KR20210017096A - ToolKit for Matching natural teeth color - Google Patents

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KR20210017096A
KR20210017096A KR1020190095795A KR20190095795A KR20210017096A KR 20210017096 A KR20210017096 A KR 20210017096A KR 1020190095795 A KR1020190095795 A KR 1020190095795A KR 20190095795 A KR20190095795 A KR 20190095795A KR 20210017096 A KR20210017096 A KR 20210017096A
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tooth
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이경석
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주식회사 세라메디
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Abstract

The present invention relates to a tone guide toolkit for natural teeth color matching. More specifically, the tone guide toolkit includes generation of a transformation matrix according to a spectrum reflection data set for statistically effective tooth sampling. Illumination is directed toward a tooth-related object by one wavelength band at a time over at least a first wavelength band, a second wavelength band, a the third wavelength band. Image data values corresponding to at least the first wavelength band, the second wavelength band, and the third wavelength band are obtained for each of a plurality of pixels in an imaging array. The transformation matrix is adapted to form color mapping by generating a set of visual color values for each of the plurality of pixels in accordance with the obtained image data values and in accordance with image data values obtained from a reference object in at least the first wavelength band, the second wavelength band, and the third wavelength band. The color mapping may be stored in an electronic memory.

Description

자연스러운 치아 색깔 매칭을 위한 색조가이드 툴키트{ToolKit for Matching natural teeth color}ToolKit for Matching natural teeth color

본 발명은 자연스러운 치아 색깔을 위한 색조가이드 툴키트에 관한 것이다. The present invention relates to a color guide tool kit for natural tooth color.

현대의 복구용 치과처리에는 충전재에 대하여 그리고 크라운, 임플란트, 고정형 부분의치 및 베니어(veneer) 같은 복구물의 제작에 대하여 정확한 색 매칭을 자주 요구한다. Modern restoration dental treatments frequently require accurate color matching for fillings and for fabrication of restorations such as crowns, implants, fixed partial dentures and veneers.

세라믹 및 그 외의 재료 같이 이런 처리에 사용되는 재료들은 자연 치아의 형상, 결, 색 및 투광성과 근접하게 매칭되도록 능숙하게 형성되어 처리될 수 있다.Materials used for this treatment, such as ceramics and other materials, can be skillfully formed and processed to closely match the shape, texture, color, and translucency of natural teeth.

치아 색조 정보를 결정하고 통신하기 위해 널리 사용되는 기술은 "색조 매칭(shade matching)"이라고 부르는 공정인데, 이에 의해 치과의사나 기술자는 한 셋트 이상의 표준 색조 가이드 내에서 다수의 참조 색조 샘플이나 색조 탭(shade tab) 중의 하나와 환자의 치아를 시각적으로 매칭시킬 수 있다. A technique widely used to determine and communicate tooth-tone information is a process called "shade matching", whereby a dentist or technician can refer to multiple reference   hue samples or   tint tabs within one or more sets of standard   hue guides. shade tab) and the patient's teeth can be visually matched.

이런 매칭을 수행하는 개업의사는 매칭되는 색조 탭의 식별을 기록하고 그 정보를 치과기공실에 전달하며 여기서 복구물이나 보철물이 제작된다. The practitioner who performs such  matching records the identification of the  matched  color tab and transfers the information to the dental laboratory, where restorations or prostheses are manufactured.

이 때 치과기공실은 제작 공정 전반에 걸쳐 복구물 또는 보철물의 색을 시각적으로 평가하기 위해 그 기공실의 동일한 색조 가이드 세트를 사용한다.At this time, the dental laboratory uses the same color guide set in the laboratory to visually evaluate the color of the restoration or prosthesis throughout the manufacturing process.

시각적 색조 매칭 공정은 매우 주관적이며 많은 문제점들을 가질 수 있다. The visual   hue   matching   process is very subjective and can have many problems.

초기의 매칭 절차는 종종 어렵고 지루하며, 이 공정에 20분 이상 걸리는 것은 드문 일이 아니다. 대부분의 경우, 환자의 치아와 완전하게 매칭되는 색조 탭은 없다.The initial  matching   procedure is often difficult and tedious, and it is not uncommon for this process to take more than 20 minutes. In most cases, there is no color tab that perfectly matches the patient's teeth.

치아의 색을 정확히 모델링하는데 있어서의 문제점은 색조 탭을 사용하여 근접한 색 매칭을 얻기보다 복잡하다. 기구에 의존하고 시각에 의존하는 색조 매칭 시스템들의 공통적인 고유한 결점 및 한계는 인간 치아의 외관을 매칭시키는데 수반되는 어려움을 생각한다면 보다 충분하게 이해될 수 있다. The problem in accurately modeling the   color of a tooth is more complicated than obtaining a close   color   matching using a   hue tab. The common intrinsic drawbacks and limitations of apparatus-dependent and visually-dependent   tonal   matching systems can be more fully understood by considering the difficulties involved in matching the appearance of a human   tooth.

치아 색 자체는 다양한 유기 및 무기 성분에 의한 반사, 투과, 굴절, 형광 및 산란의 비교적 복잡한 상호작용에 기인하는 것이다. Tooth   color   itself is due to the relatively complex interaction of reflection, transmission, refraction, fluorescence and scattering by various organic and inorganic components.

이는 치수(tooth pulp) 체적, 상아질 상태, 에나멜 조성의 변화 및 그 외의 치아 조직의 조성, 구조 및 두께의 변화에 영향을 받는다. This is affected by changes in tooth pulp volume, dentin state, enamel composition, and other  tooth   composition, structure and thickness.

이렇게 복잡함에 의한 한가지 결과는 색 외관 및 색 측정이 조명 배치, 스펙트럼, 주위 색, 및 그 외의 환경적 요인에 의해 크게 영향을 받는다는 것이다.One consequence of this complexity is that   color   appearance and   color   measurements are greatly influenced by lighting arrangement, spectrum, ambient color, and other environmental factors.

또 다른 귀찮은 문제로서, 단일 치아 내의 색은 일반적으로 균일하지 않다는 것이다. 색 불균일성은 조성, 구조, 두께, 내외부 얼룩, 표면 조직, 틈새, 크랙 및 습기 정도의 공간적 변화로 인해 생길 수 있다. 그 결과, 비교적 큰 면적에 대하여 취해진 측정에서는 치아의 지배적인 색을 나타내지 않을 수 있는 평균값이 만들어진다. Another annoying problem is that the color of   within a single   tooth   is generally not uniform. Color unevenness can be caused by spatial changes in composition, structure, thickness, internal and external stains, surface texture, crevices, cracks and moisture levels. As a result, measurements taken over a relatively large area yield an average value that may not represent the dominant color of the tooth.

그 외에, 자연적인 색 변화 및 불균일성으로 인해 어떤 치아가 임의 단일 색조 탭과 정확히 매칭될 가능성은 없다. Other than that, it is unlikely that any  tooth would be exactly matched with any single  toned tap due to natural   color   changes and non-uniformities.

이는 단지 치아의 평균 색이 아니라 치아 내의 색분포를 전달하기 위한 방법이 필요하다는 것을 의미한다. This means that we need a method to convey the   color distribution within   teeth, not just the average   color of   teeth.

또한, 치아 색은 치아와 치아간에 좀처럼 균일하지 않다. 따라서, 복구물의 이상적인 색은 환자의 입 속의 인접 치아 또는 임의의 다른 단일 치아의 색과 시각적으로 조화를 이루지 못할 수 있다. Also,  tooth   color is rarely uniform between  tooth and  tooth. Therefore, the ideal color of the restoration may not be visually matched with the color of the adjacent   tooth   or any other single   tooth in the patient's mouth.

게다가, 사람들은 일반적으로 자신의 치아의 외관에 특별히 신경을 쓴다. 당연한 일이지만 그들은 색이 부적절하게 나타나는 복구물들을 전혀 참지 못한다.In addition, people generally pay special attention to the appearance of their teeth. Not surprisingly, they cannot tolerate any restorations that appear inadequately colored.

미용치과학에 있어서, 간단한 색조 매칭 외에도 치아 색을 보다 정확히 맵핑하기 위해 제작 연구실은 종종 추가의 정보를 필요로 한다. In cosmetic dentistry, in addition to simple   tones   matching  , manufacturing laboratories often need additional information in order to more accurately map   teeth   colors.

실제로 치과의사나 기술자는 색조 탭 외에도 사진을 제공하여 제작 연구실이 치아의 여러 부분에 대한 색 특성을 조정할 수 있도록 할 수 있다. In fact, dentists or technicians can provide photos in addition to the hue tab so that the fabrication lab can adjust the color characteristics of various parts of the tooth.

이렇게 하면 색조 탭에 관련되고 어떻게 치아의 다른 부분들의 색이 색조 탭의 색과 다른지를 보여주는 정보를 갖는 일정 유형의 개인적 용도의 색 맵핑을 제공하는데 도움이 된다.This helps to provide some type of personal use   color   mapping with information related to the hue tab and showing how the color of the other parts of the tooth differs from the hue tab's color.

어느 탭이 가장 근접하게 매칭되는지(또는 역으로 어느 것이 최소로 미스매칭되는지)를 결정하고 치아 표면에 대한 색 변화의 정확한 정보를 제공하기란 종종 어렵다. 흔히 개업의사는 환자의 치아가 각별히 매칭하기 어렵다고 결정하여 환자가 복구물을 제작할 실험실에 직접 찾아갈 것을 요구한다. It is often difficult to determine which tabs are most closely matched (or vice versa) and to provide accurate information of the color changes to the tooth surface. Often, the practitioner decides that the patient's teeth are particularly difficult to match, so they ask the patient to go directly to the laboratory where the restoration will be made.

여기서, 숙련된 실험실 직원은 색 매칭 및 색 맵핑을 수행할 수 있다. Here, experienced laboratory personnel can perform  color   matching   and   color   mapping.

대부분의 경우, 환자는 보철물의 색이 세라믹이나 그 외의 착색 재료를 순차 추가함에 의해 미세하게 조정되었기 때문에 두 번, 세 번, 또는 그 이상으로 치과의사 및 실험실로 돌아 올 필요까지 있을 수 있다. In most cases, the patient may even need to return to the dentist and laboratory twice, three times, or even more because the color of the prosthesis has been fine-tuned by sequentially adding ceramic or other colored materials.

일부 치과 보철물에서 거의 10%나 된다고 추정되는 많은 경우에, 시각적인 색 매칭 처리가 여전히 실패하며 제작된 보철물은 치과의사 또는 환자에 의해 색이나 시각적인 조화 때문에 거절된다.In many cases, which are estimated to be nearly 10% in some dental prosthesis, the visual   color matching   processing still fails and the fabricated prosthesis is rejected by the dentist or patient because of color or visual coordination.

색 매칭 작업이 비교적 어렵다는 것과 색 맵핑의 복잡성을 고려한다면 높은 실패율은 전혀 놀라운 것이 아니다. Considering the relatively difficult color/matching process and the complexity of color/mapping, the high failure rate is not surprising.

비교적 작은 색 차이를 시각적으로 색 평가한다는 것은 항상 어려우며, 치아 색 평가를 해야하는 상황은 국소적 색순응(local chromatic adaptation), 국소적 휘도순응(local brightness adaptation) 및 측면 휘도순응(lateral-brightness adaptation) 같은 많은 복잡한 정신물리학적 영향을 야기하기 쉽다. It is always difficult to visually evaluate the relatively small   color   difference, and situations in which  tooth   color   evaluation should be performed include local chromatic adaptation, local brightness adaptation, and lateral-brightness adaptation. It is prone to many complex psychophysical effects.

게다가, 색조 탭은 기껏해야 실제 치아에 조건등색(즉, 비스펙트럼) 매칭을 제공하며, 따라서 매칭은 예를 들어 관찰자 조건등색성(metamerism) 같은 인간의 색감각에서의 정상적인 변화 때문에 광원에 민감하며 변하기 쉽다.In addition, the hue tab provides at best a conditional (i.e., non-spectrum) matching to the real tooth, so the matching is sensitive to light sources due to normal changes in human's color sense, for example observer metamerism. Easy to change

치과용도에서 개량된 색 매칭 및 색 맵핑에 대한 필요성에 따라서, 많은 접근방법들이 시도되었다. 이런 문제점에 대한 일부 해결책은 다음과 같은 유형의 것이다.In accordance with the need for improved   color   matching   and   color   mapping in dental applications, many approaches have been tried. Some solutions to this problem are of the following types.

(i) RGB 기반 장치들. 이런 접근방법으로 전체 치아의 이미지가 칼라 센서를 사용하여 백색광 조명하에서 포착된다.  (i) RGB-based devices. With this approach, an image of the entire tooth is captured under white light illumination using a color sensor.

색보정 변환을 이용하여 센서의 3색 채널의 RGB(Red, Green, Blue) 값으로부터 치아 표면의 영역 전체에 대하여 삼색자극치(tristimulus value)가 계산된다. Using color correction conversion, a tristimulus value is calculated for the entire area of the   tooth   surface from the RGB (Red, Green, Blue) values of the sensor's 3-color channel.

RGB 기반 장치들에 의한 색분석은 포착된 이미지의 화질에 크게 의존하고 견고한 보정을 요구하며, 치아 및 보철 장치의 색 매칭에 동일 카메라의 사용을 요구할 수 있다.  Color analysis by RGB-based devices strongly depends on the image quality of the captured image and requires robust correction, and may require the use of the same camera for  color matching of teeth and prosthetic devices.

