MXPA01006360A - Metodo y aparato para determinar la apariencia de un objeto. - Google Patents

Abstract

Un metodo para determinar la apariencia de un objeto que se va a reproducir yb un aparato para lo mismo como se describen. El metodo consiste en proporcionar una iluminacion controlada para iluminar una superficie de un objeto, medir el objeto con una camara CCD para colectar un mapa de la imagen de una pluralidad de puntos en la superficie y procesar esa informacion para producir un mapeo de apariencia del objeto. La calibracion del aparato se realiza mediante la medicion de los parches iluminados con la misma iluminacion. Cuando el aparato reproduce el color de un objeto, puede hacerse una comparacion con base a la produccion similar basada en el mapeo de apariencia del objeto para reproducirlo y compararlo.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA DETERMINAR LA APARIENCIA DE UN OBJETO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona a métodos y aparatos para la caracterización de un objeto. Más específicamente, la presente invención se refiere a un método y aparato para determinar la apariencia de un objeto tal como, por ejemplo un diente.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La tarea de reemplazar un diente convencionalmente se realiza mediante dos etapas. La primera etapa es para medir la forma y el matiz de color de un diente para reemplazarlo y la segunda etapa es para realizar un duplicado de ese diente de conformidad con las mediciones tomadas en la primera etapa. En la primera etapa, mientras la información del matiz puede adquirirse con la técnica de moldeo, la medición del matiz de color y la translucidez del diente prueba ser más desafiante. La calidad de la prótesis dental no puede ser mejor que los datos que sirven para modelar el diente. La precisión de ese modelo depende de varios factores, como la calidad de iluminación, los datos de adquisición mediante la medición y el procesamiento de estos datos. La forma más antigua y simple de determinar el matiz de color de un objeto como un diente es para comparar visualmente el objeto con una tabla de matices de colores.

Los resultados obtenidos con ese método son sin embargo no muy buenos debido a la subjetividad del ojo humano. Además, la iluminación del diente y de la tabla pueden causar selecciones de matices de colores inapropiados. Un método cuantitativo puede usarse para obtener un mínimo de precisión y de reproducibilídad en la medida del matiz del color de un objeto. Dichos métodos cuantitativos pueden clasificarse por el tipo de iluminación usada, la técnica de medición, el procesamiento de datos y la comparación entre el producto terminado y el objeto original. La iluminación usualmente se hace mediante usar las fibras ópticas o un manojo de fibra óptica para iluminar la superficie del objeto a ser medido. Es ventajoso para controlar la iluminación del objeto dado que las características del método de iluminación pueden tomarse en cuenta durante el procesamiento de los datos. La luz difusa proporciona un medio simple para controlar la iluminación. Puede encontrarse un ejemplo en la Patente Norteamericana No. 5,383,020 presentada el 17 de Enero de 1995 y nombrando a Vieillefosse como el inventor. Las esferas de integración son una técnica conocida para lograr una fuente de difusión de luz. Dicha técnica para iluminar un diente se describe por O'Brien en la Patente Norteamericana No. 5,759,030 presentada el 21 de Noviembre de 1989. Este tipo de iluminación es útil para medir los matices de las superficies. La señal deseada posteriormente se confunde con un componente de reflexión especular. La clasificación de los matices del diente requiere que la iluminación se conozca con una precisión de al menos un porcentaje por todas partes de la superficie del diente. Las diferentes técnicas de medición actualmente se usan para cuantificar la luz reflejada que llega desde un objeto iluminado. Estas técnicas usualmente consisten de una descomposición espectral de la luz reflejada de un área seleccionada de la superficie del objeto. Viellefosse et al., describe en la Patente Norteamericana No. 5,428,450 presentada el 27 de Junio de 1995, un método para determinar el color de un objeto medíante descomponer la luz con un sistema óptico que consiste de pares acromáticos y mediante analizar la luz por medio de los filtros de interferencia y los detectores de foto.

En la patente anteriormente mencionada de O'Brien, se describe un dispositivo para descomponer la luz, que comprende un espectrofotómetro. Una desventaja de ambos métodos de Vieillefosse et al. y O'Brien's es que el área seleccionada de la superficie del objeto se observa como si fuera uniforme o en un punto. Las diferencias espaciales no se detectan mediante estos métodos y por lo tanto no pueden reproducirse en los dientes duplicados. Otra desventaja del método de Viellefosse es que la longitud de onda del espectro se limita solamente a cinco longitudes de onda. Otra técnica de medición la proporciona Murljacic en su Patente Norteamericana No. 5,766,006, presentada el 16 de Junio de 1998. En este documento, Murljacic describe un sistema analizador del matiz del diente usando una cámara para capturar una imagen de color digital de un diente. La imagen del diente incluye una representación de cromaticidad RGB que se digitaliza y se compara píxel por píxel con varios matices del diente almacenadas en una memoria del sistema. Una desventaja del sistema de Murljacic es que la digitalización se realiza sin controlar la iluminación por lo tanto disminuyendo la reproducibilidad de la comparación del color. Varios métodos se conocen u se usan para convertir la descomposición espectral o los datos colectados de un área seleccionada en una medición simple que corresponde a la percepción de color del ojo humano. El objetivo es cuantificar los datos y también corregirlos tanto como sea posible para recrear los colores apropiados del modelo original como los percibe el ojo humano. También es importante ser capaz de cuantificar la translucidez de los materiales. Un método para procesar los datos se describe por O'Brien. Este consiste en convertir las mediciones de los valores tristimulus, después de la calibración con un chip y comparar los valores tabulados conocidos. Las conversiones del valor tri-estímulos se realizan bajo una iluminación dada, representada mediante valores tabulados determinados para representar apropiadamente la mayoría de la distribución de frecuencia de energía de una lámpara incandescente. Un problema de ese método es que no procesa las imágenes obtenidas mediante un dispositivo de medición de color apropiadamente calibrado. Una desventaja general del arte previo recae en que la noción de comparación entre el diente medido y un duplicado se limita a un solo punto del punto de comparación. Por lo tanto, los defectos del área no pueden detectarse en donde no se han tomado medidas.

