用於記錄牙科對象的多個三維圖像的方法
2023-10-09 09:11:04 1
用於記錄牙科對象的多個三維圖像的方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於記錄牙科對象(6)的若干三維圖像的方法，其中，三維圖像(1,2,3,4,5)中的每個包括對象(6)的測量表面(13)的3D測量數據和顏色數據，其中，在應用計算機輔助的記錄算法的情況下將單個的圖像(1,2,3,4,5)組合成整體圖像。在圖像(1,2,3,4,5)中的每個中在應用根據顏色數據的分割方法的情況下來識別帶有較硬的組織的第一區域(18)和帶有較軟的組織的第二區域(19)。在運用記錄算法時利用不同的加權因子來加權第一區域(18)和第二區域(19)。
【專利說明】用於記錄牙科對象的多個三維圖像的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於記錄牙科對象的多個三維圖像的方法，其中，三維圖像中的每個包括對象的測量表面的3D測量數據和顏色數據，其中，在應用計算機輔助的記錄算法的情況下將單個的圖像組合成整體圖像。
【背景技術】
[0002]由現有技術已知用於記錄三維圖像的多個方法，以便將這些單個的圖像組合成整體圖像。
[0003]當不利用單個的圖像而僅利用多個圖像來探測待拍攝的對象時，記錄是必要的。這例如在空間上延展的牙科對象(如多件式橋)的情況中或者還在必須從所有側面來探測的牙齒的情況中是必需的。
[0004]文件US 7，698，068 B2公開了一種用於記錄重疊的區域的方法。在第一步驟中，根據不同的顏色特性將數據組分開成用於較硬的組織的第一組織數據組和用於較軟的組織的第二組織數據組。在第二步驟中，基於用於較硬的組織的第一組織數據組的重疊的區域實現數據組的合併。因此在記錄時忽略用於較軟的組織的第二組織數據組。由此應改善所合併的整體圖像的質量。單個的圖像包括在牙科對象的共焦測量中所生成的3D圖像數據和顏色數據。
[0005]該方法的一缺點是完全忽略帶有較軟的組織的區域並且僅帶有較硬的組織的區域被用於記錄。由此尤 其當帶有較硬的組織的區域較小時，記錄誤差可導致單個的圖像的有缺陷的重疊且因此導致有缺陷的整體圖像。
[0006]因此本發明的目的在於提供一種用於記錄牙科對象的多個三維圖像的方法，其使儘可能無誤差的記錄成為可能。
【發明內容】
[0007]本發明的一主題是用於記錄牙科對象的多個三維圖像的方法。三維圖像中的每個在此包括對象的測量表面的3D測量數據和顏色數據。在應用計算機輔助的記錄算法的情況下將單個的圖像組合成整體圖像，其中，在圖像中的每個中在應用根據顏色數據的分割方法的情況下來識別帶有較硬的組織的第一區域和帶有較軟的組織的第二區域。在運用記錄算法時利用不同的加權因子來加權第一區域和第二區域。
[0008]在尤其對於CAD/CAM系統的牙科對象的數字探測中，從牙科對象的不同方向來執行多個拍攝。在應用記錄算法的情況下將單個的圖像組合成整體圖像。在此來識別和疊加在單個的圖像中的相符的結構。將傳統的自動化的結構識別方法用於識別相符的結構。
[0009]單個的圖像可在應用任意的三維拍攝方法(如條帶投影法(Streifenprojektionsverfahren)或共焦拍攝法)的情況下來生成。在應用寬帶光譜的共焦拍攝法中，通過藉助共焦光學組件和藉助顏色傳感器來分析由對象所散射回的光束，可同時來探測復現牙科對象的三維結構的3D測量數據和復現對象表面的實際顏色的顏色數據。[0010]在條帶投影法中，以由平行的明的和暗的或還有彩色的條帶構成的圖案來照射測量對象。這些條帶通過光學結構元件(例如幻燈片或數字調光器(DLM))投影到測量體積中而產生。在另一步驟中，藉助數位相機在相對於投影的已知的視角下來拍攝所投影的條帶圖案。在評估時使在相機傳感器上的條帶過渡部的傳感器位置精確地關聯於在光學結構元件上的所投影的條帶。在應用已知的用於觀察和投影光路的針孔照相機模型的情況下，由傳感器位置且已知條帶數目可來確定所照射的對象與事先所確定的原點的距離。為了所投影的條帶的精確關聯，它們可進行彩色編碼或在第二個步驟中在其寬度上在時間上相繼被改變且又被拍攝。因此在該所謂的「格雷編碼」方法中，對於照相機的每個傳感器像素來探測與在光學結構元件上的投影面的位置的正確關聯並且對於每個像素可來確定表面測量點。