이런 요구사항은 RGB 데이터를 제공하기 위하여 카메라 내에서 수행되는 색 전처리 뿐만 아니라 카메라 자체의 보정에 기인할 수 있는데, 이 색 전처리는 동일 제조자의 카메라일지라도 카메라 사이에 상당히 크게 다를 수 있다. This requirement may be due to the calibration of the camera itself as well as the   color   pre-processing performed within the camera to provide RGB data, and the   color   pre-processing can vary considerably between cameras, even for cameras of the same manufacturer.

정밀도를 유지한다는 것은 측정된 색이 광원에 크게 의존하는 조건등색성 때문에 어려워지기 쉽다. Maintaining precision tends to be difficult due to the conditional isochromicity in which the measured color is highly dependent on the light source.

이는 특히 치아 측정 및 촬상이 일반적으로 자연조명 조건과는 상당히 다른 조건하에서 실시되기 때문에 귀찮다. This is particularly cumbersome because  tooth measurement and imaging are generally carried out under conditions significantly different from natural lighting conditions.

일반적으로, 광원 단부나 센서 단부에서 색 필터를 이용하는 종래의 방법들은 그다지 바람직하지 못할 수 있는데, 왜냐하면 이들은 필터 자체의 한계를 받기 때문이다.In general, conventional methods of using a   color   filter at the light source end or the sensor end may not be so desirable, because they are subject to the limitations of the filter itself.

따라서, 고비용 또는 복잡한 부품 없이 고도의 정밀도로 직접 수행할 절차로 치아 색조 매칭 및 맵핑을 제공하는 개량된 측정 장치의 필요성이 있다.Therefore, there is a need for an improved measuring device that provides  tooth   hue matching   and   mapping as a procedure to be performed directly with high precision without expensive or complicated parts.

본 발명의 목적은 치과 용도에서 색조 맵핑의 기술을 향상시키는 것이다.It is an object of the present invention to improve the technique of   tones   mapping in dental applications.

이런 목적을 염두에 두고 본 발명은 분광광도계를 사용하는 복잡함 없이 치아의 다색 이미지로부터 스펙트럼 반사 데이터를 얻는 장치 및 방법을 제공한다.With this object in mind, the present invention provides an apparatus and method for obtaining spectral reflection data from a multicolor image of a tooth without the complexity of using a spectrophotometer.

본 발명의 이점은 전체 이미지에 대한 분광광도 측정치를 얻기 위해 촬상 어레이를 이용한다는 것이다. 이에 따라서 본 발명의 실시형태를 구강내 카메라 용도에 쉽게 적용할 수 있다. 그 외에, 제공되는 출력 분광광도 색 데이터는 비색분석 및 RGB 색매칭법을 이용하는 해결방법에 영향을 주는 조건등색성을 받지 않는다. 본 발명의 실시형태에서 사용되는 접근방법은 치아 이미지의 각 픽셀에 대한 스펙트럼 반사 데이터를 획득하여 치아의 여러 부분에 대한 색 변화를 포함한 치아 색의 정확한 맵핑을 가능하게 한다.An advantage of the present invention is the use of an imaging array to obtain spectrophotometric measurements for the entire image. Accordingly, the embodiment of the present invention can be easily applied to an intraoral camera. In addition, the provided output spectral luminosity   color   data is not subject to conditional isochromaticity that affects the solution using colorimetric analysis and RGB   color matching. The approach used in the embodiment of the present invention enables accurate mapping of the color of the tooth, including the change of color and color for various parts of the tooth, by obtaining spectral reflection data for each pixel of the tooth image.

이들 목적은 예시적인 예로서만 제공한 것이며 이런 목적들은 본 발명의 하나 이상의 실시형태의 예가 될 수 있다. 본 개시 발명에 의해 본질적으로 달성되는 그 외의 바람직한 목적 및 이점들이 생길 수 있으며 당업자에게 명백하게 된다. 본 발명은 첨부하는 특허청구범위에 의해 정의된다.These objects are provided as illustrative examples only, and these objects may be examples of one or more embodiments of the present invention. Other desirable objects and advantages essentially achieved by the present disclosure may arise and will become apparent to those skilled in the art. The invention is defined by the appended claims.

본 발명의 일 측면에 따르면, 적어도 부분적으로 제어논리 프로세서에 의해 실행되는 치아 관련물에 대한 색 맵핑 생성 방법에 있어서, 통계적으로 유효한 치아 샘플링을 위한 스펙트럼 반사 데이터 집합에 따라서 변환 매트릭스를 생성하는 단계; 적어도 제 1 파장대역, 제 2 파장대역 및 제 3 파장대역에 걸쳐서 한번에 한 파장대역씩 조명을 치아 관련물쪽으로 조사하는 단계; 화상 어레이내의 다수의 픽셀 각각에 대하여 적어도 상기 제 1 파장대역, 제 2 파장대역 및 제 3 파장대역 각각에 해당하는 이미지 데이터를 획득하는 단계; 상기 변환 매트릭스를 적용하여, 적어도 상기 제 1 파장대역, 제 2 파장대역 및 제 3 파장대역에서 상기 획득된 이미지 데이터에 따라서 그리고 참조 물체로부터 얻어진 이미지 데이터값에 따라서 상기 다수의 픽셀 각각에 대한 시각적 색값의 집합을 생성함으로써 색 맵핑을 형성하는 단계; 및 상기 색 맵핑을 컴퓨터가 억세스할 수 있는 전자메모리에 저장하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method for generating a   color   mapping   for a tooth-related object at least partially executed by a control logic processor, comprising: generating a transformation matrix according to a spectral reflection data set for statistically effective   tooth sampling; Irradiating illumination in one wavelength band at a time toward a tooth related object over at least a first wavelength band, a second wavelength band, and a third wavelength band; Obtaining image data corresponding to at least each of the first, second, and third wavelength bands for each of a plurality of pixels in the image array; By applying the conversion matrix, the visual color values for each of the plurality of pixels at least according to the image data obtained in the first, second and third wavelength bands and according to image data values obtained from a reference object Forming a   color   mapping by generating a set of; And storing the   color   mapping in an electronic memory accessible by a computer.

본 발명은 치과 용도에서 색조 맵핑의 기술을 향상시킬 수 있다.The present invention can improve the technique of tone mapping in dental applications.

본 발명의 상기 및 그 외의 목적, 특징 및 이점들은 첨부하는 도면에 예시한 바와 같은 본 발명의 실시형태의 이후의 보다 상세한 설명으로 분명하게 될 것이다. 도면의 요소들은 반드시 서로에 대하여 일정 축척으로 되어있는 것은 아니다.
도 1은 치아에 대한 색 측정치를 획득하기 위한 종래의 이미지 기반 장치에서 부품들의 배치를 보여주는 개략도이다.
도 2는 치아 색값을 획득하기 위한 색보정 변환을 이용하는 이전의 방법을 보여주는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 색 맵핑 장치를 보여주는 개략블록도이다.
도 4a는 특정 파장과 관련된 강도 측정치를 보여주는 그래프이다.
도 4b는 일 실시형태에 사용되는 광원에 대한 전형적인 스펙트럼 특성을 보여주는 그래프이다.
도 4c는 일 실시형태에서 광대역 센서 어레이에 대한 스펙트럼 응답 특성을 보여주는 그래프이다.
도 5a는 종래의 색 매칭을 이용하여 각 픽셀에 대하여 획득된 삼색자극치 데이터를 보여주는 개략도이다.
도 5b는 본 발명의 장치 및 방법을 사용하여 각 픽셀에 대하여 획득된 스펙트럼 반사 데이터를 보여주는 개략도이다.
도 6a는 치아로부터 시각적 색 맵핑 데이터를 획득하는 단계의 논리흐름도이다.
도 6b는 대체 실시형태에서 치아로부터 스펙트럼 반사 데이터를 획득하는 논리흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 변환 매트릭스를 형성하는 공정을 보여주는 논리흐름도이다.
도 8은 본 발명의 대체 실시형태에 따른 변환 매트릭스를 형성하는 공정을 보여주는 논리흐름도이다.
도 9는 본 발명의 다른 대체 실시형태에 따른 변환 매트릭스를 형성하는 공정을 보여주는 논리흐름도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 대체 실시형태에 따른 변환 매트릭스를 형성하는 공정을 보여주는 논리흐름도이다.
The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become apparent from the following more detailed description of the embodiments of the present invention as illustrated in the accompanying drawings. The elements in the drawings are not necessarily to scale with respect to each other.
1 is a schematic diagram showing the arrangement of parts in a conventional image-based device for obtaining color measurements for teeth.
2 is a schematic diagram showing a previous method of using color correction conversion to obtain a tooth color value.
3 is a schematic block diagram showing a color mapping device according to an embodiment of the present invention.
4A is a graph showing intensity measurements associated with specific wavelengths.
4B is a graph showing typical spectral characteristics for a light source used in an embodiment.
4C is a graph showing spectral response characteristics for a broadband sensor array in one embodiment.
5A is a schematic diagram showing tricolor stimulation value data obtained for each pixel using conventional color matching.
5B is a schematic diagram showing spectral reflection data obtained for each pixel using the apparatus and method of the present invention.
6A is a logic flow diagram of obtaining visual color mapping data from a tooth.
6B is a logic flow diagram for obtaining spectral reflection data from a tooth in an alternative embodiment.
7 is a logic flow diagram showing a process of forming a conversion matrix according to an embodiment of the present invention.
8 is a logic flow diagram showing a process of forming a transformation matrix according to an alternative embodiment of the present invention.
9 is a logic flow diagram showing a process of forming a transformation matrix according to another alternative embodiment of the present invention.
10 is a logic flow diagram showing a process of forming a transformation matrix according to another alternative embodiment of the present invention.

다음은 본 발명의 바람직한 실시형태의 상세한 설명이며, 도면을 참조하는데 여기서 동일 참조부호들은 몇 개 도면에서 동일 구조 요소를 특정한다.The following is a detailed description of a preferred embodiment of the present invention, with reference to the drawings, in which like reference numerals designate like structural elements in several drawings.

본 출원과 관련하여, "협대역"이라는 용어는 출력광의 대부분을 20-50nm 폭 같은 좁은 범위의 파장에 걸쳐 방출하는 LED 또는 그 외의 조명광원을 설명하는데 사용된다. In the context of this application, the term “narrowband” is used to describe an LED or other illumination light source that emits most of the output light over a narrow range of wavelengths, such as 20-50 nm wide.

"광대역"이라는 용어는 적어도 약 400nm 내지 약 700nm의 넓은 파장 범위에 걸쳐서 입사광에 높은 감도를 나타내는 광센서를 설명하는데 사용된다. The term “broadband” is used to describe an optical sensor that exhibits high sensitivity to incident light over a wide wavelength range of at least about 400 nm to about 700 nm.

이런 유형의 센서는 광에는 응답하지만 색을 구별하지 않기 때문에, 종종 "단색(monochrome)" 센서 또는 약간 부정확하게는 "흑백" 센서라고 부른다.Because this type of sensor responds to light but does not differentiate between colors, it is often referred to as a "monochrome" sensor or slightly incorrectly a "black and white" sensor.

본 출원과 관련하여, "픽셀 소자"에 대한 "픽셀"이라는 용어는 그 용어가 화상처리기술에서의 숙련가가 이해하고 있는 것 같은 보통의 의미를 갖는다. In the context of this application, the term "pixel" for "pixel element" has the usual meaning as the term is understood by a person skilled in the image processing technology.

물체의 전자 이미지는 수광소자의 어레이에 의해 포착되는데, 각 소자는 이미지 데이터의 한 픽셀을 형성하는 신호를 제공한다.The electronic image of the object is captured by an array of light-receiving elements, each of which provides a signal that forms one pixel of the image data.

여기서 도시하고 설명하는 도면들은 본 발명에 따른 주요 동작원리 및 각각의 광경로를 따라서의 동작 및 구성부품 관계를 예시하도록 제공되며 실제의 크기나 축척을 보여주려고 도시된 것은 아니다. The drawings shown and described herein are provided to illustrate the principle of operation according to the present invention and the relationship of the operation and component parts along each optical path, and are not drawn to show the actual size or scale.

기본적인 구조 관계나 동작 원리를 강조하기 위해서는 일부 과장이 필요할 수 있다. Some exaggeration may be necessary to emphasize the basic structural relationships or operating principles.

본 발명 자체의 설명을 간략하게 하기 위해 예를 들어 다양한 유형의 광학대 같이 설명된 실시형태의 달성에 필요하게 될 일부 종래의 구성부품들은 도면에 도시되어 있지 않다. In order to simplify the description of the invention itself, some conventional components that will be required to achieve the described embodiments, such as for example various types of optical tables, are not shown in the drawings.

다음의 도면과 문장에서, 유사 구성부품들은 유사 참조번호로 지정되며, 구성부품들과 이미 설명한 구성부품들의 배치나 상호작용에 관한 유사 설명들은 생략한다. In the following drawings and texts, similar components are designated by like reference numerals, and similar descriptions regarding the arrangement or interaction of the components and the previously described components are omitted.