OBJETOS DE LA INVENCIÓN Un objeto de la presente invención es por lo tanto proporcionar un método mejorado y aparato para determinar la apariencia de un objeto.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Más específicamente, de conformidad con la presente ¡nvención, se proporciona un método para determinar la apariencia de un objeto que comprende las etapas de: iluminar una superficie del objeto con una iluminación controlada; colectar con una cámara, los datos del matiz de color que corresponde a rayos de luz reflejados a partir de una pluralidad predeterminada de puntos en la superficie iluminada del objeto y procesar los datos del matiz de color para crear al menos un mapa de la apariencia del objeto. De conformidad con otro aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para determinar el color de un objeto, el aparato comprende: un montaje iluminador para producir una iluminación controlada en una superficie del objeto, el montaje iluminador que incluye al menos una fuente generadora de luz y al menos una ruta de iluminación entre al menos una fuente de luz y el objeto para proyectar la luz generada en el objeto; una cámara para colectar la luz reflejada a partir de una pluralidad de puntos en la superficie del objeto iluminado; dicha cámara que produce un primer juego de datos que consiste de un mapa de la imagen espectral de la superficie iluminada del objeto; un controlador para controlar al menos una fuente de luz y la cámara y para procesar el primer juego de datos para crear al menos un mapa de apariencia de la superficie iluminada del objeto. Otros objetos, ventajas y características de la presente invención llegarán a ser más aparentes a partir de la lectura de la siguiente descripción de las modalidades preferidas de la misma, dado a modo de ejemplo solo con referencia a los dibujos que las acompañan.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama de bloque de un aparato de determinación de apariencia de conformidad con una modalidad de la presente invención; La Figura 2 es una vista esquemática del montaje iluminador y de la cámara CCD del aparato de la Figura 1 ; La Figura 3 es un diagrama de bloque simplificado de un método de determinación de apariencia de conformidad con una modalidad de la presente invención; La Figura 4 es una vista esquemática de un sistema de iluminación de la esfera de integración de conformidad con una modalidad de la presente invención y La Figura 5 es una vista esquemática de un montaje iluminador de conformidad con otra modalidad de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DE LA MODALIDAD PREFERIDA Se describirá con referencia a las Figuras 1 y 2, un aparato 10 para medir la apariencia de un objeto, de conformidad con una modalidad preferida de la presente invención. Se nota que la apariencia de un objeto se determina mediante un número de factores: color, translucidez, brillo, textura, etc. El aparato 10 comprende un controlador en la forma de una computadora 12, un montaje iluminador 14, una cámara CCD 16 (Dispositivo Acoplado Cargado) y un dispositivo de salida 18. El montaje iluminador 14 incluye fuentes de luz (no mostradas) y dos rutas de iluminación 19, 19'. Cada ruta de iluminación 19, 19' incluye barras integradoras de cristal cuadradas respectivas 20, 20', lentes ópticos 22, 22', 24, 24', 26, 26' y 28, 28' y espejos de superficie frontal planos 30, 30'. En una modalidad preferida, las barras integradoras 20, 20' se fabrican de vidrio sólido conocido como BK7, fabricado por Schott y tiene una sección transversal cuadrada de 3.2 por 3.2 mm. Son de 70.0 mm de largo. Los lentes 22, 22' se fabrican por Melles-Griot bajo el número de parte 01 LPX 009. Los lentes 24, 24' se fabrican por Melles-Griot bajo el número de parte 01 LDX 025, cortado a un ancho de 8 mm. Los lentes 26, 26' y 28, 28' se fabrican por Melles-Griot bajo un número de parte respectivo 01 LDX 167 y LPX 177, ambos cortados a un ancho de 17.4 mm. El borde de los lentes 24, 24'; 26, 26' y 28, 28' es ventajoso dado que reduce el ancho del montaje iluminador. Las dimensiones de la superficie reflectora de los espejos 30, 30' son 32.0 mm por 20.0 mm. El espesor de cada espejo 30, 32 es 2.0 mm. Por supuesto, los espejos anchos podrían usarse. Similarmente, la elaboración y el número de parte de los elementos diferentes formando las rutas de iluminación 19 y 19' se han citado en este documento solo como un ejemplo no limitante.

Como puede observarse en la Figura 2, cada barra integradora 20, 20' y de los lentes 22,22',24,24'; 26, 26' y 28, 28' se centran sobre los ejes ópticos respectivos 32, 32'. Los espejos 30, 30' se colocan en ángulo y se colocan como reflejo en las superficies de un diente 34 la luz llegando desde las fuentes de luz y pasando a través de los elementos anteriormente mencionados formando las rutas de iluminación 19 y 19'. Los rayos de luz se representan esquemáticamente representados por las líneas 36 en la Figura 2. Por supuesto, la posición relativa de los varios elementos del montaje iluminador 14 se mantiene a través del soporte adecuado y varios dispositivos de aseguramiento convencionales. Los elementos varios del iluminador 14 de esta manera se colocan para crear, con las fuentes de luz (no mostradas), una fuente de luz telecéntrica y para evitar tanto como sea posible las reflexiones especulares, la división en dos del iluminador 14 y el ángulo en los espejos 30 y 30'. Por supuesto, como se describirá posteriormente en este documento, otras fuentes de luz controladas pueden usarse. Se nota que las barras integradoras 20 y 20' ventajosamente reciben luz desde una fuente de luz a través de los cables de fibra óptica (no mostrados). La cámara CCD incluye un objetivo de cámara 38 y una cabeza de cámara 40. El objetivo de cámara 36 incluye lentes 42 y 44 y un filtro 46. Se nota que la cámara 16 puede ser cualquier dispositivo de entrada que pueda detectar la apariencia y transferir la información a la computadora 12. El dispositivo de salida 18 puede ser cualquiera de los dispositivos que desplieguen las mediciones o resultados tales como el monitor de exposición, un dispositivo de digitalización de imágenes, una impresora o un fax, para dispositivos que almacenan la información tales como una memoria de computadora, un disco duro o un lector de CD, etc.