[0011]為了進一步增加深度解析度，可通過所謂的相移法來改進條帶投影法。在該情況中，圖案由明亮的和昏暗的區域、而不是由帶有尖銳的稜邊過渡部的條帶構成，而該圖案的強度變化過程被正弦調製。如果使相以90°的步移動並且由每個相位來拍攝，可非常精確地來探測所投影的正弦圖案的相位。然後由按像素探測的相位同樣可來探測所屬的表面點的空間坐標。
[0012]可藉助牙科手持件(Handstueck)(其具有用於條帶投影法的光學器件)來探測3D測量數據。除了這些器件之外，牙科手持件可具有傳統的彩色相機，其從相同方向同時拍攝顏色數據。接下來可將3D測量數據和顏色數據組合成一圖像，從而使3D測量數據的測量點中的每個與相應的顏色相關聯。
[0013]藉助牙科手持件中的顏色傳感器也可同時來測定3D測量數據和顏色數據。對於該手持件不必安裝單獨的彩色相機來進行顏色測量。
[0014]也可依次在兩 個圖像中來測定3D測量數據和顏色數據。可在圖像之間來切換照明。接著根據明顯的結構或記號經計算機輔助將這兩個圖像合併成共同的圖像。
[0015]在分割方法中在應用顏色數據的情況下來識別帶有較硬的組織的第一區域和帶有較軟的組織的第二區域。例如可將每個測量點的顏色分解成紅-綠-藍色彩空間(Farbraum) (RGB色彩空間)或HSV色彩空間的色彩成分。接著在運用閾值標準的情況下使每個測量點與一組織類型相關聯。在紅色成分份額較高時測量點可被識別為較軟的組織、即牙齦，而在綠、藍和紅色成分份額較高時測量點可被識別為較硬的組織、即白色的牙基質。
[0016]為了改善組織的識別，該分割方法可使用顏色分類器，以真實的數據來訓練它以將RGB色彩空間或HSV色彩空間相應地劃分成與一組織類型相關聯的區域。即在此使在所應用的色彩空間中的一定的區域與相應的組織類型相關聯。不與這兩個組織類型中的任何相關聯的區域在記錄時被特別處理。這些區域可在另一步驟中進行另外的類似的分類，以識別帶有其它反射特性的組織類型。由此也可識別位於半影中或高亮部位(Glanzstelle)處的區域。在肯定地識別為牙假體(Zahnersatz)或較軟的組織時同樣將這些區域用於記錄。此外，牙醫輔助器件(如棉花或圍堰(Kofferdamm))也可根據其色彩來分類，以便在記錄時特別地加權或忽略其。由此來改善記錄。
[0017]根據相應的情況，通過以不同的加權因子來加權包括牙齒或牙假體的第一區域和包括較軟的組織或牙醫輔助器件的第二區域，可來改善記錄的質量。例如，在圖像中較硬的組織份額較高時，比較軟的組織強得多地來加權較硬的組織是有利的，因為患者的面頰或嘴唇的變形或運動可導致較軟的組織的變形且因此導致有缺陷的記錄。然而加熱整個圖像中較硬的組織的份額較小，可較強地來加權較軟的組織，以改善記錄的質量。
[0018]本方法的優點是，與相應的牙齒情況匹配的加權改善了記錄的質量。
[0019]有利地，第一區域可描繪牙基質或牙假體而第二區域可描繪牙齦、牙齦假體或牙醫輔助器件(如棉花或圍堰)。
[0020]牙假體可以是任意的牙假體部件，如牙冠、嵌入物(Inlay)、嵌上物(Inlay)、貼面(Vineer)或部分牙冠。出於美觀原因，牙齦假體可具有與天然牙齦類似的顏色。牙醫輔助器件可具有較寬的色譜。為了改進分割方法，牙醫輔助器件可儘可能綠地或藍地來著色，以將它們更好地與周圍的組織區分開。
[0021]有利地，可在單個的圖像中的每個中來計算第一區域佔圖像的總面積的第一面積份額以及第二區域佔圖像的總面積的第二面積份額。假如第一面積份額超過閾值，在應用記錄算法時僅考慮第一區域。如果第一面積份額低於閾值，以第一加權因子來加權第一區域而以第二加權因子來加權第二區域，其中，第二加權因子在第一面積份額減小時增加。
[0022]由此在較硬的組織的第一面積份額較小時較強地來加權較軟的組織。由此來改善記錄。
[0023]有利地，用於第一面積份額的閾值可確定到圖像的總面積的5%與30%之間的百分比上。
[0024]由此在閾值之上記錄時特別強地來加權帶有較硬的組織的第一區域而僅較弱的或完全不加權帶有較軟的組織的第二區域。在閾值之下加強地來考慮較軟的組織。介於5%與30%之間的閾值是有利的，因為在較硬的組織的第一面積份額較小時較軟的組織的加權才導致記錄的改善。