이들이 사용되는 경우, "제 1", "제 2" 등의 용어는 반드시 임의의 서수 또는 순서 관계를 표시하는 것은 아니지만 한 요소를 다른 요소와 보다 분명하게 구분하기 위해 간단히 사용된다.When they are used, terms such as "first", "second", etc. do not necessarily denote any ordinal or ordinal relationship, but are simply used to more clearly distinguish one element from another.

"색" 및 "파장대역"이라는 용어는 일반적으로 본 개시내용과 관련하여 사용되는 것처럼 동의어다. The terms "color" and "waveband" are generally synonymous as used in connection with the present disclosure.

예를 들어, 레이저 또는 그 외의 고체상태 광원은 그 최고출력파장(635nm 등) 또는 그 파장대역(630-640nm 등)이 아니라 적색 같은 일반적인 색을 의미하는 것이다.For example, a laser or other solid state light source does not mean the maximum output wavelength (635nm, etc.) or its wavelength band (630-640nm, etc.), but a general color such as red.

여기서 사용하는 바와 같은 "집합(set)"이라는 용어는 한 집합의 요소나 구성원의 집단의 개념이 초등수학에서 널리 이해되는 것처럼 비워있지 않은 집합을 의미한다. The term "set" as used herein refers to a set in which the concept of a group of elements or members of a set is not empty, as is widely understood in elementary mathematics.

달리 명시적으로 언급하지 않는 한, 여기서 사용하는 "부분집합(subset)"이라는 용어는 비워있지 않은 진부분집합(proper subset), 즉 하나 이상이 구성원을 갖는 큰 집합의 부분집합을 의미한다. Unless explicitly stated otherwise, the term "subset" as used herein refers to a non-empty, true subset, i.e. a subset of a large set of one or more members.

집합 S에 있어서, 부분집합은 완전집합 S를 포함할 수 있다. 그러나, 집합 S의 "진부분집합"은 엄밀히 말해서 집합 S에 포함되며 집합 S의 적어도 한 구성원을 배제한다.In the set S, the subset may include the complete set S. However, a "true subset" of set S is strictly included in set S and excludes at least one member of set S.

본 개시내용과 관련하여, "치아 관련물"이라는 용어는 구강내 용도 또는 응용을 위한 물체, 재료나 그 외의 요소를 의미하며 치아와, 크라운, 의치, 치열교장치(brace) 및 그 외의 지지체와, 브릿지, 충전재, 색 매칭 탭 등을 포함한다.In the context of the present disclosure, the term "tooth-related material" refers to an object, material or other element for oral use or application, and includes teeth, crowns, dentures, orthodontic braces, and other supports. , Bridges, fillers,   color   matching   tabs, etc.

치아 색에 특징으로 부여하려는 일부 시도와는 대조적으로, 본 발명의 장치 및 방법들은 색 측정에 영향을 주고 색을 정확히 특징 짓는 작업을 복잡하게 하는 인자들의 조합을 고려한다. In contrast to some attempts to characterize the tooth color, the devices and methods of the present invention take into account a combination of factors that influence the color color measurement and complicate the task of accurately characterizing the color color.

본 발명의 특정 실시형태들은 정확한 색 데이터를 추출하기 위해 조명 파장 및 검출기 응답 특성 같은 가변인자들을 특정하고 보상한다. Certain embodiments of the present invention specify and compensate for variable factors such as illumination wavelength and detector response characteristics to extract accurate color data.

이렇게 하기 위해 본 발명의 실시형태에서 사용되는 접근방법은 치아나 그 외의 치아 관련물의 이미지에서 각 픽셀에 대하여 측정장치의 스펙트럼 응답과 실질적으로 무관계하고 임의의 파장 조합에 걸친 조명에 적용하는 색의 객관적 척도를 제공하는데 사용될 수 있는 스펙트럼 반사 데이터를 얻는다. To do this, the approach used in the embodiment of the present invention is substantially independent of the spectral response of the measuring device for each pixel in the image of a tooth or other ``tooth'' related object, and is applied to illumination over an arbitrary combination of wavelengths. Obtain spectral reflection data that can be used to provide a measure.

그 결과, 본 발명에서 치아 색 맵핑을 위해 얻어지는 데이터는 공지의 스펙트럼 분포를 갖는 가용 광원들의 집합으로부터 취한 임의의 광원하에서 보았을 때 물체의 시각적 색을 재현하는데 사용될 수 있다. As a result, the data obtained for   tooth   color   mapping in the present invention can be used to reproduce the visual   color of an object when viewed under an arbitrary light source taken from a set of available light sources having a known spectral distribution.

그리고 치아 관련물에 대하여 생성된 색 맵핑은 표시된 이미지를 생성하는데 사용될 수 있거나 크라운이나 그 외의 치과보철장치 또는 충전재 같은 다른 물체나 재료에 대한 색 맵핑 데이터에 대한 비교를 위해 사용될 수 있다. And the  color  mapping generated for the  tooth   related object can be used to generate the displayed image, or it can be used for comparison of the  color  mapping  data for other objects or materials such as crowns or other dental prostheses or fillings.

치아 관련물에 대하여 생성된 색 맵핑은 또한 예를 들어 치과 보철장치를 설계하고 형성하는데도 사용될 수 있다. The   color   mappings created for the tooth-related material can also be used, for example, to design and form dental prosthetic devices.

치아나 그 외의 치아 관련물에 대한 색 맵핑은 상당량의 데이터로 구성될 수 있으며 전형적으로는 컴퓨터가 억세스할 수 있는 메모리 내의 데이터 파일로서 저장된다.The color mapping for teeth or other teeth-related objects can consist of a significant amount of data and is typically stored as a data file in a memory accessible by a computer.

도 1을 참조하면, 치아 색 데이터를 얻기 위한 종래의 화상장치(10)의 개략블록도가 도시되어 있다. 광원(12)은 치아(20) 위에 광을 조사한다. Referring to Fig. 1, a schematic block diagram of a conventional imaging apparatus 10 for obtaining  tooth   color   data is shown. The light source 12 irradiates light onto the tooth 20.

그리고 캡쳐 모듈(18)은 이미지 캡쳐를 수행하여 이미지 데이터를 색재현 모듈(22)에 제공한다. 출력은 치아표면상의 지점에 해당하는 시각적 색값의 집합이다.In addition, the capture module 18 performs image capture and provides image data to the color reproduction module 22. The output is a set of visual and color values corresponding to points on the tooth surface.

도 1의 기본 배치는 본 명세서의 배경절에서 먼저 설명한 이미지 기반의 색측정 접근방법의 각각에 사용된다. The basic arrangement of Fig. 1 is used for each of the image-based color measurement approaches described earlier in the background section of this specification.

도 2는 예를 들어 앞서 인용한 Giorgianni 등의 '830 특허에 설명된 시스템을 달성하기 위한 개략도를 보여준다. 2 shows a schematic diagram for achieving the system described in the '830 patent by Giorgianni et al. cited above, for example.

화상장치(30)에서 조명광원(12)은 치아(20)에 백색광 조명을 제공한다. In the imaging apparatus 30, the illumination light source 12 provides white light illumination to the tooth 20.

렌즈(32)는 각 픽셀에 대한 대응 적색, 녹색 및 청색을 제공하는 센서(34)에 반사광을 조사한다. Lens 32 irradiates reflected light to sensor 34 providing the corresponding red, green, and blue color for each pixel.

그리고 색보정변환(36)은 모든 이미지 지점에 대한 출력으로서 시각적 색값을 생성한다.And   color correction conversion 36 generates a visual   color value as an output for all image points.

도 1 및 도 2에 도시한 접근방법과는 대조적으로, 본 발명의 장치 및 방법들은 스펙트럼 반사에 근거한 색 재현을 이용하는 색 맵핑 장치를 제공한다. In contrast to the approaches shown in Figs. 1 and 2, the apparatus and methods of the present invention provide a  color   mapping apparatus using spectral reflection based   color   reproduction.

이 접근방법은 치아의 실제 색 특성에 대한 본질적으로 보다 정확한 데이터 집합을 제공함에 의해 RGB 기반 및 비색분석 장치에 비하여 유리하다. This approach is advantageous over RGB-based and colorimetric analysis devices by providing an intrinsically more accurate data set for the true color characteristics of the tooth.

유리하게도, 이 방법은 조건등색성을 받지 않는데, 그렇지 않다면 측정결과가 측정 시스템의 광원에 따라 달라질 것이다. 일반적인 분광광도 측정과는 달리, 본 발명의 장치 및 방법은 치아 이미지에서 각 픽셀에 대한 스펙트럼 데이터를 얻는다. 게다가, 이 정보는 광검출기보다는 촬상(imaging) 어레이를 사용하여 얻어진다. 본 발명의 실시형태에서 사용된 촬상 어레이는 단색 센서이지만, 대안으로서 칼라 센서를 사용할 수 있다.Advantageously, this method is not conditional, otherwise the measurement result will depend on the light source of the measurement system. Unlike typical spectrophotometric measurements, the apparatus and method of the present invention obtains spectral data for each pixel in a tooth image. In addition, this information is obtained using an imaging array rather than a photodetector. Although the imaging array used in the embodiment of the present invention is a monochromatic sensor, a color sensor can be used as an alternative.

본 발명의 장치 및 방법들은 단일 픽셀이나 인접 픽셀군에 대한 정확한 색 측정을 얻을 뿐만 아니라 촬상장치를 사용하기 때문에 치아 관련물의 전체 이미지에 대하여 정확한 색 맵핑에 적합한 정보를 제공한다. 촬상 어레이를 사용하여 스펙트럼 측정 데이터를 얻음으로써, 본 발명의 실시형태들은 치아 이미지의 각 필셀에 대하여 스펙트럼 데이터가 생성되게 하는 측정결과를 얻는다.The apparatus and methods of the present invention not only obtain accurate   color   measurement for a single pixel or adjacent pixel group, but also provide information suitable for accurate   color   mapping for the entire image of   tooth related objects because an image pickup device is used. By obtaining spectrum measurement data using an imaging array, embodiments of the present invention obtain measurement results that cause spectral data to be generated for each pixel of a tooth image.

도 3의 개략도를 참조하면, 색 측정 및 맵핑 장치(40)는 별개의 색의 광을 제공할 수 있는 조명장치(24)를 사용한다. 일 실시형태에 있어서, 조명장치(24)는 각각 파장대역(

Figure pat00001
1,
Figure pat00002
2,
Figure pat00003
3,
Figure pat00004
4)를 갖는 칼라 LED로서 도시된 다수의 협대역 광원(14b, 14g, 14y, 14r)으로 구성된다. 도 3의 실시형태에서, 일 예로서 4개의 LED가 도시되어 있는데, 어떤 개수의 서로 다른 색도 될 수 있으며 각 색에 대하여 하나 보다 많은 LED 또는 그 외의 광원이 될 수 있다. 본 실시형태에서는 광대역 촬상 센서 어레이(44), CCD(전하결합소자) 또는 CMOS(상보형 금속산화막 반도체) 촬상 어레이는 각 협대역 광원으로부터의 반사광에 대응하는 각 픽셀에 대한 출력값의 집합을 제공한다. 참조 타겟(28)은 후에 설명하는 바와 같이 시스템에서의 강도 변동을 보정하는데 사용되는 참조강도 측정결과를 얻기 위해 선택에 따라서 제공된 물체이다. 일 실시형태에 있어서, 참조 타겟(28)은 공지의 스텍트럼 반사 특성을 갖는 그레이 패치다. 참조 타겟(28) 및 치아(20)는 둘 다 촬상 렌즈(32)의 시야 내에 있다. 대체 실시형태에 있어서, 참조 타겟(28)은 이미지 필드에서 나타나지 않는 물체이지만 참조 및 교정 데이터를 얻는데 사용되는 별개의 장치이다.Referring to the schematic diagram of FIG. 3, the color measurement and mapping device 40 uses an illumination device 24 capable of providing light of a separate color. In one embodiment, the lighting devices 24 each have a wavelength band (
Figure pat00001
One,
Figure pat00002
2,
Figure pat00003
3,
Figure pat00004
It consists of a number of narrowband light sources 14b, 14g, 14y, 14r, shown as color LEDs having 4). In the embodiment of Fig. 3, as an example, four LEDs are shown, which can be any number of different colors and can be more than one LED or other light source for each color. In this embodiment, the broadband imaging sensor array 44, a CCD (charge coupled device) or a CMOS (complementary metal oxide semiconductor) imaging array provides a set of output values for each pixel corresponding to the reflected light from each narrowband light source. . The reference target 28 is an object optionally provided to obtain a reference intensity measurement result used to correct intensity fluctuations in the system, as described later. In one embodiment, the reference target 28 is a gray patch with known spectral reflective properties. Both the reference target 28 and the tooth 20 are within the field of view of the imaging lens 32. In an alternative embodiment, the reference target 28 is an object that does not appear in the image field, but is a separate device used to obtain reference and calibration data.