El dispositivo de salida 18 también puede ser un aparato de moldeo configurado para recibir los datos después del procesamiento. En una modalidad preferida, los lentes 42 y 44 se fabrican por Melles-Griot bajo los números de parte respectivos 01 LAO 047 y LAO 014 y ambos se cortan a un diámetro conveniente para montar y compensar el montaje iluminador 14. El filtro 46 es un filtro de densidad neutral fabricado por Melles-Griot bajo el número de parte del tipo 01 ENG. El diámetro es de 12.5 mm y no requiere cortarse. La abertura de claro mínima es de 2.70 mm. El filtro 46 y los lentes 42 y 44 se centran en un eje óptico 48 de la cámara CCD 16. Por supuesto, la elaboración y el número de parte de los diferentes elementos que forman el objetivo de la cámara 28 se han proporcionado anteriormente como un ejemplo no limitante solamente. La cabeza de la cámara 40 incluye componentes estándares para recibir la luz que llega desde la superficie del diente 34 y se digitalizan estos datos. Aquellos componentes se cree que se conocen bien en la técnica y no se explicarán con detalle en este documento. Por supuesto, la cabeza de la cámara 40 incluye los cables para datos 47 para transmitir al controlador 12, la señal producida por la cabeza de la cámara 40. Como se mencionó anteriormente, el controlador es de forma de una computadora de propósito general 12 incluyendo un CPU (Unidad de Procesamiento Central), proporcionada con un dispositivo de salida 18 y otros periféricos (no mostrados), tales como, por ejemplo, un teclado, una impresora y un dispositivo de digitalización de imágenes al cual la cámara CCD 16 puede conectarse. La computadora de propósito general 12 corre un programa diseñado para controlar la cámara CCD 16 y el montaje iluminador 14 de manera que adquiera y por lo tanto procese los datos de las imágenes cono se describirá posteriormente.

Con referencia a la Figura 3 de los dibujos que acompañan a la descripción, el método de medición del matiz de color y la translucidez de un diente, se describirán de conformidad a un aspecto de la presente invención. Generalmente indicado, el método de la presente invención consiste en realizar las siguientes etapas en secuencia. 100- iniciar el aparato; 102-iluminar el diente vía un método de iluminación predeterminado; 104- calibrar la cámara CCD; 106- adquirir los datos pertenecientes al matiz de color y la translucidez del diente; 108- opcionalmente, verificar que la calibración inicial sea correcta, si no (etapa 110), regresar a la etapa 104; 112- procesar los datos para producir un mapa de la imagen del matiz del color y un mapa de la imagen de la translucidez: 114- opcionalmente, después de que se ha hecho un duplicado del diente a partir de los datos de los mapas de las imágenes de translucidez y del matiz de color, la imagen del duplicado del diente pueden adquirirse y colocar el duplicado del diente en lugar del diente original mediante realizar las siguientes etapas 1 a 5 para producir duplicados de los mapas de la imagen de translucidez y de la imagen del matiz de color que pueden compararse a los mapas originales para controlar la calidad del producto terminado y 116- detener el aparato. Estas etapas generales se describirán adicíonalmente.

Iluminación El propósito de la etapa de iluminación 102 es obviamente para iluminar el objeto a medirse, es decir, el diente 34 (Figura 2). Como se describirá posteriormente en detalle, la etapa de la adquisición de datos requiere que la iluminación se conozca con una precisión de al menos un porcentaje en toda la superficie del diente. Una configuración telecéntrica, como se muestra, por ejemplo, en la Figura 2, reúne las especificaciones para las aplicaciones dentales. Las fuentes de luz que proyectan los rayos de luz en las barras integradoras de vidrio cuadradas 20, 20' deberán ser suficientemente poderosas para ahogar otras fuentes de luz ambiental para por lo tanto asegurar que se conozcan las características de la iluminación del diente.

Calibración La medición del color y la translucidez de un diente depende críticamente de la iluminación y de las características sensoras en el tiempo en que se hacen las mediciones. La etapa 104 es la calibración de estos factores mediante tomar las mediciones de un primer blanco de calibración (no mostrado) que consiste de una colección de parches de matices de color conocidos, translucideces y otros factores de apariencia. A partir de estas mediciones, el controlador 12 interfiere una transformación matemática que convertirá los valores medidos en unos estándares. Las características de iluminación pueden variar en tiempo. Dado que la escala de tiempo de la variación es mayor que el tiempo necesario para tomar la medición, tomar una medición de las características del primer blanco de calibración inmediatamente antes de medir el color y la translucidez del diente generalmente será suficiente para calibrar el aparató lo. Sin embargo, una etapa de calibración suplemental (etapa 1085) puede realizarse después de la etapa de adquisición de los datos 106 para verificar que las características de la iluminación no hayan cambiado durante la adquisición de los datos. Las mediciones de calibración pueden tomarse automáticamente, mientras que el aparato 10 está en el resto de su funda (no mostrada). El cronómetro del controlador 12 estampa las mediciones de calibración para asegurarse que la calibración sea actual.