[0025]有利地可利用1.0的第一加權因子`來加權第一區域而利用可變的第二加權因子來加權第二區域，第二加權因子對於測量表面的每個測量點來確定並且在測量點與描繪較硬的組織的最近的第一區域的間距增加時減小。
[0026]這是加權的另一備選方案。通過隨著與最近的第一區域的間距的增加而增加權重來保證，在第一區域的周圍較強地來考慮較軟的組織。這考慮該狀況，即在牙齒附加的牙齦不像沒有鄰近的牙基質的牙齦那麼容易變形，並且此外事實是，在此很少涉及嘴唇或面頰。與上面所提及的傳統的記錄(在其中僅考慮較硬的組織)相比由此來改善記錄。
[0027]有利地，第二權重因子在與第一區域的界限處可為1.0的值並且可隨著與最近的第一區域的間距的增加而減少至0.0的最小值。
[0028]由此更多地來考慮在與較硬的組織界限處的較軟的組織並且提高記錄的可靠性。
[0029]有利地可藉助被應用於顏色數據的閾值標準來識別第三區域，其既不可被與帶有較硬的組織的第一區域也不可被與帶有較軟的組織的第二區域相關聯。第三區域例如可以是由於高光(Glanzlicht)而產生的太亮的區域或者是由於照明不足而產生的太暗的區域。對第三區域來計算佔圖像的總面積的第三面積份額。
[0030]該第三面積份額表示用於圖像的質量標準。倘若第三面積份額過大且例如超過40%的百分比，相應的圖像不能用且必須重來。僅當第三面積份額足夠小時，相應的圖像才能被用於記錄。在此不考慮或者說以0.0的加權因子來加權第三區域。[0031]由此忽略由於高光或照明不足所產生的有缺陷的部位，從而由此來改善記錄。因為由高光或有缺陷的照明所引起的有缺陷的區域根據照明的入射方向和拍攝方向在圖像中的每個中在不同部位出現。
[0032]有利地在分割成第一區域和第二區域之前可將模糊濾器應用於在圖像中的每個中的顏色數據。
[0033]由此使圖像平滑並且顏色分割尤其在第一區域與第二區域之間的過渡處導致更好的結果，因為差別微小的這些過渡部由於照相機的電子噪聲而顯得粗糙。因此使這些粗糙部(Ausfransung)平滑，使得在第一區域與第二區域之間所計算的過渡部更好地反映在真實情況中在患者的嘴中的實際的過渡部。
[0034]有利地可通藉助牙科手持件來拍攝每個圖像，其包括用於生成3D測量數據的第一器件和用於生成顏色數據的第二器件，其中，同時或以較短的時間間隔從相同的拍攝方向來探測3D測量數據和顏色數據。
[0035]由此藉助牙科手持件不僅可拍攝3D測量數據而且可拍攝顏色數據。然後藉助計算機可將3D測量數據 與顏色數據相組合且使在3D測量數據中的測量點中的每個與相應的顏色值相關聯。
[0036]有利地可在應用第一器件(其基於三角測量法和條帶投影法)的情況下來生成3D測量數據而在應用傳統的彩色相機的情況下來生成顏色數據。
[0037]牙科手持件由此不僅包括用於條帶投影法的第一器件而且包括用於探測顏色數據的彩色相機。因此從相同的拍攝方向同時來探測3D測量數據和顏色數據。
[0038]時間間隔有利地可介於0.2ms與IOOms之間。
[0039]由此時間間隔足夠短以避免在拍攝3D測量數據與拍攝顏色數據之間的晃動(其由在持握手持件時的典型的抖動引起)。
[0040]備選地，時間間隔也可超過100ms。在該情況中隨後根據在這兩個圖像中的標記或根據明顯的結構將3D測量數據的圖像與顏色數據的圖像疊加。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0041]在附圖中示出本發明的實施例。其中:
圖1顯示了用於說明該記錄的示意圖；
圖2顯示了所分割的帶有較硬的組織的第一區域；
圖3顯示了所分割的帶有較軟的組織的第二區域；
圖4顯示了備選的牙齒情況的示意圖；
圖5顯不了用於說明備選的加權的不意圖。
【具體實施方式】
