왜곡된 방식으로 이미징되게 할 수 있다. 이는 측정된 대상물(10)의 표면 상에서 측정 지점의 3-D 좌표를 결정하는 경우에 측정 에러로 이어진다. 이러한 측정 에러를 보상하기 위해, 본 발명의 방법이 실행된다.

도 2는 휘도가 다른 평행 프린지(5)를 갖는 도 1에 따른 투영 그리드(2)의 개략도를 도시한다. 어두운 프린지들이 평행선 음영(shading)으로 묘사되어 있다. 프린지(5)는 제조 에러에 의해 왜곡되어서, 개개의 프린지(5)의 실제 프린지 폭(20)이 표적 프린지 폭(원하는 프린지 폭)(21)과는 상이하게 된다. 예를 들어, 표적 프린지 에지(22)가 좌측에서 세 번째 프린지에서 점선으로 묘사되어 있다. 실제 프린지 폭(20)과 표적 프린지 폭(21) 사이의 이러한 편차는 생성되는 3차원 이미지에서의 측정 에러로 이어진다.

도 3은 도 1에 따른 대상물(10) 상에 프린지(5)가 투영된 상태의 투영 패턴(3)을 도시하는데, 여기서는 제조 에러에 의해 왜곡된 도 2에 따른 프린지가 도 1에 따른 광학 시스템(4)의 이미징 에러에 의해 추가로 왜곡되어 있다. 소위 광학 왜곡은 임의의 형태일 수 있다. 본 경우에, 왜곡은 필로우 형상(pillow-shape)이며, 이때, 투영 패턴(3)의 코너들은 따로따로 당겨진다. 왜곡은 또한, 회전 대칭의 배럴 형상(barrel-shape) 왜곡일 수 있는데, 여기서 투영 패턴의 코너들은 중앙을 향해 왜곡된다. 이에 따라, 이러한 광학 왜곡도 또한 대상물(10)의 3차원 이미지의 측정 에러로 이어진다.

도 4는 본 발명의 방법을 예시하기 위한 개략도를 도시하는데, 그에 의해 도 1에 따른 치과용 카메라의 카메라 모델이 도시되어 있다. 광원(7)은 조명 빔(6)을 방출한다. 투영 그리드(2)는 짧은 대시로 나타내는 복수의 평행 프린지(5)를 갖는다. 투영 패턴은 측정 대상물(10)의 표면 상에 투영된다. 조명 빔(6)은 측정 지점(11)에서 반사되고 관찰 빔(12)으로서 이미지 검출기(14)로 다시 반사되는 것이 개략적으로 도시되어 있다. 이어서, 치과용 카메라(1)에 대한 측정 지점(11)의 3-D 좌표가 삼각 측량 각도(15) 및 광원(7)과 이미지 검출기(14)의 위치를 이용하여 계산된다. 도 2 및 도 3에 따라 야기된 투영 패턴(3)의 왜곡으로 인해, 원하는 표적 프린지 에지(30)가 실제 잘못된 프린지 에지(31)에 대해 시프트된다. 그 과정에서, 조명 빔(6)도 또한 변경된 조명 빔(32)(점선)으로 시프트된다.

시프트된 잘못된 조명 빔(32)은 측정 지점(11)의 실제 좌표(33)에서 관찰 빔(12)과 교차한다. 이러한 실제 좌표(33)는 측정 지점(11)의 표적 좌표(34)로부터 상당히 벗어나 있다. 교정을 수행하기 위해, 기록될 대상물(10)은 편평한 기준 평면이다. 교정을 위해, 실제 좌표(33)와 측정 지점(11)의 표적 좌표(34) 사이의 편차(35)가 결정된다. 편차(35)는, 예를 들어 기준 평면(10)에 수직으로 결정될 수 있다. 이러한 방식으로, 실제 좌표들(36), 및 기준 평면(10) 상의 다른 측정 지점으로부터의 편차들(37)이 결정된다. 치과용 카메라(1)에 대한 기준 평면(10)의 정밀한 위치를 결정하기 위해, 기준 평면은 서로 알려진 거리를 두고 마킹들을 가질 수 있다. 마킹을 사용하면, 치과용 카메라(1)에 대해 그리고 이어서 편차들(35, 37)에 대해 기준 평면(10)의 정밀한 위치를 결정할 수 있다.