Dado que el color se mide en cada punto en la superficie del diente, es importante conocer la iluminación y las características sensoras en cada punto. Para lograr esto, la etapa de calibración 104 también incluye una sub-etapa de corrección en donde se mide el color de un segundo blanco de calibración (no mostrado) que tiene un color uniforme. Cada punto posteriormente puede corregirse para variación parcial mediante el controlador 12 que computa los parámetros de una función de corrección espacial matemática que compensa la variación del color adquirido del blanco de calibración uniforme. Cada valor de punto medido posteriormente se multiplica por el factor de corrección obtenido por la evaluación de la función de corrección en el punto correspondiente. Alternativamente, una función de corrección espacial puede ser computada mediante el controlador 12 al dividir cada valor de punto medido mediante el valor de punto correspondiente tomado de una imagen almacenada del blanco de calibración uniforme. Cada blanco de calibración se mide previamente para producir una ruta de calibración distinta. Los valores estándares obtenidos de estas mediciones pueden almacenarse en la memoria del controlador 12 o programarse vía un programa, usado para realizar la etapa de calibración. Preferiblemente, un código de barras, que contiene el número de serie de cada blanco de calibración se coloca en una posición conocida y visible en su superficie para por lo tanto asegurar que la ruta de calibración adecuada se use para realizar la etapa de calibración 104. Los parches de calibración también pueden usarse para realizar mediciones de tiempo estampadas, periódicas del blanco de calibración, que permite monitorear y diagnosticar el funcionamiento del aparato 10 en tiempo. También es posible combinar la calibración temporal y espacial. En efecto, la calibración con respecto a la variación temporal y espacial puede lograrse mediante destinar un tercer blanco de calibración (no mostrado) que consiste de una colección de parches conocidos de diferente apariencia colocados en un blando de fondo uniforme conocido. Los algoritmos de segmentación de visión por computadora pueden usar técnicas de clasificación estadística y métodos geométricos para separar los pixeles automáticamente en los parches de apariencia y el fondo uniforme. Una función matemática posteriormente puede ajustarse a los pixeles de fondo para caracterizar la variación espacial. La Función deberá seleccionarse para interpolar suavemente a través de "orificios" en la imagen de fondo causados por los parches de apariencia faltantes. Después de la etapa de calibración 104, el diente a duplicarse puede medirse (etapa 106). Esta etapa de medición también puede llamarse etapa de adquisición de datos. El objetivo de la etapa de medición 106 es adquirir los datos para construir un mapa de imagen del matiz del color y una mapa de la imagen de translucidez en la etapa de procesamiento de los datos 110. Para cada una de estas, un registro de la posición de la imagen proporciona lo principal para acoplar varias imágenes espectrales.

Adquisición de los Datos Ahora se describirán tres métodos para adquirir los datos requeridos para construir los mapas de las imágenes.

Método Número 1 para la Adquisición de Datos: digitalización de la longitud de onda Generalmente indicado, el primer método para adquisición de datos consiste en tomar imágenes del diente 34 usando iluminaciones de diferentes longitudes de onda. Un tiempo conocido que varía la luz monocromática, llegando a partir del montaje iluminador 14 vía las rutas de iluminación 19 y 19' ilumina la superficie del diente 34. La reflexión de la luz en la superficie del diente 34 se proyecta en una cámara CCD 16. Una serie de mediciones se realiza formando la imagen de todo el objeto mientras que la longitud de onda se draga a través del espectro completo visible. La velocidad de adquisición de la tarjeta de la adquisición de datos adquiridos por el dispositivo de digitalización de imágenes del controlador 12 y la velocidad de barrido de la longitud de onda determinan la resolución espectral. Un mapa espectral se construye proporcionando una descomposición espectral completa de cada punto en la imagen. En la práctica, un espectro completo nunca puede obtenerse y posteriormente solo pueden probarse a través de un número finito de las bandas espectrales. Para propósitos prácticos una muestra en cada 10 nm por una banda de un ancho de 10 nm en el rango de longitudes de onda de luz visible (400 nm a 700 nm) se adecúa para la solicitud presente. Generalmente se conoce que el color determinado del espectro probado más agudo (en intervalos mayores a 10 nm) será único en que es posible para dos colores diferentes para generar exactamente el mismo espectro. El proceso presente hace uso del hecho que, para muchas sustancias, en particular para los dientes, las curvas de absorción son lisas y de formas muy similares.

Este proceso permite medir pequeñas diferencias en color con un espectro probado muy agudo.

Método Número 2 para la adquisición de datos: digitalización de líneas Como será evidente a partir de la descripción precedente, la cámara CCD (no mostrada) usada para adquirir la imagen cuando el método de adquisición de datos de digitalización de líneas se usa, es diferente a la cámara CCD 16 ilustrada en la Figura 2. En efecto, esta cámara CCD incluye dos series CCD: la primera serie de CCD simplifica las imágenes del objeto, la segunda serie CCD proporciona las imágenes de la descomposición espectral de una línea de luz extraída de la mitad de esta imagen. Si nombramos los dos ejes octagonales de la segunda serie CCD, X e Y, y se considera la línea de luz a alinearse con el eje Y, posteriormente, el espectro de esta línea de luz se dispersa en el eje X de la segunda serie CCD. Las dos series de imágenes sucesivas se adquieren como la prueba de medición que barre al objeto. La velocidad de adquisición del dispositivo de digitalización de imágenes y la velocidad del movimiento de barrido determinan la resolución espacial. Primero, un registro de posición se construye a partir de las imágenes de los objetos. Posteriormente, un mapa espectral se construye proporcionando una descomposición completa del barrido de cada punto mediante la prueba. Se nota que el método de adquisición de datos de la digítalización de líneas proporciona tanto resoluciones espaciales y de alta espectro, una alta resolución espacial en el eje perpendicular a la dirección de digitalización. Sin embargo, existe un intercambio entre la resolución espacial en la dirección de digítalización y la resolución temporal. Si la necesidad surge, un rayo de luz blanca puede concentrarse en una línea para inundar la fluctuación de luz ambiental.