도 3에 도시된 장치를 사용하는 스펙트럼 데이터를 얻기 위해서 LED 또는 그 외의 광원은 색군에 따라서 계속하여 한 번에 한 색군씩 동작될 수 있으며 반사광의 대응 측정결과는 촬상센서 어레이(44)에 의해 얻어진다. 도 3에 섬네일(thumbnail) 형태로 도시한 바와 같이, 치아 이미지의 각 픽셀에 대하여 그래프상에 다수의 지점을 효과적으로 제공하는데, 본 예에서는 파장대역(

Figure pat00005
1,
Figure pat00006
2,
Figure pat00007
3,
Figure pat00008
4)의 각각에 대응하여 하나의 강도를 나타낸다. 이들 지점을 이용하여 완전한 스펙트럼 반사곡선을 생성하는데 통계 기반 변환 매트릭스(50)가 사용된다. 이 결과는 치아 이미지의 개개의 픽셀에 대한 스펙트럼 반사 곡선이다. 이들 데이터는 단지 직접 삼색자극치를 측정하려 하거나 또는 RGB로부터 예를 들어 색채-채도-휘도 값(hue-saturation-brightness value; HSV) 또는 Commission Internationale de L'Eclairage L*a*b* (CIELAB) 색공간 같은 표준 색공간으로의 색변환을 수행하는 다른 방법과 비교하여 색을 보다 정확히 나타내는 색조 맵핑을 제공한다. 또한 도 3에는 제어논리 프로세서(38)가 도시되어 있는데, 이는 제어논리 처리를 수행하며 그리고 이들 처리 기능을 실행하고 중간 및 최종 결과를 저장하도록 지원 컴퓨터가 억세스할 수 있는 전자 메모리 부품을 갖고 있다. 이런 부품들은 촬상 기술에서의 당업자에게 잘 알려진 것이다.In order to obtain spectral data using the device shown in FIG. 3, LEDs or other light sources can be continuously operated one color group at a time according to the color group, and the corresponding measurement result of the reflected light is obtained by the imaging sensor array 44. Lose. As shown in the form of a thumbnail in FIG. 3, a plurality of points are effectively provided on the graph for each pixel of the tooth image. In this example, the wavelength band (
Figure pat00005
One,
Figure pat00006
2,
Figure pat00007
3,
Figure pat00008
4) represents one intensity corresponding to each of. A statistics-based transform matrix 50 is used to generate a complete spectral reflection curve using these points. This result is a spectral reflection curve for individual pixels of the tooth image. These data are either intended to measure trichromatic values directly or from RGB, for example hue-saturation-brightness values (HSV) or Commission Internationale de L'Eclairage L*a*b* (CIELAB) colors. Compared to other methods of performing color conversion to a standard color space such as space, it provides a color tone mapping that more accurately represents colors. Also shown in Fig. 3 is a control logic processor 38, which has an electronic memory component accessible by a supporting computer to perform control logic processing and to execute these processing functions and store intermediate and final results. These components are well known to those skilled in the imaging technology.

도 4b의 그래프는 각각 파장(λ1, λ2, λ3, λ4)에 대응하는 각 광원(14b, 14g, 14y, 14r)에 대하여 하나씩 4개의 개별 강도 측정결과가 한 픽셀에 대하여 얻어진 예를 보여준다. 이는 도시한 바와 같이 강도 대 파장의 그래프에서 4개의 지점을 산출한다.The graph of FIG. 4B shows an example in which four individual intensity measurement results were obtained for one pixel, one for each light source 14b, 14g, 14y, and 14r corresponding to the wavelengths λ1, λ2, λ3, and λ4, respectively. This yields four points on the graph of intensity versus wavelength as shown.

정확한 측정을 한다는 것은 시스템에서 여러 가지 에너지 레벨 및 측정 감도의 지식을 필요로 한다. 도 4b가 도시하는 바와 같이, 각 협대역 광원, 본 실시형태에서는 LED는 제한된 범위에 걸쳐서 출력 강도를 제공한다. 파장 대역(λ1, λ2, λ3, λ4)은 이들 강도 곡선이 최고가 되는 공칭파장에 의해 식별된다.Making accurate measurements requires knowledge of the various energy levels and measurement sensitivity in the system. As shown in Fig. 4B, each narrowband light source, in this embodiment, an LED provides an output intensity over a limited range. The wavelength bands λ1, λ2, λ3, and λ4 are identified by the nominal wavelength at which these intensity curves are the highest.

광대역 센서 어레이(44)는 동작하여 각 픽셀에 대한 측정치를 제공하는 조명장치(24)의 부품에 대응하는 반사광의 양을 측정하는 어떤 유형이 센서 어레이도 될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 광대역 센서 어레이(44)는 가시파장 범위에 걸쳐서 넓은 분광감도특성을 갖는다. 이는 눈의 "색매칭 기능(color matching function) 또는 칼라 센서 어레이의 스펙트럼 응답과는 분명히 다른데, 이들 둘 다 격리된 가시파장의 대역에서만 중요한 값을 갖는다. 예를 들어, 단색 CCD 촬상 어레이는 도 4c의 예에 도시한 바와 같이 전형적인 양자효율 곡선을 가질 수 있다. 이 장치는 조명될 때 각 광원(14b, 14g, 14y, 14r)에 대응하는 반사광의 양을 측정하며 수광된 검출 광강도를 나타내는 출력 신호를 제공한다. LED 광원의 피크 파장 및 대역폭은 알려져 있기 때문에, 색필터 어레이(VFA) 또는 그 외의 필터링 부품의 필요 없이 측정값은 쉽게 파장과 관련될 수 있다.The wideband sensor array 44 can be any type of sensor array that measures the amount of reflected light corresponding to a component of the illumination device 24 that operates to provide measurements for each pixel. In one embodiment, the broadband sensor array 44 has a wide spectral sensitivity characteristic over a visible wavelength range. This is clearly different from the "color matching function" of the eye or the spectral response of a color sensor array, both of which have important values only in the band of isolated visible wavelengths. For example, a monochromatic CCD imaging array is shown in Figure 4c. It can have a typical quantum efficiency curve as shown in the example of. This device measures the amount of reflected light corresponding to each light source (14b, 14g, 14y, 14r) when illuminated, and an output indicating the received detected light intensity. Since the peak wavelength and bandwidth of the LED light source is known, the measurements can be easily related to the wavelength without the need for a color filter array (VFA) or other filtering component.

일부 색 매칭 해결방법과는 대조적으로, 본 발명의 방법 및 장치는 치아 이미지의 각 픽셀에 대하여 치아 표면의 색을 정확히 프로파일링하는데 사용될 수 있는 예상 스펙트럼 반사데이터값(R(tooth))을 효율적으로 저장하는 분광측정 또는 스펙트럼 반사 색 맵핑을 제공한다. RGB 교정변환 또는 비색분석 측정에 의존하는 종래의 방법들과 비교하여, 본 발명의 방법들은 치아 이미지의 각 픽셀에 대하여 상당량의 데이터를 포함하는 맵핑을 생성할 수 있다. 이는 도 5a 및 도 5b에 개략적으로 나타나있다. 도 5a는 종래의 색측정 접근방법을 사용하여 단일 픽셀(P)에 대하여 수집된 색 데이터를 보여준다. 도시한 예에 있어서, 적색, 녹색 및 청색 색평면의 각각에 대하여 단일 데이터 값이 제공된다. 한편, 도 5b는 본 발명의 방법을 이용하여 각 픽셀에 대하여 얻어진 스펙트럼 반사 맵핑 데이터의 특성을 보여준다. 여기서, 효율적으로 각 픽셀(P)은 삼색자극치(X, Y, Z) 또는 그 외의 색 데이터가 추출되는 실제 색내용에 상당량의 정보를 제공하는 관련 스펙트럼 반사곡선을 갖는다. 실제로, 이 처리 다음에는 각 픽셀(P)에 대하여 소량의 데이터만이 실제로 메모리에 저장될 수 있으며, 따라서 스펙트럼 반사곡선 자체는 앞서 설명한 것처럼 얻어진 저장된 계수 행렬을 이용하여 재구성될 수 있다. 그리고 메모리 저장장치에 있어서, 각 픽셀은 스펙트럼 반사값 집합과 관련될 수 있으며, 선택에 따라서는 그 픽셀에 대한 전체 스펙트럼 반사곡선을 재생성할 수 있는 매트릭스에 대한 링크나 그 외의 식별자도 갖는다. 다른 방법으로서, 각 픽셀(P)에 대하여 계산된 삼색자극치, CIELAB 값, 또는 그 외의 표준 색공간에서의 값이 저장될 수 있다.In contrast to some color matching solutions, the method and apparatus of the present invention efficiently generate an expected spectral reflection data value R (tooth) that can be used to accurately profile the color of the tooth surface for each pixel of the tooth image. It provides storage spectrometry or spectral reflection color mapping. Compared to conventional methods that rely on RGB calibration conversion or colorimetric measurements, the methods of the present invention can create a mapping containing a significant amount of data for each pixel of a tooth image. This is schematically shown in FIGS. 5A and 5B. 5A shows color data collected for a single pixel P using a conventional color measurement approach. In the illustrated example, a single data value is provided for each of the red, green and blue color planes. Meanwhile, FIG. 5B shows the characteristics of the spectral reflection mapping data obtained for each pixel using the method of the present invention. Here, each pixel P effectively has an associated spectral reflection curve that provides a significant amount of information to the actual color content from which the tricolor stimulus values (X, Y, Z) or other color data is extracted. In fact, after this processing, only a small amount of data for each pixel P can actually be stored in the memory, and thus the spectral reflection curve itself can be reconstructed using the stored coefficient matrix obtained as described above. And in the memory storage device, each pixel may be associated with a set of spectral reflection values, optionally also having a link to a matrix or other identifier capable of regenerating a full spectral reflection curve for that pixel. As another method, a tricolor stimulus value, a CIELAB value, or other values in a standard color space calculated for each pixel P may be stored.

스펙트럼 반사 데이터 값을 가짐으로써 생기는 한가지 유리한 결과는 치아와 보철장치나 재료 사이 같이 치아 관련물 사이의 색 매칭이 향상되는 것이다. 본 발명의 데이터 수집 및 처리 순서를 이용하면 다수의 수학적 기법중의 어느 것을 사용하더라도 색 매칭이 달성될 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 치아 관련물(A)에 대한 스펙트럼 반사곡선이 치아 관련물(B)에 대한 스펙트럼 반사곡선과 비교되며, 두 개의 곡선 사이의 차이는 핏트(fit) 또는 그 외의 계량의 근사성에 대하여 평가된다. 예를 들어, 서로 다른 파장 범위에 걸쳐서 두 개의 곡선 사이의 중첩 영역이 평가될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 각 치아 관련물에 대하여 삼색자극 데이터값 또는 CIELAB 색값이 얻어지고 비교된다.One beneficial result of having spectral reflection data values is an improved   color   match between   teeth and related objects, such as between teeth and prosthetic devices or materials. Using the data collection and processing sequence of the present invention, color matching can be achieved using any of a number of mathematical techniques. In one embodiment, the spectral reflection curve for   tooth   relation (A) is compared with the spectral reflection curve for   tooth   relation (B), and the difference between the two curves is a fit or an approximation of other metric It is evaluated for sex. For example, the area of overlap between two curves over different wavelength ranges can be evaluated. In another embodiment, a tricolor stimulation data value or a CIELAB color value is obtained and compared for each tooth-related object.

복수 파장 카메라에 의한 다수의 협대역 측정을 이용하여 이미지의 픽셀에 대한 스펙트럼 반사데이터를 얻는 일반적인 이론 및 원리는 "Analysis Multispectral Image Capture"(Fourth Color Imaging Conference: Color Science Systems and Applications, 1996, pp. 19-22)라는 명칭의 논문에서 Peter D. Burns 및 Roy S. Berns에 의해 입증 및 설명되었다. 이들 연구자들은 연속적으로 소정 위치로 절환되는 7개의 간섭 스펙트럼 필터를 갖는 백색광원을 이용하여 서로 다른 파장에서 색참고샘플 집합으로부터 이미지 데이터를 얻었다. 그리고 주성분분석(Principal Component Analysis; PCA)을 적용함으로써, 유사하게 얻어진 일련의 색 이미지를 이용하여 미지의 색 패치에 대한 스펙트럼 반사 데이터를 재구성하는데 사용할 수 있는 스칼라 값(scalar value)의 집합을 제공한다. 이들 연구자의 작업으로 정확한 스펙트럼 반사 데이터를 얻기 위해 소수의 측정을 이용할 수 있다는 가능성을 보여주었지만, 이용된 시스템은 치아의 색 맵핑 및 그 외의 치아대상 및 재료에서는 실용적이지 못할 것이다. 다수의 절환형 간섭필터를 이용하는 복수파장(multispectral) 카메라의 설계는 치아 촬상의 사이즈 및 억세스 제약과 양립할 수 없다.The general theory and principle of obtaining spectral reflection data for pixels of an image using multiple narrowband measurements by a multi-wavelength camera is described in "Analysis Multispectral Image Capture" (Fourth Color Imaging Conference: Color Science Systems and Applications, 1996, pp. 19-22), validated and described by Peter D. Burns and Roy S. Berns. These researchers obtained image data from a set of color reference samples at different wavelengths using a white light source with seven interference spectral filters continuously switched to predetermined positions. And by applying Principal Component Analysis (PCA), a set of scalar values that can be used to reconstruct spectral reflection data for unknown   color   patches is provided using a series of similarly obtained   color   images. . The work of these researchers has shown the possibility that a small number of measurements can be used to obtain accurate spectral reflection data, but the system used will not be practical for  tooth  color  mapping   and other  tooth objects and materials. The design of a multispectral camera using a plurality of switchable interference filters is not compatible with the size and access restrictions of the tooth image.