대안적으로, 결정된 실제 좌표들(33, 36)에 의해 기준 평면이 피팅될 수 있고, 이어서 실제 좌표들(33, 36)과 기준 평면 사이의 편차들이 결정될 수 있다. 이어서, 편차들(35, 37)에 기초하여, 개개의 프린지(5)에 대해 이러한 편차들을 보상해주는 보상 값들이 결정된다.

도 5는 본 방법의 보상 단계를 예시하기 위한 개략도를 도시한다. 편차들(35, 37)과 함께 시작하면, 실제 프린지 에지(41)의 편차들(35, 37)을 보상해주기 위해서, 원하는 표적 프린지 에지(22)에 대한 실제 프린지 에지(41)의 필요한 시프트를 나타내는 보상 값(40)이 계산된다.

이러한 방식으로, 도 3에 따른 다른 프린지(5)들 모두에 대해 보상이 수행된다.

도 6은 본 방법의 보상 단계의 제2 실시예의 개략도를 도시한다. 도 5와 비교해서, 실제 프린지 에지(41)의 경우에, 단지 하나의 보상 값이 아니라 오히려 복수의 보상 값들(50, 51, 52, 53)이 네 개의 섹터들(54, 55, 56, 57)에 대해 결정된다. 실제 프린지 에지의 개개의 섹터들(54, 55, 56, 57)에 대한 평균 값들(58, 59, 60, 61)이 결정되고, 이어서 표적 프린지(22)로부터의 편차들(50, 51, 52, 53)이 결정된다. 이러한 방식으로, 상이한 섹터들(54, 55, 56, 57)뿐만 아니라 제2 실제 프린지 에지(62)와 관련하여 예시된 바와 같은 다른 프린지(5)에 대해서도 보상 값들이 결정된다. 이에 따라, 투영 패턴(3)을 정정하기 위해 대상물(10)을 측정하는 동안 보상 방법 단계에서 투영 패턴(3)에 대해 사용되는 보상 값의 행렬이 계산된다. 이어서, 정정된 투영 패턴을 사용하여, 대상물(10)의 3차원 이미지가 계산된다.

도 7은 도 1에 따른 치과용 카메라(1)를 위한 제1 보유 장치(71), 및 기준면(74)을 갖는 교정 플레이트(73)를 위한 제2 보유 장치(72)를 구비한 교정 장치(70)의 개략도를 도시한다. 제1 보유 장치(71)는 내부 나사(75)를 갖고, 제2 보유 장치(72)는 외부 나사(76)를 가지며, 이들 두 개의 나사는 상호 맞물린다. 그에 따라, 화살표(78)로 도시된 바와 같이 회전축(77)을 중심으로 제1 보유 장치(71)에 대해 제2 보유 장치(72)를 회전시킴으로써, 치과용 카메라(1)와 기준면(74) 사이의 위치 및 배향은 화살표(79)로 나타낸 바와 같이 한정된 방식으로 변화된다. 내부 나사(75) 및 외부 나사(76)는 한정된 단계로 회전(78)을 제공하기 위해 캐치 수단을 갖는 맞물림 장치를 구비할 수 있다. 이는 기준면(74)의 복수의 이미지가 치과용 카메라(1)와 기준면(74) 사이에 한정된 각도를 갖고 그리고 특정 간격으로 반복적으로 촬영될 수 있게 한다. 이에 따라, 본 교정 방법은 상이한 거리 및 각도에 대해 수행되어서, 도 6에 따른 보상 값들(50, 51, 52, 53)로 이루어지는 행렬이 결정되게 한다. 광학 왜곡에 의해 야기되는 깊이-의존 측정 에러들이 이러한 방식으로 보상될 수 있다.

도 8은 도 7에 따른 기준면(74)을 갖는 교정 플레이트(73)를 도시하는데, 여기서 기준면(74)에는 서로에 대해 특정 거리(81, 82)에 있는 마킹들(80)이 제공되어 있다. 마킹들은 또한 상이한 휘도의 것일 수 있다. 밝은 마킹들로 이루어지는 특징적 패턴(83)에 의해서, 기준면(74) 상의 각각의 이미지의 정밀한 위치가 결정될 수 있다. 이에 따라, 치과용 카메라(1)에 대한 기준면의 조정된 위치 및 정렬이 점검될 수 있다.