Método número 3 para adquisición de datos: muestreo filtrado espacial En el método de adquisición de datos de muestreo filtrado espacial, un luz blanca controlada ilumina el blanco. La luz reflejada se proyecta en una serie CCD. Un filtro estructurado prueba el espacio espectral diferentemente para los elementos foto sensitivos de la serie CCD. Se hace una medición mediante la formación de imágenes del blanco. El muestreo de la longitud de onda determina tanto la resolución espectral y la espacial. Un mapa espectral se construye proporcionando una descomposición espectral muestreada de cada punto en la imagen. El muestreo espacialmente filtrado proporciona una resolución alta temporal y existe un intercambio entre la resolución espacial y la resolución espectral. Este método es ideal para blancos relativamente uniformes con curvas espectrales monótonas.

Verificación de la calibración (opcional) Después de la etapa de adquisición 106, pero antes de procesar los datos medidos (etapa 112), la calibración opcionalmente se verifica (etapa 108) para asegurar que no existe un cambio principal en la iluminación. Si existen cambios significantes, posteriormente el método regresa a la calibración de la etapa 104. Si no, el controlador inicia el proceso para los datos colectados (etapa 112).

Procesamiento de los datos En la etapa de procesamiento de los datos 112, el controlador realiza las siguientes operaciones: análisis de color, clasificación del matiz, determinación de la translucidez y descripción de la apariencia.

Análisis de color El análisis del color consiste en hacer un cálculo tristimulus. Dicho cálculo de los valores tristimulus llamados X, Y y Z son bien conocidos en la técnica y no se describirán en este documento. La percepción humana del color se limita por el hecho de que la retina prueba la luz a través de tres bandas espectrales, los valores tristimulus. Estos y los colores LAB CIÉ son computados normalmente a partir del espectro completo usando los métodos prescritos CIÉ (Comisión Internacional de Alumbrado). El método convencional prescrito por la CIÉ necesita un espectro reflectante y posteriormente es muy consumido en tiempo por el CPU. Una ventaja del método presente es para usar una transformación lineal para computar los valores tristimulus a partir de solo tres muestras del espectro. El color CIÉ de los dientes puede medirse exactamente usando 3 bandas de muestreo proporcionadas por los canales azules, verdes y rojos de la cámara CCD 16. Se ha encontrado que bajo cierto criterio matemático, relacionado al rango de espectro a medirse, el espectro de los cálculos tristimulus X, Y y Z y el espectro de las bandas de muestreo, es posible computar los valores tristimulus directamente de los valores de la banda de muestreo usando una transformación lineal. Por ejemplo, dando x = (X, Y, Z)t, un vector de los valores tristimulus computados a partir del espectro reflectante de algún objeto y r = (r, g, b)t es un vector de los valores azul, verde y rojo como se mide por la cámara CCD 16 bajo exactamente las mismas condiciones de iluminación, posteriormente existen circunstancias en las cuales las dos cualidades se relacionarán mediante alguna función del vector lineal g, tal como x = g (r) (1 ) en donde la forma exacta de g se determina mediante las características de la cámara CCD 16 y la posición de la iluminación.

La relación puede formularse en términos de una expansión de series Taylor con respecto de algo de r0 cerca del centro del rango de color a ser medido para dar x = g (r0) + G (r-r0) + (r-r0)t H (r-r0) + términos de mayor orden .... , (2) en donde G y H son matrices de 3 x 3 constantes computadas a partir del valor de g(r) y sus derivados a r = r0. El valor de las matrices por lo tanto es una función de las características de la cámara 16 y la iluminación y permanecerán constantes proporcionadas de manera que estas características no cambian. La simplificación adicional x = x0 + G (r- r0) (3) en donde x0 = g (r0), pueden usarse para convertir los valores de la cámara CCD a los valores tristimulus CIÉ, proporcionando que se cumplan las siguientes condiciones: 1. El rango de colores (r-r0) a medirse es lo suficientemente pequeño para causar los términos de alto orden y el término de segundo orden que contienen H para ser insignificante y 2. Que los valores constantes de la matriz G y el vector x0 puedan determinarse.

Los valores de G y x0 pueden obtenerse a través de la medición. La cámara CCD 16 se usa para capturar los valores del vector de color N {r-t, ...., rn} de las muestras de color N para los cuales se conocen las mediciones tristimulus correspondientes fa, ....,Xn}. Posteriormente técnicas de regresión lineal estándares pueden aplicarse a los conjuntos de datos para obtener los valores requeridos. Existen 9 números desconocidos en la matriz G de 3 x 3 y 3 números desconocidos en el vector x0. Para estimular los números 12 desconocidos, posteriormente un mínimo de 12 mediciones se requiere. Cada medición de las muestras de color produce 3 números, de manera que se requiere un mínimo de 4 muestras de color conocidas. Las muestras de color adicionales mejoran la calidad del estimado y proporcionan medios para verificar la validez del supuesto que el segundo y los términos de mayor orden en la Ecuación 2 son insignificantes. Si el segundo y los términos de mayor orden en la Ecuación 2 son insignificantes, entonces la medición de las muestras de color adicionales pueden usarse para estimar los 9 números en la matriz H de 3 x 3 y para usarla para remover los errores debido a los términos de segundo orden. Un mínimo de muestras de color 3 adicionales podría requerirse. Usando la Ecuación 3 para computar los valores tristimulus de los valores de la cámara requiere 9 multiplicaciones y 9 adiciones. Una aproximación de segundo orden de la Ecuación 2 necesitaría 18 multiplicaciones y 15 adiciones.