도 6a의 논리 흐름도는 본 발명의 일 실시형태에서 치아에 대한 시각적 색값을 생성하기 위해 도 3의 색 측정 및 맵핑 장치(40)에서 제어논리처리 부품들에 의해 실행되는 단계들을 보여준다. 변환매트릭스 생성 단계(S100)는 초기에는 후술하는 바와 같이 치아의 통계적으로 유효한 샘플링으로부터 스펙트럼 반사 데이터를 이용하여 실행한다. 루핑(looping) 절차는 근원색, 여기서는 각 LED 색 또는 그 외의 협대역 조명광원 당 한번 실행한다. 조명 단계(S110)에 있어서, LED 또는 그 외의 협대역 조명광원이 동작한다. 이미지 캡쳐 단계(S120)는 주어진 조명에서 치아 그리고 선택에 따라서는 참조 타겟(28)의 이미지를 얻는다. 그 결과의 이미지는 이미지 캡쳐 단계(S120)에서 각 픽셀에 대하여 포착된 치아로부터 반사된 광으로 구성된다. 그리고 값획득 단계(S130)에서 광대역 센서 어레이로부터 측정된 이미지 값의 어레이가 획득되고 저장된다. 단계(S110), 단계(S120) 및 단계(S130)로 구성되는 루프는 LED 또는 그 외의 협대역 광원의 각 색군이 동작할 때까지 반복된다. 그 최종 결과는 치아 또는 그 외의 치아 관련물에 대한 이미지의 각 픽셀에 대한 이미지값의 집합이 된다.The logic flow diagram of FIG. 6A shows the steps executed by the control logic processing parts in the   color   measurement and   mapping apparatus 40 of FIG. 3 to generate a visual   color value for a   tooth in an embodiment of the present invention. The transformation matrix generation step S100 is initially performed using spectral reflection data from statistically effective sampling of the tooth as described later. The looping procedure is performed once per source color, in this case for each LED   color   or other narrow-band illumination source. In the illumination step (S110), an LED or other narrow-band illumination light source operates. The image capturing step S120 obtains an image of the reference target 28 at the given illumination and optionally. The resulting image is composed of light reflected from the tooth captured for each pixel in the image capturing step S120. In the value acquisition step S130, an array of image values measured from the broadband sensor array is acquired and stored. The loop consisting of step S110, step S120, and step S130 is repeated until each color group of LEDs or other narrowband light sources operates. The final result is a set of image values for each pixel of the image for  tooth   or other  tooth related objects.

값획득 단계(130)의 결과 N개의 이미지 파장값에 대한 N개의 신호의 집합, s={s1, s2, ..., sk}이 된다. 다른 방법으로서, 단계(S130)는 상기 신호값의 변환, 예를 들어 다항식변환, 

Figure pat00009
에 근거하여 추가의 신호값을 포함할 수 있는데, 여기서 e 는 실수이다. 다른 방법으로서, 이미지 샘플 측정결과의 변환된 값은 지수가 [0.3-0.4]의 범위인 간단한 지수법칙(power law)을 이용하여 계산할 수 있다.As a result of the value acquisition step 130, a set of N signals for N image wavelength values, s={s 1 , s 2 , ..., s k }. As another method, step (S130) is a conversion of the signal value, for example, polynomial conversion,
Figure pat00009
May include additional signal values based on, where e is a real number. Alternatively, the converted value of the measurement result of the image sample can be calculated using a simple power law with an exponent in the range [0.3-0.4].

도 6a의 논리흐름을 계속하면, 매트릭스 적용 단계(S160)는 변환 매트릭스를 측정된 이미지값에 적용한다. 시각적 색값 획득 단계(S174)는 변환 매트릭스에 따라서 이미지 데이터로부터 시각적 색값을 생성한다. 그리고 생성된 색 맵핑이 저장단계(S190)에서 제어논리 프로세서(38)에 의해 전자 메모리에 저장된다. 메모리 자체는 단기간 저장용으로는 랜덤 억세스 기억장치가 될 수 있거나, 장기간 저장용으로는 광학 또는 자기 기억장치가 될 수 있다. 필요에 따라서 색 맵핑이 생성되어 도 6a에 도시한 바와 같은 메모리 장치는 임시 "작업공간"이 되고 색 매칭이나 비교를 수행하는 기간 동안에만, 또는 예를 들어 이미지의 표시 중에 제어논리 프로세서(38)에 의해 사용된다. 다른 방법으로서, 저장 단계(S190)는 예를 들어 조명 유형에 따라서 지수가 붙여진 색 맵핑의 데이터베이스의 일부 같은 색 맵핑을 장기간 동안 저장할 수 있다. 일단 색 맵핑이 형성되고 컴퓨터가 억세스할 수 있는 메모리에서 이용할 수 있다면, 예를 들어 보철장치용 색 맵핑 데이터와의 비교를 위해 사용될 수 있다.Continuing the logic flow of FIG. 6A, the matrix applying step S160 applies the transform matrix to the measured image values. In step S174 of obtaining a visual   color value, a visual   color value is generated from image data according to the transformation matrix. And the generated   color   mapping is stored in the electronic memory by the control logic processor 38 in the storage step (S190). The memory itself may be a random access storage device for short-term storage, or an optical or magnetic storage device for long-term storage. If necessary, the memory device as shown in Fig. 6A becomes a temporary "workspace" and the control logic processor 38 is used only during the period during which color matching or comparison is performed, or, for example, during image display. Used by Alternatively, in the storage step S190, for a long period of time, a part of the database of   color   mapping indexed according to the lighting type, for example, may be stored for a long time. Once the   color   mapping is formed and available in a memory accessible to the computer, it can be used, for example, for comparison with the   color   mapping data for prosthetic devices.

도 6b의 논리 흐름도는 일 실시형태에서 색 맵핑을 생성하는 확장 단계들을 보여준다. 단계(S100)-단계(S160)는 도 6a를 참조하여 설명한 것과 유사하다. 단계(160)에서 변환 매트릭스를 적용한 다음에, 단계(S170)는 단계(S160)에서 얻어진 혼합 계수 및 미리 계산된 주성분을 이용하여 스펙트럼 반사 데이터 또는 곡선을 생성한다. 그리고 색값 추출 단계(S180)는 원하는 광원의 스펙트럼 분포에 근거하여 색 맵핑에 대한 시각적 색값을 추출한다.The logic flow diagram of FIG. 6B shows the expansion steps for creating a color-to-color mapping in one embodiment. Steps S100 to S160 are similar to those described with reference to FIG. 6A. After applying the transform matrix in step 160, step S170 generates spectral reflection data or curves using the pre-calculated principal components and the blending coefficient obtained in step S160. Then, in step S180 of extracting   color values, visual   color values for   color   mapping are extracted based on the spectral distribution of the desired light source.

유리하게도, 치아 및 그 외의 치과재료용 스펙트럼 반사는 정상적으로 동작하며 특징적인 패턴을 따른다. 치아 및 치과재료에 대한 스펙트럼 반사곡선은 비교적 한정된 범위내에서만 변화를 갖고 매끈하고 일관적인 형상을 나타낸다. 이런 특징으로 종래의 접근방법을 이용하여 가능했던 것보다 정확한 색 매칭에 필요한 공구를 제공하는 통계적 기법을 사용할 수 있게 된다.Advantageously, the spectral reflection for teeth and other dental materials works normally and follows a characteristic pattern. Spectral reflection curves for teeth and dental materials show a smooth and consistent shape with a change only within a relatively limited range. This feature makes it possible to use a statistical technique that provides the tools necessary for accurate   color   matching than was possible using a conventional approach.

도 3이 보여준 것처럼, 변환 매트릭스(50)는 비교적 소수의 치아에 대하여 측정된 값에 근거하여 시각적 색 데이터를 제공하는데 사용된다. 본 발명의 실시형태들은 다수의 치아에 대한 스펙트럼 반사 데이터를 통계적으로 유효하게 샘플링하여 변환 매트릭스(50)를 생성한다. "통계적으로 유효한 샘플링"에서의 치아의 개수는 보다 큰 치아 모집단을 나타내는 충분한 구성원을 갖는다. 샘플 사이즈를 샘플들의 통계적으로 충분하거나 통계적으로 유효한 개수를 초과하여 증가시키면 샘플링 분포에서 얻어지는 그 결과의 데이터에 현저한 효과는 없기 쉽다.As shown in FIG. 3, the transformation matrix 50 is used to provide visual   color   data based on measured values for a relatively small number of teeth. Embodiments of the present invention generate a transform matrix 50 by statistically effective sampling of spectral reflection data for a plurality of teeth. The number of teeth in the "statistically valid sampling" has enough members to represent a larger   teeth   population. Increasing the sample size beyond the statistically sufficient or statistically valid number of samples tends to have no significant effect on the resulting data obtained from the sampling distribution.

도 7을 참조하면, 변환 매트릭스 생성 단계(S100)에서 변환 매트릭스(50)를 형성하는 공정이 도시되어 있다. 초기에, 분광광도계를 사용하여 스펙트럼 반사 곡선(52)의 샘플 집합이 얻어진다. 샘플 집합은 통계적으로 유효한 샘플로서 사용하기 위한 치아의 충분한 개수(M)(예를 들어 일 실시형태에서 M=100)에 대한 스펙트럼 반사 곡선(52)을 갖는다. 그리고 54에 도시된 주성분분석(PCA)를 사용하여 이 데이터를 분석하여 최고의 통계적 중요성을 갖는 주성분(56) 및 대응하는 혼합 계수(60)를 특정한다. 실험상의 데이터는 치아 및 그 외의 치아 관련물의 스펙트럼 반사에 대하여 중요한 주성분의 개수는 약 4개라는 것을 보여주었다.Referring to FIG. 7, a process of forming the conversion matrix 50 in the conversion matrix generation step S100 is shown. Initially, a sample set of spectral reflection curve 52 is obtained using a spectrophotometer. The sample set has a spectral reflection curve 52 for a sufficient number of teeth (M) (eg M=100 in one embodiment) to be used as a statistically valid sample. This data is then analyzed using the principal component analysis (PCA) shown at 54 to specify the principal component 56 and the corresponding blending coefficient 60 having the highest statistical significance. The experimental data showed that the number of important principal components for the spectral reflection of  tooth  and other  tooth-related objects was about 4.

주성분분석(PCA)은 다차원 데이터 집합에서의 관계를 보다 잘 보여주기 위해 다차원 데이터 집합에 대한 치수의 전체 개수를 줄이기 위해 통계에서 사용되는 잘 알려진 벡터 공간 변환법이다. 스펙트럼 반사 데이터 같은 다변량(multivariate) 데이터에서 PCA는 데이터를 보다 잘 이해하고 그 사용을 간단하게 하기 위해 사용할 수 있는 데이터에서의 경향들을 드러내는 것을 도와주기 위해 데이터 변수의 공분산(covariance)을 분석한다. PCA는 데이터에 대한 대체 기준 또는 좌표계를 제공하는 고유벡터(*?*2)기준에서 상호 직교)를 생성함에 의한 데이터의 분해를 수반한다. PCA는 각 고유벡터와 관련된 고유치 감소에 근거하여 순서가 정해진 고유백터의 순서집합을 결정한다. 고유벡터들은 단위 벡터로 증감될 수 있고 직교하기 때문에, 그 원래의 좌표계로부터 고유벡터들의 대체 좌표계로의 직교 선형변환이 얻어진다. 이런 유형의 데이터 분해로 인하여 하위의 성분(즉 순서에서 제 1, 제 2, 제 3 그리고 후속의 주성분)은 데이터의 가장 중요한 면을 나타내며, 고위 성분은 데이터의 변화에 대한 점차 적은 정보를 나타낸다. 이에 따라서 원래 획득한 데이터보다도 간단한 형태(즉, 보다 적은 치수)의 데이터의 통계적 특성화가 가능해진다.Principal component analysis (PCA) is a well-known vector space transformation method used in statistics to reduce the total number of dimensions for a multidimensional data set to better show the relationship in a multidimensional data set. In multivariate data such as spectral reflection data, PCA analyzes the covariance of data variables to help reveal trends in the data that can be used to better understand the data and to simplify its use. PCA entails decomposition of data by generating an eigenvector (*?* 2 ) that is orthogonal to each other on the basis of an alternative reference or coordinate system for the data. PCA determines an ordered set of ordered eigenvectors based on the reduction of eigenvalues associated with each eigenvector. Since the eigenvectors can be increased or decreased to a unit vector and are orthogonal, an orthogonal linear transformation of the eigenvectors from the original coordinate system to the replacement coordinate system is obtained. Due to this type of data decomposition, the lower components (i.e. the first, second, third and subsequent principal components in the sequence) represent the most important aspects of the data, and the higher components represent increasingly less information about changes in the data. This makes it possible to statistically characterize data in a simpler form (ie, smaller dimensions) than the originally acquired data.