1 치과용 카메라
2 투영 그리드
3 투영 패턴
4 광학 시스템
5 평행 프린지
6 조명 빔
7 광원
8 편향 프리즘
9 편향 미러
10 측정된 대상물
11 측정 지점
12 관찰 빔
13 편향 프리즘
14 이미지 검출기
15 삼각 측량 각도
16 측정 필드
20 실제 프린지 폭
21 표적 프린지 폭(원하는 프린지 폭)
30 표적 프린지 에지(원하는 프린지 에지)
31 실제 프린지 에지
32 조명 빔
33 실제 좌표
34 표적 좌표(원하는 좌표)
35 편차
36 실제 좌표
37 편차
40 보상 값
41 실제 프린지 에지
50 보상 값
51 보상 값
52 보상 값
53 보상 값
54 제1 섹터
55 제2 섹터
56 제3 섹터
57 제4 섹터
58 제1 평균 값
59 제2 평균 값
60 제3 평균 값
61 제4 평균 값
70 교정 장치
71 제1 보유 장치
72 제2 보유 장치
73 교정 플레이트
74 기준면
75 내부 나사
76 외부 나사
77 회전축
78 회전 운동
79 조정
80 마킹
81 제1 거리
82 제2 거리
83 밝은 마킹의 패턴

Claims

치과 대상물(10)을 3차원으로 광학 측정하기 위한 프린지 투영 방법을 기반으로 하는 치과용 카메라(1) - 상기 치과용 카메라(1)는 복수의 프린지(5)로 이루어지는 투영 패턴(3)을 생성하기 위한 투영 그리드(2) 및 생성된 상기 투영 패턴(3)을 측정될 상기 대상물(10) 상에 투영하는 광학 시스템(4)을 포함함 - 를 교정하기 위한 방법으로서, 상기 치과용 카메라(1)에 의해, 상기 프린지 투영 방법을 이용하여 알려진 치수를 갖는 기준면(74)을 측정하고, 상기 기준면(74)에 대해 복수의 측정 지점(11)의 실제 좌표들(33, 36)을 결정하고, 그에 의해 결정된 상기 실제 좌표들(33, 36)을 알려진 치수를 갖는 상기 기준면(74) 상의 측정 지점(11)의 알려진 표적 좌표들(34)과 비교하고, 상기 실제 좌표들(33, 36)과 상기 표적 좌표들(34) 사이의 편차들(35, 37)로부터 기인하여, 상기 투영 패턴(3)의 개개의 프린지(5)에 대해 복수의 보상 값들(40, 50, 51, 52, 53)을 계산하고, 상기 치과 대상물(10)의 측정 동안, 계산된 상기 보상 값들(40, 50, 51, 52, 53)을 고려하여 상기 실제 좌표들(33, 36)과 상기 표적 좌표들(34) 사이의 편차들(35, 37)을 보상해주고, 상기 기준면(74)은 복수의 마킹(80)이 제공되는 교정 플레이트(73)이고, 상기 마킹(80)을 사용하여 상기 치과용 카메라(1)에 대한 상기 교정 플레이트(73)의 정밀한 위치 및 정렬을 결정하고, 이어서, 상기 교정 플레이트(73)에 수직인 방향을 따라 상기 실제 좌표들(33, 36)과 상기 교정 플레이트(73) 사이의 편차들(35, 37)을 결정하고, 교정의 결과는 상기 투영 패턴(3)을 정정하기 위해 평행 프린지(5)로 이루어지는 상기 투영 패턴(3) 상의 대상물(10)을 측정하는 동안 보상 방법 단계에서 사용되는 보상 값들(40, 50, 51, 52, 53)로 이루어지는 행렬이고, 이어서, 상기 프린지 제조 방법을 이용함으로써, 정정된 상기 투영 패턴에 기초하여 상기 대상물(10)의 3차원 이미지를 계산하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 기준면(74)은 평면이고, 상기 실제 좌표들(33, 36)과 상기 표적 좌표들(34) 사이의 편차들(35, 37)이 최소 제곱법에 의해 상기 실제 좌표들(33, 36)을 사용하여 기준 평면을 피팅(fitting)함으로써 결정될 수 있고, 이어서, 상기 실제 좌표들(33, 36)과 상기 기준 평면 사이의 편차들(35, 37)이 상기 기준 평면에 수직인 방향을 따라 결정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 