Computar los valores tristimulus usando los métodos CIÉ prescritos a partir de un espectro muestreado cada 10 nm en el rango de 380 nm a 770 nm requiere al menos 120 multiplicaciones y 120 adiciones. La multiplicación usualmente domina el tiempo gastado en las computaciones numéricas, de manera que la aproximación lineal es aproximadamente 13 veces tan rápida como los métodos CIÉ prescritos. La aproximación de segundo orden es 6 veces más rápida. Los parámetros de la transformación lineal se derivan durante la calibración de los colores LAB CIÉ conocidos de los parches de apariencia descritos en este documento. Con el método descrito anteriormente, es posible medir el color LAB CIÉ en cada píxel de la imagen de la cámara CCD porque el cálculo se rápido y porque la transformación lineal es de baja complejidad de cálculo. Se nota que el método de la presente invención no se limita a los dientes y puede usarse en cualquier situación en donde el rango del espectro a medirse puede ser aproximado por una combinación lineal de las bandas de muestreo del espectro de los canales azul, verde y rojo de una cámara de color CCD 16.

Clasificación del matiz (opcional) Dado que la industria dental no usa el color LAB CIÉ para comunicar el color del diente, pero si una guía de matices de color proporcionada por los fabricantes de los polvos cerámicos usados para fabricar las prótesis dentales, los resultados del color LAB CIÉ deben procesarse adicionalmente. La ventaja de usar los valores de color lab CIÉ es que los colores se clasificarán de conformidad a la percepción humana de la unión de color. Las guías de matices consisten de un número de tabulaciones cerámicas, cada una fabricada de un polvo cerámico diferente y cada una de un color ligeramente diferente. Usando el montaje iluminador 14 y la cámara CCD 16, una imagen de cada tabulación se captura antes de usar la presente invención para medir el color de un objeto. Los valores del color de los píxeles se muestrean de un área rectangular en el centro de la imagen de cada tabulación de matices y se almacenan y se señalan en la memoria del controlador 12. Una vez que todas las tabulaciones se han muestreado de esta manera, estas muestras se montan como una tabla de matices que se guarda por el controlador para uso posterior. El color en las tabulaciones de color no es completamente uniforme debido a las variaciones debido a la textura de la superficie, la naturaleza cristalina de la cerámica y para las homogeneidades en el proceso de descarga. Por esta razón, la guía de matices de colores se muestrea de una región rectangular y no a partir de una sola ubicación de puntos. Tener una muestra grande de los valores de colores permite la variación en el color de cada tabulación en la guía de matices para cuantificarse estadísticamente. Una vez que la tabla de matices se ha construido, cada píxel medido por la cámara CCD 16 puede compararse a los colores de la guía de matices. Un medio cargado se realiza del valor del píxel y de los valores de los píxeles circundantes. Los píxeles centrales posteriormente se clasifican como el color de la guía de matices que tiene el color más cercano al medio. La clasificación puede hacerse de manera rápida mediante la pre-computar una tabla de búsqueda de matices. La tabla de búsqueda se crea como una serie tridimensional que puede señalarse mediante valores de color discreto. Una vez que se crea la tabla de búsqueda, cualquier valor de color del píxel puede clasificarse rápidamente mediante la separación de la misma manera como en la tabla, entonces usando el valor separado para señalar en la tabla y recuperar el matiz asociado. La tabla de búsqueda necesita computarse una sola vez y por lo tanto proporciona una ruta rápida para clasificar completamente una imagen completa.

Se nota que la etapa de clasificación de matices es opcional y que una prótesis puede fabricarse usando directamente los valores RGB.

Determinación de la translucidez La principal dificultad de medir la translucidez y el color simultáneamente surge del hecho de que la información de estos dos factores de apariencia usualmente se confunde. Diferentes aproximaciones pueden usarse para desambiguar estos dos factores de apariencia: 1. Las funciones de auto-correlación para los tres canales de color proporciona información en el enturbiamiento que puede causarse mediante la translucidez.

La iluminación estructurada puede usarse para incrementar y además desambiguar la señal. 2. La translucidez puede evidenciarse mediante comparar las imágenes sucesivas alternativamente tomadas con un fondo blanco y negro. Un fondo estructurado también puede usarse para evidenciar la transparencia. 3. El conocimiento del espacio de color cubierto medíante el material también puede usarse para analizar gramaticalmente el color y las variaciones de translucidez.

Para la presente solicitud, la última aproximación es posible debido a las dos veces de observación sorpresiva que: • Con el incremento de la translucidez, los incrementos de la intensidad y cambios de la tonalidad hacia el azul y • Mientras para las variaciones del matiz típico de los dientes, una disminución en la intensidad corresponde al cambio de tonalidad hacia el rojo.