도 7로 다시 돌아가 참조하면, 56에서 하위 주성분의 집합이 혼합 계수(60)의 대응 집합과 함께 생성된다. 혼합 계수들은 반사 곡선(52)의 샘플 집합에 대한 치아 스펙트럼 반사곡선의 집합 각각을 생성하기 위해 주성분 고유벡터를 증감 또는 가감하는데 사용된다. 간단하게 말해서, 혼합 계수들은 PCA 고유벡터에 의해 결정된 벡터 공간에서 벡터를 형성한다.Returning to FIG. 7, a set of lower principal components at 56 is generated together with a corresponding set of blending coefficients 60. The blending coefficients are used to increase or decrease the principal component eigenvectors to generate each set of  tooth spectral reflection curves for the sample set of reflection curve 52. Simply put, the blending coefficients form a vector in the vector space determined by the PCA eigenvector.

역시 도 7의 논리흐름을 참조하면, 일 실시형태에 있어서, 스펙트럼 반사곡선이 사전에 기록된 동일 위치에서 색 측정 및 맵핑 장치(40)(도 3)를 사용하여 샘플 집합의 M개의 치아의 이미지값 측정(62)을 함으로써 변환 매트릭스(50)가 생성된다. M개의 치아의 각각에 대한 4개의 측정치가 도 7에서 측정결과(62)로 나타내어져 있으며, 각 치아에 대하여 얻어진 측정치의 개수는 조명장치(24)에서의 광원(LED)의 개수에 해당한다. 그리고 혼합 계수(60)의 집합과 측정된 이미지 데이터, 즉 측정치(62) 사이에 최소자승법(least-squares fit) 절차(78)가 실시되어 변환 매트릭스(50)을 생성하는데, 이는 측정된 이미지 데이터(62)를 혼합계수(60)로 변환하기 위한 최상적합 매트릭스를 제공한다.Referring also to the logic flow of FIG. 7, in one embodiment, an image of the M teeth of the sample set using the   color   measurement and   mapping device 40 (FIG. 3) at the same location where the spectral reflection curve was previously recorded. By taking value measurements 62, a transformation matrix 50 is created. Four measurement values for each of the M teeth are shown as measurement results 62 in FIG. 7, and the number of measurements obtained for each teeth corresponds to the number of light sources (LEDs) in the lighting device 24. Then, a least-squares fit procedure 78 is performed between the set of blending coefficients 60 and the measured image data, that is, the measured values 62 to generate the transform matrix 50, which is the measured image data ( 62) to a blending factor (60).

도 7에서 설명한 실시형태에 따른 변환 매트릭스(50) 생성 단계는 색 맵핑에서 장래 사용하기 위한 변환 매트릭스를 생성한다. 그리고 이 매트릭스와 주성분(56)의 집합은 색 측정 및 맵핑 장치(40)의 제어논리 프로세서(38)에 저장된다. 그리고, 색측정 및 맵핑 장치(40)가 미지의 치아에서 사용될 때마다, 저장된 변환 매트릭스(50)는 치아의 픽셀에서 얻어진 이미지 값에 적용되어 혼합 계수의 집합을 계산하는데(단계 S160), 이는 저장된 주성분(56)과 함께 사용되어 스펙트럼 반사 데이터를 생성한다(도 6b에서 단계 S170). 그리고 생성된 스펙트럼 반사곡선은 임의의 관찰 광원의 스펙트럼 프로파일 및 시각적 색 매칭 기능과 함께 사용되어 치아의 삼색자극치(XYZ)를 계산한다(도 6b에서 단계 S180).In the step of generating the transform matrix 50 according to the embodiment described in FIG. 7, a transform matrix for future use in? Color? Mapping is generated. Then, the matrix and the set of the main components 56 are stored in the control logic processor 38 of the   color   measurement and   mapping apparatus 40. And, whenever the   color measurement and   mapping   device 40 is used in the unknown   tooth, the stored transformation matrix 50 is applied to the image values obtained from the pixels of the   tooth to calculate a set of blending coefficients (step S160), which is stored It is used together with the main component 56 to generate spectral reflection data (step S170 in Fig. 6B). And the generated spectral reflection curve is used together with the spectral profile of an arbitrary observation light source and the visual   color   matching   function to calculate the tricolor stimulation value (XYZ) of the teeth (step S180 in Fig. 6B).

도 8의 논리흐름도에서 도시한 바와 같이 단계(S100)에서 변환 매트릭스를 생성하는 대체 실시형태에 있어서, 샘플 집합으로부터 스펙트럼 반사 데이터(52) 대신에 통계적으로 유효한 샘플 집합에 대한 측정된 이미지 데이터(62)에 대하여 PCA(64)가 수행된다. 측정된 이미지 데이터(62)의 값은 맵핑 장치(40)를 사용하여 얻어진다(도 3). 그 결과 측정된 이미지 값 데이터(62)에 대한 중요한 주성분(66) 및 대응 혼합 계수(70)의 집합이 된다. 앞에서 설명한 바와 같은 분광광도계를 사용하여 측정된 스펙트럼 반사 데이터의 샘플 집합의 각 곡선으로부터 직접 XYZ 색값(63)이 얻어진다. 획득된 XYZ값(63)과 혼합 계수(70) 사이에 최소자승법 절차(78)가 수행되어 변환 매트릭스(72)에 대한 값을 생성한다. 본 실시형태에서, 변환 매트릭스(72)는 측정된 이미지 데이터(62)의 주성분에 대응하는 혼합 계수(70)를 삼색자극치로 변환하기 위한 최상적합 매트릭스다. 본 실시형태는 소정의 관찰 광원의 시각적 색을 직접 계산하므로, 완전 스펙트럼 반사 정보를 제공하지 않는다.In an alternative embodiment of generating the transform matrix in step S100 as shown in the logic flow diagram of FIG. 8, the measured image data 62 for a statistically valid sample set instead of the spectral reflection data 52 from the sample set ), PCA 64 is performed. The value of the measured image data 62 is obtained using the  mapping apparatus 40 (Fig. 3). The result is a set of important principal components 66 and corresponding blending coefficients 70 for the measured image value data 62. XYZ? color values 63 are obtained directly from each curve of a sample set of spectral reflection data measured using a spectrophotometer as described above. A least squares procedure 78 is performed between the obtained XYZ values 63 and the blending coefficients 70 to generate values for the transform matrix 72. In this embodiment, the transform matrix 72 is a best fit matrix for transforming the blending coefficient 70 corresponding to the main component of the measured image data 62 into a tricolor stimulus value. This embodiment does not provide full spectrum reflection information because it directly calculates the visual color of a given observation light source.

도 9는 PCA를 수행하지 않고서 변환 매트릭스를 생성하기 위한 단계(S100)의 다른 대체 실시형태를 설명한다. XYZ 색값(63)은 먼저 전술한 바와 같이 분광광도계를 사용하여 기록된 스펙트럼 반사 데이터의 샘플 집합의 각 곡선으로부터 획득된다. 측정된 이미지 데이터(62)의 값은 맵핑 장치(40)(도 3)를 사용하여 획득된다. 그리고 획득된 XYZ 값(63)과 측정된 이미지 값(62) 사이에서 최소자승법이 수행되어 변환 매크릭스(74)의 값을 생성한다. 본 실시형태에서 변환 매트릭스는 측정된 이미지 값(62)을 직접 삼색자극치로 변환하기 위한 최상적합 매트릭스다. 이는 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한 두 개의 이전의 실시형태보다 간단히 성취된다. 그러나 도 7의 실시형태와는 달리, 그리고 도 8의 실시형태와는 유사하게, 이 순서로 소정 관찰 조건에 대한 XYZ 색값만이 산출된다.9 illustrates another alternative embodiment of step S100 for generating a transform matrix without performing PCA. The XYZ? color value 63 is first obtained from each curve of a sample set of spectral reflection data recorded using a spectrophotometer as described above. The value of the measured image data 62 is obtained using the ?mapping device 40 (Fig. 3). Then, the least squares method is performed between the obtained XYZ value 63 and the measured image value 62 to generate a value of the transformation matrix 74. In this embodiment, the transformation matrix is a best suited matrix for directly transforming the measured image value 62 into a tricolor stimulus value. This is accomplished more simply than the two previous embodiments described with reference to FIGS. 7 and 8. However, unlike the embodiment of Fig. 7 and similar to the embodiment of Fig. 8, only the XYZ? color values for a predetermined observation condition are calculated in this order.

도 10은 PCA를 수행하지 않고 변환 매트릭스를 생성하기 위한 단계(S100)의 또 다른 대체 실시형태를 설명한다. XYZ값(63)은 먼저 전술한 바와 같이 분광광도계를 사용하여 기록된 스펙트럼 반사 데이터의 샘플 집합의 각 곡선으로부터 획득된다. XYZ 값의 각 집합에 대하여 시각적 색값(200)이 계산된다. 이들 시각적 색값은 CIELAB 같은 대체로 균일한 시각적 색공간에 좌표를 나타내도록 선택할 수 있다. 측정된 이미지 데이터(62)의 값은 맵핑 장치(40)(도 3)를 사용하여 획득된다. 그러나 단계(S130)의 실시형태에 있어서, 측정된 이미지 데이터의 집합은 각 측정된 이미지 값의 다항식변환 값, 

Figure pat00010
을 포함하도록 확대되는데, 여기서 e는 전술한 바와 같이 실수다. 그리고 획득된 XYZ 값(63)과 측정된 이미지 값(210)의 확대 집합 사이에서 최소자승법이 수행되어 변환 매트릭스(76)의 값을 생성한다. 본 실시형태에서 변환 매트릭스(76)는 확대된 측정 이미지 값(210)을 직접 시각적 색값으로 변환하기 위한 최상적합 매트릭스이다. 도 7, 도 8 및 도 9의 실시형태와는 달리, 이 순서에 의해 소정의 관찰조건에 대한 시각적 색값만이 산출된다.10 illustrates another alternative embodiment of step S100 for generating a transform matrix without performing PCA. The XYZ values 63 are first obtained from each curve of a sample set of spectral reflection data recorded using a spectrophotometer as described above. A visual color value 200 is calculated for each set of XYZ values. These visual color values can be chosen to represent coordinates in a generally uniform visual color space such as CIELAB. The value of the measured image data 62 is obtained using the mapping device 40 (Fig. 3). However, in the embodiment of step S130, the set of measured image data is a polynomial transform value of each measured image value,
Figure pat00010
Is expanded to include, where e is a real number as described above. Then, the least squares method is performed between the obtained XYZ value 63 and the enlarged set of the measured image values 210 to generate the value of the transformation matrix 76. In this embodiment, the transformation matrix 76 is a best suited matrix for directly converting the enlarged measured image value 210 into a visual color value. Unlike the embodiments of Figs. 7, 8 and 9, only visual color values for a predetermined observation condition are calculated by this procedure.

앞에서 언급한 바와 같이, 종래의 방법을 사용하여 정확한 색측정치를 획득하는 작업은 조명 및 센서 응답의 변화에 의해 혼란해진다. 이런 문제점들은 본 발명의 개량된 방법에 의해 대처된다. 색 측정 및 맵핑 장치(40)를 사용하여 다음의 식에서 LED 조명에 대한 특정 파장(

Figure pat00011
)에 대하여 획득된 일반화 측정신호(Si(tooth))는 "
Figure pat00012
" 같이 나타낼 수 있다.As mentioned earlier, the task of obtaining accurate color measurements using conventional methods is confused by changes in illumination and sensor response. These problems are addressed by the improved method of the present invention. Using the color measurement and mapping device 40, the specific wavelength (
Figure pat00011
The generalized measurement signal (S i(tooth) ) obtained for) is "
Figure pat00012
"Can be expressed together.

여기서, R0은 치아 또는 그 외의 치아 관련물의 실제 반사율이다. 이 변수는 또한 치아 재료를 참조하여 Rtooth로서 표현될 수 있으며, D(

Figure pat00013
)은 센서 응답이고, ILEDi 는 i번째 LED 또는 그 외의 협대역 광원의 강도이다.Here, R 0 is the actual reflectance of a tooth or other tooth-related object. This variable can also be expressed as R tooth with reference to the tooth material, and D(
Figure pat00013
) Is the sensor response and I LEDi is the intensity of the ith LED or other narrowband light source.

식(1)은 일반적으로 RGB를 사용하든 백색광원을 사용하던지 그리고 이미지 센서 어레이가 CCD, CMOS 또는 그 외의 유형의 광검출 장치이던지간에 치아의 색측정치에 대해서 잘 맞는다는 것을 알 수 있다. 특히 RGB기반의 색측정 장치 및 비색분석 측정 장치 같은 종래의 치아 색측정 장치는 측정된 신호(Si(tooth))로부터 치아 색값을 생성한다는 것을 주목하는 것이 유익하다. 그러나 식(1)이 보여주는 바와 같이, 이 신호 자체는 3개의 가변인자, 즉 실제 치아 반사율(R0), 광원 및 센서 응답의 곱이다. 이는 이 측정치가 광원과 센서 응답에 의존하기 때문이므로 정확한 색 계산은 종래의 RGB기반 또는 비색분석 측정 장치로는 얻어지지 않는다. 그러나, 종래의 해결방법과는 달리, 본 발명의 접근방법은 측정된 신호에서 치아 반사율(R0)을 다른 두 개의 인자와 격리시킨다. 그리고 획득된 반사율(R0)은 임의의 조명 조건하에서 색을 정확히 특징 짓는데 사용될 수 있다. 이런 방식으로, 본 발명의 방법은 색 특성화에 분광광도 접근방법을 이용한다. 그러나, 물체상의 한 위치에서 단일 광검출기용 데이터를 추출하기 위해 하나 이상의 측정치를 획득하는 종래의 분광광도 기구와는 달리, 본 발명의 장치 및 방법은 전체 물체에 대한 분광광도 데이터의 맵핑을 포착하는 단색 센서 어레이를 갖는 잘 특성화된 협대역 광원을 사용하여 이 데이터를 획득한다.It can be seen that Equation (1) is generally well suited for tooth color measurements, whether RGB or white light sources are used, and whether the image sensor array is a CCD, CMOS, or other type of photodetector. In particular, it is advantageous to note that conventional tooth color measuring devices such as RGB-based color measuring devices and colorimetric analysis measuring devices generate tooth color values from the measured signals Si(tooth) . However, as Equation (1) shows, this signal itself is the product of three variable factors: the actual tooth reflectance (R 0 ), the light source and the sensor response. This is because this measurement depends on the light source and sensor response, so accurate color calculations cannot be obtained with conventional RGB-based or colorimetric measuring devices. However, unlike conventional solutions, the inventive approach isolates the tooth reflectance R 0 from the other two factors in the measured signal. And the obtained reflectance R 0 can be used to accurately characterize the color under arbitrary lighting conditions. In this way, the method of the present invention uses a spectrophotometric approach to color characterization. However, unlike conventional spectrophotometric instruments that acquire more than one measurement to extract data for a single photodetector at one location on an object, the apparatus and method of the present invention captures the mapping of spectrophotometric data to the entire object. This data is acquired using a well characterized narrowband light source with a monochromatic sensor array.