[0042]圖1顯示了用於說明用於記錄牙科對象6 (在該情況中為上頜)的多個三維圖像(其通過虛線1、2、3、4、5來表示)的本方法的示意圖。藉助牙科手持件7從由箭頭所示的不同拍攝方向8、9、10、11和12來拍攝各個圖像1、2、3、4和5。牙科手持件包括用於三維測量的第一器件和用於顏色測量的第二器件。因此在圖像中的每個中包含對象6的待拍攝的測量表面13的3D測量數據和顏色數據。將每個圖像的測量數據從牙科手持件7傳輸到計算機14處，聯接到操作器件如鍵盤15和滑鼠16處，且與顯示裝置17、如與監視器相連接。在第一步驟中，可將用於使測量表面13的3D測量數據平滑的模糊濾器應用於圖像I。附加地，可將另一模糊濾器應用於顏色數據以使顏色數據平滑且因此改善顏色分割。接著來執行分割方法，其中，識別帶有較硬的組織、即帶有牙基質的第一區域18和帶有較軟的組織的第二區域19 (其描繪牙齦)。這兩個步驟對於圖像1、2、3、4和5中的每個實現。接下來在應用計算機輔助的記錄算法的情況下將圖像1、2、3、4和5合併成整體圖像。在此藉助結構識別算法來識別在圖像1、2、3、4和5中相符的結構並且相疊加。在運用記錄算法時根據相應的情況以不同的加權因子來加權帶有較硬的組織的第一區域18和帶有較軟的組織的第二區域19。由此來改善記錄的質量。
[0043]圖2示出了通過應用分割方法所分割的帶有較硬的組織的第一區域18 (其例如描繪牙基質)的示意圖。第一區域也可描繪牙假體20，其在其顏色上相應於第一牙基質。在應用記錄算法之前，分揀出由於高光而產生的太亮的區域21和由於照明不足而產生的太暗的區域22。由此防止了有缺陷的記錄，因為閃亮的區域21和陰影的區域22根據牙科手持件7的照明和根據拍攝方向8、9、10、11或12在圖像1、2、3、4或5中的每個中在不同的部位處。
[0044]圖3示出了帶有較軟的組織的第二區域19(其可描繪真實的牙齦或牙齦假體)的示意圖。在應用分割方法的情況下來識別第二區域19。在執行記錄之前分揀出如在圖2中太亮的區域21 (其由於高光而產生)和陰影區域22 (其由於照明不足而產生)。如對於圖2所闡述的那樣，由此防止有缺陷的記錄。
[0045]圖4示出了與在圖1中不同的牙齒情況的示意圖。在圖1中，帶有較硬的組織的第一區域18的第一面積份額為大約50%。帶有較軟的組織的第二區域19的第二面積份額在圖1中為圖像I的總面積的30%。其餘的不能被與組織類型中的任何相關聯的第三區域的第三面積份額為大約20%。第一面積份額高於所確定的30%的閾值。在圖1中的該牙齒情況中因此超過閾值，從而在應用記錄算法時以較高的權重考慮帶有較硬的組織的第一區域18。以較小的權重來考慮或完全忽略帶有較軟的組織的第二區域19。
[0046]對於圖4中的牙齒情況，與圖1中的牙齒情況相比缺少兩個中間的牙齒，使得帶有較硬的組織的第一區域18的第一面積份額為圖像I的總面積的大約10%而帶有較軟的組織的第二區域19為圖像I的總面積的大約50%。其餘的第三面積為大約40%。因此低於所確定的對於帶有較硬的組織的第一區域的第一面積份額的30%的閾值。因此以第一加權因子來加權第一區域而以第二加權因子來加權第二區域，其中，第二加權因子在第一面積份額減小時增加。例如，對於第一區域18的第一加權因子可為1.0而對於第二區域19的可變的第二加權因子在超過閾值時可為0.5且在第一面積比例減小時可升高至1.0。第二加權因子與面積比例的相關性可根據任意的函數(如指數函數或線性函數)來確定。
[0047]在圖5中示出了用於說明帶有較硬的組織的第一區域18和帶有較軟的組織的第二區域19的備選的加權的示意圖。在此以例如1.0的固定的第一加權因子來加權第一區域18。以可變的第二加權因子來加權第二區域19，第二加權因子對於測量表面13的每個測量點30來確定並且在相應的測量點與最近的帶有較硬的組織的第一區域32的間距31增加時減小。第二加權因子根據與最近的第一區域32的間距31的減小可以以任意函數(如指數函數或線性函數)實現。第二加權因子在與最近的第一區域32的界限處為1.0且隨著間距31的增加而降至值O。因此在與最近的帶有較硬的組織的區域32的較小間距中與較硬的組織同樣強地來加權較軟的組織。該方法導致記錄的改善，因為被較強地考慮的較軟的組織靠近牙齒並且因此以較高的可能性更加固定且更加不可動。
[0048] 附圖標記清單 I虛線 2虛線 3虛線 4虛線 5虛線 6對象 7手持件 8拍攝方向 9拍攝方向 10拍攝方向 11拍攝方向 12拍攝方向
13測量表面
14計算機
15鍵盤
16滑鼠
17顯示裝置/監視器 18第一區域 19第二區域 20牙假體 21亮區域 22暗區域 30測量點 31間距 32最近的第一區域。
【權利要求】