실제 좌표들(33, 36)과 상기 표적 좌표들(34) 사이의 편차들(35, 37)이 상기 치과용 카메라(1)에 대한 상기 기준면(74)의 상이한 거리 및 정렬에 대해 복수의 이미지로부터 결정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제3항에 있어서, 상기 이미지들은, 상기 치과용 카메라(1)를 위한 제1 보유 장치(71) 및 상기 제1 보유 장치(71)에 대해 여러 단계들로 특정 방식으로 변위될 수 있는 상기 기준면(74)을 위한 제2 보유 장치(72)를 갖는 교정 장치(70)를 사용하여 촬영되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 프린지(5)의 각각의 에지에 대해 단 하나의 보상 값(40)이 계산되어, 상기 투영 그리드(2)의 평면에서의 이러한 에지(41)의 필요한 변위를 나타내어 이러한 에지(41)에 대한 편차들(35, 37)을 보상해주는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 프린지(5)의 각각의 에지는 복수의 섹터들(54, 55, 56, 57)로 분할되고, 각각의 섹터(54, 55, 56, 57)에 대해 보상 값(50, 51, 52, 53)이 계산되는데, 상기 보상 값은 상기 투영 그리드(2)의 평면에서의 이러한 섹터(54, 55, 56, 57)의 필요한 변위를 나타내어 이러한 섹터(54, 55, 56, 57)에 대한 편차들(35, 37)을 보상해주는 것을 특징으로 하는, 방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실제 좌표들(33, 36)과 상기 표적 좌표들(34) 사이의 편차들(35, 37)이 상기 치과용 카메라(1)에 대해 동일한 위치 및 정렬에서 상기 기준면(74)의 복수의 3차원 이미지를 촬영함으로써 결정되고, 개개의 이미지들로부터의 편차들(35, 37)이 노이즈 신호에 의해 생성되는 비-시스템 에러(non-systematic error)들을 감소시키기 위해서 평균화되는 것을 특징으로 하는, 방법.
치과 대상물(10)을 3차원으로 광학 측정하기 위한 프린지 투영 방법을 기반으로 하는 치과용 카메라(1) - 상기 치과용 카메라는 복수의 프린지(5)로 이루어지는 투영 패턴(3)을 생성하기 위한 투영 그리드(2) 및 생성된 상기 투영 패턴(3)을 측정될 상기 대상물(10) 상에 투영하는 광학 시스템(4)을 포함함 - 를 교정하기 위한 교정 장치로서, 상기 교정 장치는 상기 치과용 카메라(1)를 위한 제1 보유 장치(71) 및 기준면(74)을 위한 제2 보유 장치(72)를 갖고, 상기 제1 보유 장치(71)는 상기 제2 보유 장치(72)에 대해 변위되어서 상기 치과용 카메라(1)와 상기 기준면(74) 사이에서 다수의 한정된 거리 및/또는 정렬이 조정될 수 있게 하고, 상기 제1 보유 장치(71)는 내부 나사(75)를 갖고, 상기 제2 보유 장치(72)는 상기 제1 보유 장치(71)의 내부 나사(75)에 맞물리는 외부 나사(76)를 갖고, 상기 제2 보유 장치(72)에 대해 상기 제1 보유 장치(71)를 회전시킴으로써, 상기 기준면(74)에 대한 상기 치과용 카메라(1)의 거리 및 정렬이 한정된 단계로 변화될 수 있는 것을 특징으로 하는, 교정 장치.
제8항에 있어서, 편평한 상기 기준면(74)이 상기 외부 나사(76)의 중심 축(77)에 대해 50° 내지 70°의 각도로 상기 제2 보유 장치(72) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는, 교정 장치.
제8항 또는 제9항에 있어서, 편평한 상기 기준면(74)이 복수의 정사각형 마킹(80)을 갖고, 이들은 서로에 대해 알려진 거리에 배열되는 것을 특징으로 하는, 교정 장치.