본 발명의 실시형태에 있어서는, 지수 i(i=1, 2, ..., N)가 붙여진 N개의 LED 색광원의 각각에 대하여 하나씩, 다수의 신호값(Si(tooth))이 획득된다. 식(1)이 보여주는 바와 같이, Si(tooth)를 사용하여 정확하고 일관된 측정치를 제공하기 위해서는 예를 들어 광원 강도 및/또는 센서 응답의 변동(D(

Figure pat00014
))으로부터 장치의 단기변화를 보상할 필요가 있다. 이 때문에, 촬상 공정의 일부로서, 참조 타겟 측정치(Si(ref))가 교정기준으로서 사용하기 위해 선택에 따라서 획득된다.In the embodiment of the present invention, a plurality of signal values (S i (tooth) ) are obtained, one for each of the N LED color light sources to which the index i (i = 1, 2, ..., N) is attached. . As Equation (1) shows, in order to provide accurate and consistent measurements using S i(tooth) , for example, variations in light source intensity and/or sensor response (D(
Figure pat00014
It is necessary to compensate for short-term changes in the device from )). For this reason, as part of the imaging process, a reference target measurement value Si(ref ) is obtained according to selection for use as a calibration criterion.

Figure pat00015
Figure pat00015

여기서, Rref는 참조 타겟(28)의 반사율이다. 이 값은 일 실시형태에서 치아와 동일한 포착 시야 내에 위치하는 참조 타겟(28)(도 3)으로부터 이미지를 독취함으로서 획득된다. 대체 실시형태에 있어서, 예를 들어 촬상 기간의 개시시 같이 참조 타겟(28)으로부터의 이미지 독취는 별개로 획득된다.Here, R ref is the reflectance of the reference target 28. This value is obtained in one embodiment by reading an image from a reference target 28 (FIG. 3) located within the same field of view as the tooth. In an alternative embodiment, the image reading from the reference target 28 is obtained separately, for example at the beginning of the imaging period.

값 Si(tooth) 및 Si(ref)가 주어진다면, 본 발명의 방법을 이행하는데 보다 유용한 양은 다음과 같이 주어지는 교정된 측정값이다.Given the values Si(tooth) and Si (ref) , a more useful quantity to implement the method of the invention is a calibrated measure given as follows.

Figure pat00016
Figure pat00016

여기서 Rref(

Figure pat00017
i)는 LEDi의 피크값에서 참조 타겟(28)의 공지 반사율이다. 교정된 측정값(
Figure pat00018
)은 측정가변성의 1차 근원을 제거하고 강도 크기 또는 장치 응답에 대한 의존성을 제거한다. 교정된 측정값(
Figure pat00019
)으로부터 본 발명의 방법은 매우 정확한 색맵핑을 제공하기 위해 시각적 색값을 획득하는데 사용될 수 있다.Where R ref(
Figure pat00017
i) is the known reflectance of the reference target 28 at the peak value of LEDi. Calibrated measurement value (
Figure pat00018
) Eliminates the primary source of measurement variability and eliminates dependence on intensity magnitude or device response. Calibrated measurement value (
Figure pat00019
), the method of the present invention can be used to obtain visual color values to provide very accurate color mapping.

각 픽셀에 대한 삼색자극치 X, Y, Z(이후 Xq(q=1, 2, 3)으로 나타내는데, 여기서 X1=X, X2=Y, X3=Z)의 각각은 다음의 방법으로 치아 반사율로부터 계산할 수 있다.The tricolor stimulus values for each pixel X, Y, Z (hereafter X q (q = 1, 2, 3) are represented, where X 1 =X, X 2 =Y, X 3 =Z) are each in the following way. It can be calculated from tooth reflectance.

Figure pat00020
Figure pat00020

여기서 

Figure pat00021
의 값은 표준관찰자의 대응하는 시각적 색 매칭 함수이며, I(
Figure pat00022
)는 치아가 관찰되는 광원의 스펙트럼 분포이다.here
Figure pat00021
The value of is the standard observer's corresponding visual color matching function, and I(
Figure pat00022
) Is the spectral distribution of the light source at which the teeth are observed.

값(Rtooth(

Figure pat00023
))은 색 측정 및 맵핑 장치(40)로 직접 측정되지 않지만, 전술한 바와 같이 PCA를 사용하든가 해서 샘플 집합의 분석에서 추출된 혼합 계수를 사용하여 얻을 수 있다.Value (R tooth(
Figure pat00023
) ) is not directly measured by the color measurement and mapping device 40, but can be obtained using a blending coefficient extracted from the analysis of a sample set by using PCA as described above.

식(4)에 따라서 공지의 스펙트럼 에너지 분포를 갖는 임의의 조명조건하에서 치아의 삼색자극치를 계산하기 위해 색 측정 및 맵핑 장치(40)로부터 획득한 스펙트럼 반사 측정결과를 사용할 수 있다. 이런 절차를 치아와 색 매칭 탭 양쪽에 적용하면 최상의 매칭을 발견할 수 있는 두 개의 삼색자극치 집합이 산출될 것이다. 다른 방법으로서, 치아와 색 매칭 탭 사이의 가장 근접한 매칭을 찾기 위해서 삼색자극치는 CIELAB 또는 HSV 같은 다른 시각적 색공간으로 변환될 수 있다.According to Equation (4), the spectral reflection measurement results obtained from the   color   measurement and   mapping device 40 can be used to calculate the tricolor stimulus value of the   tooth under arbitrary lighting conditions having a known spectral energy distribution. Applying this procedure to both  tooth and  color  matching   tabs will yield two sets of tricolor stimuli that can find the best   match. Alternatively, the tricolor stimulus can be transformed into another visual color space, such as CIELAB or HSV, to find the closest match between the tooth and the color match and the tap.

상기 접근방법은 단색 광대역 센서 어레이에 대하여 설명하였다. 각 LED 또는 그 외의 조명광원이 동작할 때 신호를 제공하기 위해서 종래의 RGB 칼라 센서 어레이를 사용하는 경우라면 동일한 방법을 역시 사용할 수 있다. RGB 칼라 센서의 경우, 특정 LED 조명에 대한 최고 신호레벨을 갖는 색채널을 사용할 수 있다. 각 LED 조명에 대하여 센서의 3개의 색채널이 사용된다면 3개의 색채널의 신호들의 가중 합 같은 조합으로 측정 이미지 데이터값이 얻어질 것이다.The above approach has been described for a monochromatic   wideband sensor array. The same method can also be used if a conventional RGB color sensor array is used to provide signals when each LED or other illumination light source is operating. For RGB color sensors, you can use the color channel with the highest signal level for a specific LED light. For each LED light, if three   channels of the sensor are used, the measured image data values will be obtained with the same combination of the weighted sum of the signals of the three   channels.

본 발명의 실시형태를 사용하면 치아 표면의 분광광도 색 맵핑을 획득하는 작업이 단순하게 되며, 이 데이터를 제공하는 비용이 종래의 대안보다 상당히 감소된다. 본 발명의 변환 매트릭스를 적용한 결과, 매우 정확한 색 데이터를 획득하는데 적은 측정치만이 필요하다. 3개 또는 4개의 LED만을 사용하여 조명으로부터 측정하면 많은 구강내 촬상 응용에서의 색 맵핑에 충분하다는 것을 발견하였다.The use of an embodiment of the present invention simplifies the operation of obtaining the spectral photometric/color/mapping of the tooth surface, and the cost of providing this data is significantly reduced over conventional alternatives. As a result of applying the transformation matrix of the present invention, only a small number of measurements are required to obtain very accurate   color   data. It has been found that measurement from illumination using only 3 or 4 LEDs is sufficient for  color  mapping in many intraoral imaging applications.

도 6a 및 도 6b의 순서는 관찰 광원 조건 집합 중의 임의의 조건하에서의 색 맵핑을 가능하게 한다는 것을 알 수 있다. 수집된 스펙트럼 반사 맵핑 데이터는 백열등, 형광등, 자연광이나 일광, 또는 그 외의 광원을 포함한 임의의 관찰광원과 가장 잘 매칭되는 색을 계산하는데 사용할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 치과의원에서 얻어진 스펙트럼 반사 맵핑 데이터는 자연광(일광)에서 관찰한 보철물, 또는 모델이나 연주자를 위한 무대 조명하에서 관찰한 보철물, 또는 사무실 환경 또는 그 외의 조명조건에서 형광등에서 관찰한 보철물에서 가장 잘 매칭되는 색을 결정하는데 사용할 수 있다. 이는 색 맵핑 및 색 매칭이 색측정을 하는데 사용되지만 환자에게 가장 중요한 조명조건과는 매우 다를 수 있는 특정 조명조건에 한정되었던 이전의 RGB 및 비색분석법보다 나은 본 발명의 방법의 이점이다.It can be seen that the order of Figs. 6A and 6B enables   color   mapping under any condition in the set of observation light source conditions. The collected spectral reflection and mapping data can be used to calculate the color that best matches any observed light source, including incandescent, fluorescent, natural or daylight, or other light sources. Thus, for example, the spectral reflection   mapping   data obtained in a dentistry could be a prosthesis observed in natural light (daylight), or a prosthesis observed under stage lighting for a model or performer, or observed in a fluorescent lamp in an office environment or other lighting conditions. It can be used to determine the color that best matches the prosthesis. This is an advantage of the method of the present invention, which is better than the previous RGB and colorimetric analysis methods, which were limited to specific lighting conditions, where  color   mapping   and   color   matching are used for color measurement, but may be very different from the lighting conditions most important to the patient.

도 6a 및 도 6b의 공정으로 획득된 정보는 많은 방법으로 저장되어 사용될 수 있다. 생성된 시각적 색값은 예를 들어 디스플레이용 맵핑을 가능하게 하는데 직접 사용되거나 어떤 방법으로 부호화되어 메모리에 저장될 수 있다. 스펙트럼 반사값은 다른 치아 이미지 데이터와 연관시켜져서 정확한 색 특성화가 유용한 치과기공실이나 그 외의 시설에 제공될 수 있다.The information obtained through the processes of FIGS. 6A and 6B can be stored and used in many ways. The generated visual   color value can be used directly to enable   mapping for display, for example, or can be encoded in some way and stored in a memory. Spectral reflection values can be correlated with other  tooth   image data so that accurate  color   characterization can be provided to a dental lab or other facility where useful.

도 6a 및 도 6b에 설명된 방법은 일 실시형태에서 치아 이미지의 각 픽셀에 대하여 다수의 측정치를 획득함을 알 수 있다. 이는 어쩌면 상당량의 데이터이지만 한 픽셀씩 치아 이미지의 스펙트럼 성분의 완전 평가를 제공한다. 치아 이미지에 대하여 수집된 데이터는 비조건등색성(non-metameric)이므로, 색 맵핑에 종래의 비색분석, RGB, 또는 시각적으로 매칭된 시스템이 이용되는 경우 색 데이터를 손상시킬 수 있는 조명 의존성의 바람직하지 못한 영향을 제거한다.It can be seen that the method described in FIGS. 6A and 6B obtains a plurality of measurements for each pixel of the   tooth   image in one embodiment. This is probably a significant amount of data, but it provides a complete evaluation of the spectral component of the image pixel by pixel. Since the data collected for the tooth   image is non-metameric, it is desirable for the color   mapping to use a conventional colorimetric analysis, RGB, or visually   matched system   color   lighting dependence that can damage data Eliminate the unsuccessful effects.