1.一種用於記錄牙科對象(6)的多個三維圖像的方法，其中，所述三維圖像(1，2，3，4，5)中的每個包括所述對象(6)的測量表面(13)的3D測量數據和顏色數據，其中，在應用計算機輔助的記錄算法的情況下將單個的所述圖像(1，2，3，4，5)組合成整體圖像，其中，在所述圖像(1，2，3，4，5)中的每個中在應用根據所述顏色數據的分割方法的情況下來識別帶有較硬的組織的第一區域(18)和帶有較軟的組織的第二區域(19)，其特徵在於，在運用所述記錄算法時利用不同的加權因子來加權所述第一區域(18)和所述第二區域(19)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一區域(18)描繪牙基質或牙假體(20)而所述第二區域(19)描繪牙齦或牙齦假體。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，在所述圖像中的每個中關於相應的所述圖像的總面積來計算所述第一區域(18)的第一面積份額和所述第二區域(19)的所述第二面積份額，其中，假如所述第一區域(18)的第一面積份額低於閾值，以第一加權因子來加權所述第一區域而以第二加權因子來加權所述第二區域(19)，其中，所述第二加權因子在第一面積份額減少時增加。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述閾值確定在介於5%與30%之間的值之間。
5.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，以1.0的第一加權因子來加權所述第一區域(18)，而以可變的第二加權因子來加權所述第二區域(19)，所述第二加權因子對於所述測量表面的每個測量點(30)來確定並且在所述測量點與最近的帶有較硬的組織的所述第一區域的間距(31)增加時減小。
6.根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，所述第二加權因子在與所述第一區域的界限處為1.0的值並且隨著與最近的所述第一區域(18)的間距(31)增加而減小至0.0的最小值。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的方法，其特徵在於，藉助應用於所述顏色數據的閾值標準，來識別第三區域(21，22)，其既不被關聯於所述第一區域(18)也不被關聯於帶有較軟的組織的所述第二區域(19)，其中，所述第三區域包括由於高光而產生的明亮的區域(21)以及由於照明不足而產生的昏暗的區域(22)，其中，在記錄時不考慮所述區域(21，22)。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的方法，其特徵在於，在分割成第一區域(18)和第二區域(19)之前，將模糊濾器應用於在所述圖像(1，2，3，4，5)中的每個中的所述顏色數據。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的方法，其特徵在於，藉助牙科手持件(7)來拍攝每個圖像(1，2，3，4，5)，所述手持件包括用於生成所述3D測量數據的第一器件和用於生成所述顏色數據的第二器件，其中，同時或以較短的時間間隔從相同的拍攝方向(8，9，10，11，12)來探測所述3D測量數據和所述顏色數據。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，在應用所述第一器件的情況下來生成所述3D測量數據，所述第一器件基於三角測量法和條帶投影法，而在應用傳統的彩色相機的情況下來生成所述顏色數據。
11.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述時間間隔介於0.2ms與IOOms之間。
【文檔編號】A61B5/00GK103702608SQ201280038623
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2012年8月1日 優先權日:2011年8月1日
【發明者】G.科赫沙伊特, A.阿當森, B.波皮爾卡, F.蒂爾 申請人:西諾德牙科設備有限公司