Un índice de translucidez por lo tanto se determina con respecto al punto de referencia (la región más opaca) mediante el producto de la variación de la intensidad relativa con la diferencia relativa azul/roja. Una escala logarítmica proporciona una medición perceptualmente más significante. El punto de referencia es la región más opaca de los dientes. Se obtiene mediante un procedimiento repetitivo iniciando en una región naturalmente opaca determinada por el conocimiento de la morfología de los dientes. Dando una región RGB con un n-bit de los datos por canal, S(x,y)=(r(x,y),g(x,y),b(x,y))/(2"-1), y una medida de referencia en una región opaca, S0=(r0,go,bo) / (28-1), un índice de translucidez puede definirse como la raíz cuadrada del producto de dos sub-índices: en donde el subíndice de intensidad de translucidez, T?(x,y) y el subíndice de la longitud de onda de translucidez, T?(x,y), se definen como sigue: T,(x,y)=?/(x,y) y T x,y)=AR(x,y) - ?B(x,y) ; (5) en donde A/(x,y)=l0-l(x,y); R(x,y)=(r0-r(x,y))/r0 y B(x,y)=(rb-b(x,y)/rb; con la intensidad definida como la norma de la señal: l(x,y)=//S(x,y)//, l0=//S< /. (6) En cada punto, el valor de translucidez usado con base en la mediana en una cercanía pequeña de puntos para eliminar las tendencias debido a los valores distantes. Un mapa de la translucidez de la imagen por lo tanto puede construirse.

Descripción de la apariencia (opcional) La apariencia de los dientes puede describirse mediante un mapa de color falso en donde la diferencia entre cada muestra de matiz se mejora (es decir, el nivel de saturación puede alcanzarse) para demarcar claramente la transición entre las regiones de colores diferentes. Las familias de muestras de matices pueden agruparse mediante mejorar menos la diferencia del color entre los miembros de la familia de otros matices. El objeto de esta etapa es crear un mapa de color del diente usando los colores de los polvos de porcelana disponibles o resinas. Se nota que la etapa de descripción de la apariencia es opcional y que una prótesis puede fabricarse usando directamente los valores RGB. También, se notará que el montaje iluminador 14 mostrado en la Figura 2 podrá remplazarse mediante otros tipos de iluminación. Por ejemplo, la Figura 4 ¡lustra un montaje iluminador de esfera integrada 150 usado para lograr una luz difusa uniforme. Se nota que entre más se extienda el tamaño de la esfera con respecto a la abertura, es mayor la precisión. Este tipo de iluminación es útil para medir la superficie mate. Para los materiales brillantes, la señal deseada comúnmente se confunde con un componente de reflexión especular. Una esfera de integración 152 cuya superficie interior 154 refleja la luz llegando a través de la abertura 156 de la fuente de luz 158 proporciona una iluminación difusa indirecta en una superficie de un objeto 160 a través de una abertura 162. Una cámara 164 representa directamente la superficie del objeto 160 a través de la abertura 166. Una alternativa es intercambiar la luz a partir de una fuente distante a través de la luz, tal como las fibras ópticas. Con referencia a la Figura 5 de los dibujos, el montaje iluminador 14 de la Figura 2 también podría reemplazarse por otros tipos de iluminadores telecéntricos. Por ejemplo, el montaje iluminador 200 mostrado en la Figura 5 produce iluminación telecéntríca con menos elementos ópticos que el montaje iluminador 14. En este iluminador 200, un solo lente hecho de manera común 202 reemplaza a los lentes 22 y 24 mientras que un solo lente hecho de manera común 204 reemplaza los lentes 26 y 28.

Similarmente los componentes de la cabeza de la cámara CCD también pueden simplificarse como se muestra en la Figura 5. Será aparente para un experto en la técnica, que puede usarse una luz estructurada para ¡luminar el objeto. Por supuesto, aunque el aparato descrito anteriormente y el método que se han descrito con respecto a las mediciones del color de los dientes, el color de otros objetos tal como, por ejemplo, materiales sintéticos o naturales tales como la resina, acrílico o plástico podría medirse ventajosamente vía el aparato de la presente invención o usando el método de la presente invención. Será aparente para los expertos en la técnica, el color y el mapa de translucidez saliendo del aparato para medir el color de un objeto podrá enviarse a un aparato de moldeo controlado por computadora que moldeará un duplicado del objeto de conformidad con este mapa. Aunque la presente ¡nvención se ha descrito con referencia a las modalidades preferidas, puede modificarse sin apartarse del espíritu y alcance de la ¡nvención objeto como se define por las reivindicaciones anexas.

Claims (33)

REIVINDICACIONES

1. Un método para determinar la apariencia de un objeto que comprende las etapas de: ¡luminar una superficie del objeto con una iluminación controlada; colectar con una cámara, los datos del matiz de color correspondientes a los rayos de luz reflejados de una pluralidad predeterminada de puntos en la superficie iluminada del objeto y procesar dichos datos de matiz de color para crear al menos un mapa de apariencia del objeto.

2. Un método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dicha etapa de iluminación ¡ncluye la sub-etapa de suministrar un montaje iluminador que incluye al menos una fuente generadora de luz y al menos una ruta de iluminación entre dicha en al menos una fuente generadora de luz y dicha superficie.

3. Un método de conformidad con la reivindicación 2, en donde dicha luz generada por dicha fuente de luz en dicha etapa de iluminación es una luz monocromática con variación de tiempo.

4. Un método de conformidad con la reivindicación 2, en donde dicha luz generada mediante dicha fuente de luz es una luz blanca, dicha luz blanca además se modifica en una luz monocromática con variación de tiempo mediante filtrar dicha luz blanca.

5. Un método de conformidad con la reivindicación 3, en donde dicha cámara es una serie CCD y dichos datos del matiz de color es una serie de mediciones de dicha superficie del objeto como la longitud de onda de dicha luz monocromática que varía en tiempo.

6. Un método de conformidad con la reivindicación 5, en donde dichas longitudes de onda seleccionadas varían a través de todo el espectro visible.