LED는 본 발명에 따른 스펙트럼 반사 데이터를 획득하기 위한 광원으로서 유리하다. 바람직한 실시형태에 있어서, LED는 약 40nm 미만의 파장 범위에 걸쳐서 광의 대부분을 방출한다. 일 실시형태에 있어서, LED 광원은 실질적으로 그 각각의 파장대역에 대하여 중첩되지 않으므로, 임의의 광이 인접 대역으로 누설되는 것은 무시할 수 있을 정도이다. 반사율측정에 필요한 조명을 제공하기 위해 다른 유형의 협대역 광원들을 대안적으로 사용할 수 있다. 다른 유형의 광원으로는 예를 들어 등불 같은 광대역 광원으로부터의 필터링된 광이 포함된다. 도 3의 예에서는 4개의 LED가 도시되어 있다. 일반적으로, 적어도 3개의 서로 다른 파장의 광원을 사용하여야 한다.LEDs are advantageous as a light source for obtaining spectral reflection data according to the invention. In a preferred embodiment, the LED emits most of the light over a wavelength range of less than about 40 nm. In one embodiment, since the LED light sources do not substantially overlap for their respective wavelength bands, it is negligible that any light leaks into adjacent bands. Other types of narrowband light sources can alternatively be used to provide the necessary illumination for reflectance measurements. Other types of light sources include filtered light from broadband light sources such as lanterns, for example. In the example of FIG. 3, four LEDs are shown. In general, at least three different wavelength light sources should be used.

본 발명의 장치 및 방법은 스펙트럼 반사값의 맵핑을 제공하기 때문에, 종래의 비색분석 또는 RGB 기반의 측정방법을 사용하는 경우에 이용할 수 있는 것보다 치아의 트루칼라에 관한 정확한 정보를 조성하다. 스펙트럼 반사는 광원과 관계 없는 완전한 색정보를 포함하기 때문에 획득된 색 데이터는 조건등색성에 의한 에러를 받지 않는다. 격자나 그 외의 장치의 필요 없이 LED 또는 그 외의 작은 광원을 사용함으로써, 본 발명의 장치는 저렴한 비용으로 컴팩트하게 포장될 수 있다. 예를 들어, 색 측정 및 맵핑 장치(40)는 구강내 카메라로서 포장될 수 있다.Since the apparatus and method of the present invention provides   mapping of spectral reflection values, more accurate information about the true color of teeth is formed than can be used when a conventional colorimetric analysis or RGB-based measurement method is used. Since spectral reflection contains complete   color information irrelevant to the light source, the acquired   color   data does not receive an error due to conditional isochromaticity. By using LEDs or other small light sources without the need for gratings or other devices, the device of the present invention can be packaged compactly at low cost. For example, the   color   measurement and   mapping   device 40 may be packaged as an intraoral camera.

참조 타겟(28)은 색 촬상에 필요한 참조 이미지를 제공하기 위해 패치 같은 어떤 적절한 유형의 참조 물체도 될 수 있다. 균일한 스펙트럼 성분을 갖는 일부 다른 패치 뿐만 아니라 백색 또는 회색 패치도 사용할 수 있다. 타겟(28)은 별개로 촬상될 수 있거나, 또는 고정 위치에서처럼 센서 어레이(44)의 화상 시야내에 대략 동일 거리에 치아와 나란하게 위치될 수 있거나, 또는 촬상 사이클에서 필요한 것처럼 참조 촬상을 위해 액튜에이터를 동작시키는 등에 의해 소정 위치로 피봇동작할 수 있다.The reference target 28 may be any suitable type of reference object, such as a patch, to provide a reference image necessary for   color   imaging. White or gray patches can be used as well as some other patches with uniform spectral components. The target 28 may be imaged separately, or may be positioned parallel to the tooth at approximately the same distance within the image field of view of the sensor array 44, as in a fixed position, or the actuator may be used for reference imaging as needed in the imaging cycle. It can pivot to a predetermined position by operating or the like.

예를 들어 삼색자극치를 획득하고 결과를 저장 및 표시하기 위해서 다수의 계산 기능이 이용된다. 이들 기능은 본 발명의 색 매칭 및 맵핑 장치를 구비하거나 이 장치와 상호 작용하도록 구성된 제어논리 프로세서(38)에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어 저장된 명령들은 전술한 색 맵핑 데이터 억세스, 계산 및 출력 기능을 실행하도록 프로세서 논리회로를 구성한다. 계산 기능에는 (디지털 신호처리 부품 같은) 전용 데이터 처리 부품을 이용하는 전용 컴퓨터 워크스테이션, 개인용 컴퓨터 또는 매립형 컴퓨팅 시스템 같은 많은 유형의 제어논리 프로세서 장치주의 어떤 장치라도 사용할 수 있다. 제어논리처리 장치는 데이터 저장 및 회수용 전자 메모리에 억세스한다. 또한 색 매칭 및 색 맵핑 결과를 표시하기 위해 선택적인 표시장치도 제공될 수 있다.For example, a number of calculation functions are used to obtain the tricolor stimulus values and to store and display the results. These functions may be provided by a control logic processor 38 that has or is configured to interact with the "color" matching" and "mapping" devices of the present invention. For example, the stored instructions constitute the processor logic circuit to execute the above-described   color   mapping   data access, calculation and output functions. For computational functions, any device of many types of control logic processor devices, such as dedicated computer workstations, personal computers, or embedded computing systems using dedicated data processing components (such as digital signal processing components) can be used. The control logic processing device accesses an electronic memory for data storage and recovery. In addition, an optional display device may be provided to display the result of   color   matching   and   color   mapping  .

본 발명의 방법 및 장치는 매우 정확한 색정보를 갖는 맵핑을 획득하기 위해 검출기로서 센서 어레이(34)를 이용한다. 이 부품은 일반적으로 픽셀단 하나씩 할당되는 다수의 CMOS 또는 CCD 센서 배열체를 포함할 수 있다. 일 실시형태에 있어서는 광대역 단색 센서가 사용된다. 그러나, RGB 색검출을 위해 구성되거나 또는 일부 다른 색공간 특성을 위해 구성된 센서 어레이를 이용할 수도 있다. 본 발명에서 스펙트럼 반사 데이터를 획득하는 방법은 앞에서 논의한 바와 같이 이런 장치에 마찬가지로 적용할 수 있다. 픽셀 간격은 색 매칭을 위해 변할 수 있으므로 예를 들어 평균값을 획득하기 위해 센서 어레이(44) 내의 다수의 센서 자리가 함께 그룹을 이루거나 집단을 이루게 됨을 알 수 있다. 본 발명의 색측정 장치는 화상센서 어레이를 사용하기 때문에 종래의 구강내 색촬상(color imaging)에 사용되는 동일한 장치가 작업의 촬상 및 색측정 모드에 맞게 구성될 수 있다. 예를 들어 도 3의 개략블록도를 참조하면, 색촬상은 조명장치(24)의 조명 패턴, 센서 어레이(34)의 해상도, 및 제어논리 프로세서(38)로부터 제공되는 색처리를 변경함으로써 수행될 수 있다. 여기서 설명하는 바와 같은 종래의 촬상 또는 치아 색 맵핑을 위한 장치(40)의 동작 모드를 설정하기 위해 오퍼레이터 인터페이스로부터 발행된 모드제어지령이나 모드 스위치(도시하지 않음)가 제공될 수 있다.The method and apparatus of the present invention uses the sensor array 34 as a detector to obtain a   mapping with very accurate   color information. This part may contain an array of multiple CMOS or CCD sensors, which are typically assigned only one pixel. In one embodiment, a wideband monochromatic   sensor is used. However, it is also possible to use a sensor array configured for RGB? color detection or for some other? Color space characteristic. The method of obtaining spectral reflection data in the present invention can be similarly applied to such an apparatus as discussed above. It can be seen that the pixel spacing can be varied for   color   matching so that a number of sensor positions in the sensor array 44 are grouped together or grouped together, for example to obtain an average value. Since the   color measurement apparatus of the present invention uses an image sensor array, the same apparatus used for conventional intraoral   color imaging can be configured to suit the imaging and   color measurement modes of the work. For example, referring to the schematic block diagram of FIG. 3,   color imaging is performed by changing the illumination pattern of the illumination device 24, the resolution of the sensor array 34, and the   color processing provided from the control logic processor 38. I can. A mode control command or a mode switch (not shown) issued from an operator interface may be provided to set an operation mode of the apparatus 40 for conventional imaging or   tooth color   mapping as described herein.

본 발명의 조명장치(24)는 일 실시형태에서 다수의 칼라 LED를 이용한다. 그러나 다른 유형의 고체상태 광원 또는 보다 많은 종래의 램프나 색필터를 구비한 램프들을 포함한, 다수의 칼라조명을 제공할 수 있는 그 외의 광원을 대안적으로 이용할 수 있다.The lighting device 24 of the present invention uses a plurality of color LEDs in one embodiment. However, other types of solid state light sources or other light sources capable of providing multiple color illumination, including more conventional lamps or lamps with a color filter, may alternatively be used.

부품의 노화 및 드리프트를 보상하기 위해 색 측정 및 맵핑 장치(40)의 초기 및 주기적 교정이 필요하므로, 조명광원(12)에서 각 LED의 프로파일이 유지되고 규칙적으로 갱신될 수 있다.In order to compensate for aging and drift of parts, initial and periodic calibration of the   color   measurement and   mapping device 40 is required, so that the profile of each LED in the illumination light source 12 can be maintained and regularly updated.

10: 화상장치
12: 조명광원
14b, 14g, 14r, 14y: LED 18: 캡쳐장치
20: 치아
22: 색재현장치
24: 조명장치
28: 참조 타겟
30: 화상장치
32: 렌즈
34: 센서 어레이
36: 색보정변환
38: 제어논리 프로세서 40: 색 측정 및 맵핑 장치
44: 센서 어레이
50: 통계기반 변환 매트릭스
52: 반사곡선
54: 주성분분석
56: 주성분
60: 혼합계수
62: 측정된 이미지 데이터 63: XYZ 값
64: 주성분분석(PCA) 66: 주성분
70: 혼합계수
72: 변환 매트릭스
74: 변환 매트릭스
76: 변환 매트릭스
78: 최소자승법 절차 200: 시각적 색값
210: 측정된 이미지값 S100: 변환 매트릭스 생성 단계
S110: 조명 단계
S120: 화상포착 단계
S130: 값획득 단계
S160: 이미지값에 변환 매트릭스 적용 단계
S170: 데이터 생성 단계 S174: 시각적 색값 획득 단계
S180: 값추출 단계
S190: 저장 단계
λ1, λ2, λ3, λ4: 파장대역 P: 픽셀
10: imaging device
12: illumination light source
14b, 14g, 14r, 14y: LED 18: capture device
20: teeth
22: color reproduction device
24: lighting device
28: reference target
30: imaging device
32: lens
34: sensor array
36: Color correction conversion
38: control logic processor 40: color measurement and mapping device
44: sensor array
50: statistics-based transformation matrix
52: reflection curve
54: principal component analysis
56: main component
60: mixing coefficient
62: measured image data 63: XYZ value
64: principal components analysis (PCA) 66: principal components
70: mixing coefficient
72: transformation matrix
74: transformation matrix
76: transformation matrix
78: least squares procedure 200: visual color values
210: measured image value S100: conversion matrix generation step
S110: lighting stage
S120: Image capture step
S130: Value acquisition step
S160: Step of applying a transformation matrix to the image value
S170: data generation step S174: visual color value acquisition step
S180: Value extraction step
S190: Save step
λ1, λ2, λ3, λ4: wavelength band P: pixel

Claims (1)

적어도 부분적으로 제어 논리 프로세서에 의해 실행되는, 치아 관련물(dental object)에 대한 색 맵핑 생성 방법에 있어서,
통계적으로 유효한 치아 샘플링을 위한 스펙트럼 반사 데이터 집합에 따라서 변환 매트릭스를 생성하는 단계와,
적어도 제 1 파장대역, 제 2 파장대역 및 제 3 파장대역에 걸쳐서 한번에 한 파장대역씩 조명을 치아 관련물쪽으로 조사하는 단계와,
촬상 어레이 내의 다수의 픽셀 각각에 대하여 적어도 상기 제 1 파장대역, 제 2 파장대역 및 제 3 파장대역 각각에 해당하는 이미지 데이터 값을 획득하는 단계와,
상기 변환 매트릭스를 적용하여, 상기 획득된 이미지 데이터에 따라서 그리고 적어도 상기 제 1 파장대역, 제 2 파장대역 및 제 3 파장대역에서 참조 물체(reference object)로부터 얻어진 이미지 데이터값에 따라서 상기 다수의 픽셀 각각에 대한 시각적 색값의 집합을 생성함으로써 색 맵핑을 형성하는 단계와,
상기 색 맵핑을 컴퓨터가 억세스할 수 있는 전자메모리에 저장하는 단계를 포함하는 방법에 의해 작동되는 자연스러운 치아 색깔 매칭을 위한 색조가이드 툴키트.
A method of generating color mapping for a dental object, at least partially executed by a control logic processor, comprising:
Generating a transformation matrix according to the spectral reflection data set for statistically valid tooth sampling,
Irradiating illumination to a tooth-related object one wavelength band at a time over at least a first wavelength band, a second wavelength band, and a third wavelength band, and
Obtaining image data values corresponding to at least each of the first wavelength band, the second wavelength band, and the third wavelength band for each of the plurality of pixels in the imaging array; and
Each of the plurality of pixels according to image data values obtained from a reference object in the first wavelength band, the second wavelength band and the third wavelength band, respectively, by applying the transformation matrix Forming a color mapping by creating a set of visual color values for,
A color guide toolkit for natural tooth color matching operated by a method comprising the step of storing the color mapping in an electronic memory accessible by a computer.
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