7. Un método de conformidad con la reivindicación 5, en donde dicha cámara CCD se proporciona con tres bandas de muestreo y dicha etapa de procesamiento del matiz de color además ¡ncluye la sub-etapa de usar dichas series de medidas para producir tres muestras del espectro de luz.

8. Un método de conformidad con la reivindicación 7, en donde dicha etapa de procesamiento de los datos del matiz de color además incluye la sub-etapa de usar dichas tres muestras del espectro de luz y una transformación lineal para computar los valores tristimulus.

9. Un método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dicha etapa de procesamiento de los datos del matiz de color además incluye la sub-etapa de realización de una clasificación del matiz; dicha sub-etapa de clasificación del matiz ¡ncluye las etapas de: muestrear los valores del píxel de color de las tabulaciones de matiz para producir una guía de matices y comparar dichos datos del matiz de color para la guía de matices para determinar un valor de matiz para al menos una de dicha pluralidad de puntos en dicha superficie iluminada del objeto.

10. Un método de conformidad con la reivindicación 9, en donde dicha guía de matices está en la forma de una tabla de búsqueda.

11. Un método de conformidad con la reivindicación 9, en donde dicha tabulación de matices de colores corresponde a los colores de un polvo cerámico conocido, resina y compuesto.

12. Un método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde al menos un mapa de apariencia es un mapa de matices.

13. Un método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde al menos dicho mapa de apariencia es un mapa de translucidez; dicho mapa de translucidez incluye al menos un índice de translucidez.

14. Un método de conformidad con la reivindicación 13, en donde al menos dicho índice de translucidez se determina con respecto a un punto de referencia; dicho punto de referencia es un punto de dicha pluralidad de puntos predeterminada.

15. Un método de conformidad con la reivindicación 14, en donde dicho punto de referencia es de una región opaca del objeto.

16. Un método de conformidad con la reivindicación 14, en donde dicho punto de referencia se obtiene mediante un procedimiento repetitivo.

17. Un método de conformidad con la reivindicación 14, en donde al menos dicho índice de translucidez se basa en la mediana sobre una pluralidad de valores de translucidez; dichos pluralidad de los valores de translucidez calculados del valor de puntos cercanos.

18. Un método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dicha etapa de procesamiento de los datos del matiz de color además incluye la sub-etapa de procesamiento de dichos datos del matiz de color para obtener un mapa de color falso.

19. Un método de conformidad con la reivindicación 18, en donde dicho mapa de color falso incluye al menos un color correspondiente al color de un polvo de porcelana conocido.

20. Un método de conformidad con la reivindicación 18, en donde dicho mapa de color falso incluye al menos un color correspondiente al color de una resina conocida.

21. Un método de conformidad con la reivindicación 1 , que además comprende la etapa de calibración de dicha cámara ante dicha etapa de procesamiento de los datos del matiz de color.

22. Un método de conformidad con la reivindicación 21 , en donde la calibración de dicha cámara consiste de medir un primer blanco de calibración que tiene valores de matiz de color conocidos y deducen una transformación mecánica para convertir los valores del matiz de color medidos en dichos valores de matiz de color conocidos de dicho primer blanco de calibración.

23. Un método de conformidad con la reivindicación 22, en donde dicho primer blanco de calibración es una pluralidad de parches de matices de color conocidos y translucideces.

24. Un método de conformidad con la reivindicación 22, en donde dicha etapa de calibración incluye una sub-etapa de corrección espacial; dicha sub-etapa de corrección espacial consiste en medir un segundo blanco de calibración que tiene un matiz de color uniforme y para computar y aplicar una función de corrección espacial matemática para compensar las variaciones espaciales medidas.

25. Un método de conformidad con la reivindicación 21 , que además comprende la etapa de verificar la calibración después de dicha etapa de colección de datos.

26. Un método de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el objeto se selecciona del grupo que consiste de un diente, materiales sintéticos y naturales.

27. Un método de conformidad con la reivindicación 26, en donde dicho material sintético se selecciona del grupo que consiste de resina, acrílico y plástico.

28. Un aparato para determinar el color de un objeto, dicho aparato comprende: un montaje iluminador para producir una iluminación controlada en una superficie del objeto; dicho montaje iluminador incluye al menos una fuente de generación de luz y al menos una ruta de iluminación entre al menos dicha fuente de luz y dicho objeto para proyectar dicha luz generada en el objeto; una cámara para colectar la luz reflejada de una pluralidad de puntos en la superficie del objeto iluminado; dicha cámara produciendo un primer conjunto de datos que consiste de un mapa de imagen espectral de la superficie iluminada del objeto; un controlador para controlar al menos dicha fuente de luz y dicha cámara y para procesar dicho primer conjunto de datos para crear un mapa de apariencia de la superficie iluminada del objeto.

29. Un aparato de conformidad con la reivindicación 28, en donde dicha fuente de luz se configura para producir luz de longitudes de onda seleccionadas.

30. Un aparato de conformidad con la reivindicación 28, en donde al menos dicha ruta de iluminación es un sistema óptico telecéntrico.

31. Un aparato de conformidad con la reivindicación 30, en donde dicho sistema óptico telecéntrico además ¡ncluye un espejo para proyectar dicha luz en un ángulo en dicha superficie del objeto.

32. Un aparato de conformidad con la reivindicación 28, en donde dicha cámara es una cámara CCD.

33. Un aparato de conformidad con la reivindicación 28, que además comprende un dispositivo de salida que se selecciona del grupo que consiste de un monitor de despliegue de imágenes, un disco duro, un dispositivo CD, una memoria de computadora, un dispositivo de impresión, un tablero de adquisición de datos de un dispositivo de digitalización de imágenes y un aparato de moldeo.