口腔内測定方法および口腔内測定装置
【課題】口腔内を正確に形状計測することが可能な口腔内測定方法および口腔内測定装置を提供する。
【解決手段】口腔内測定方法は、投光工程と、撮像工程と、露光時間制御工程と、画像合成工程と、三次元演算工程とを備えている。投光工程は、コード化された縞パターンを投影する。撮像工程は、縞パターンが投影された領域を二次元静止画像として取り込む。露光時間制御工程は、撮像工程において二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御する。画像合成工程は、少なくとも２つの異なる露光時間によって取り込んだ二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する。三次元演算工程は、合成二次元静止画像に基づいて口腔内の三次元座標を演算する。
【解決手段】口腔内測定方法は、投光工程と、撮像工程と、露光時間制御工程と、画像合成工程と、三次元演算工程とを備えている。投光工程は、コード化された縞パターンを投影する。撮像工程は、縞パターンが投影された領域を二次元静止画像として取り込む。露光時間制御工程は、撮像工程において二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御する。画像合成工程は、少なくとも２つの異なる露光時間によって取り込んだ二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する。三次元演算工程は、合成二次元静止画像に基づいて口腔内の三次元座標を演算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インレー、クラウン、ブリッジ等の歯科用補綴物作成のために口腔内を撮像する方法と装置に関するものであり、更に詳細には、患者の口腔内を直接測定する口腔内測定方法と口腔内測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、インレー、クラウン、ブリッジ等の歯科用補綴物の作製は、ロストワックス鋳造法により金属材料やセラミックス材料を鋳造して作製する方法が一般的に採用されてきた。しかし、近年の歯科用補綴物の作成においては、セレックシステム（独、シロナ社のシステム）に代表されるような光学三次元カメラを用いた歯および歯肉の口腔内測定と、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムを用いた歯科用補綴物の設計・作製システムが注目されてきている。
【０００３】
光学三次元カメラには、位相シフト法や空間コード化法に代表される非接触三次元計測手法が用いられている。光学三次元カメラは、支台歯や窩洞形成した歯牙や、場合によっては、隣在歯や対合歯の形状を口腔内で直接読み取る(例えば、特許文献１参照)。
【０００４】
この光学三次元カメラおよびＣＡＤ／ＣＡＭシステムは、前述のような鋳造による方法等と比較して効率良く歯科用補綴物を作製でき、設計が適切に行われていれば完成した歯科用補綴物の精度も高く、口腔内への適合精度に優れた歯科用補綴物を作製できる特長がある。しかし、光学三次元カメラおよびＣＡＤ／ＣＡＭシステムでは、最終的な歯科用補綴物の形状を決定する（形状を加工用の情報にする）計算はコンピュータで自動計算が可能であるが、口腔内形状は患者一人一人によって異なり、虫歯の状態や、歯を構成するエナメル質と象牙質さらには歯肉の組成の違いにより、各組織の表面反射率が異なり、鮮鋭な画像を取り込むことができないため正確な歯および歯肉の形状計測が困難である。このため、適合精度に優れた理想的な歯科用補綴物を作製することが困難となるという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するため、口腔内の反射率の異なりを均一化するため、前記セレックシステム（独、シロナ社のシステム）においては、酸化チタンなどのパウダーを口腔内に噴霧している。
【特許文献１】特開２０００‐７４６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、パウダーの噴霧は、患者にとってはパウダーが金属粉末のため苦味や不快感を伴う行為であり、医師にとっては均一な噴霧が必要なため時間と熟練を要する行為となっていた。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するもので、パウダーを噴霧することなく、口腔内を正確に形状計測することが可能な口腔内測定方法と口腔内測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明に係る口腔内測定方法は、口腔内を測定対象とする口腔内測定方法であって、投光工程と、撮像工程と、露光時間制御工程と、画像合成工程と、三次元演算工程とを備えている。投光工程は、コード化された縞パターンを投影する。撮像工程は、縞パターンが投影された領域を二次元静止画像として取り込む。露光時間制御工程は、撮像工程において二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御する。画像合成工程は、少なくとも２つの異なる露光時間によって取り込んだ二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する。三次元演算工程は、合成二次元静止画像に基づいて口腔内の三次元座標を演算する。
【０００９】
ここでは、露光時間制御工程で、撮像工程において二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御し、画像合成工程において、少なくとも２つの異なる露光時間によって取り込まれた二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する。
【００１０】
従来より、光学三次元カメラおよびＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって、口腔内形状を計測して、歯科用補綴物の形状を決定することが行われている。ところが、口腔内形状は、虫歯の状態や歯肉の組成の違いにより、各組織の表面反射率が異なるため、コントラストの小さな画像しか取り込むことができない。このため、正確な歯および歯肉の形状計測が困難である。
【００１１】
そこで、本発明の口腔内測定方法においては、撮像工程において二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御する露光時間制御工程と、少なくとも２つの異なる露光時間によって取り込んだ二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する画像合成工程とを備えている。
【００１２】
これにより、表面反射率の異なる領域を抽出し、その領域ごとに最適な露光時間で二次元静止画像を取り込むことができるので、対象となる領域についてコントラストの大きな二次元静止画像をそれぞれ取得することが可能となる。また、最適露光時間で取り込んだそれぞれの二次元静止画像を合成することによって、全ての領域についてコントラストが大きな合成二次元静止画像を取得することが可能となる。
【００１３】
この結果、コントラストよく撮像された合成二次元静止画像を使用して計測することができるので、パウダーを噴霧することなく、口腔内を正確に形状計測することが可能となる。
【００１４】
第２の発明に係る口腔内測定方法は、第１の発明に係る口腔内測定方法であって、露光時間制御工程は、口腔内における歯および歯肉のそれぞれの領域が撮像工程によって最適に取り込まれるように露光時間を制御する。
【００１５】
ここでは、口腔内における歯の領域と歯肉の領域とをそれぞれ抽出し、それぞれの領域が撮像工程によって最適に取り込まれるように露光時間を制御する。
これにより、歯の領域および歯肉の領域のそれぞれについて最適な露光時間で二次元静止画像を取り込むことができるので、歯の領域についてコントラストの大きな二次元静止画像と、歯肉の領域についてコントラストの大きな二次元静止画像との２枚を取得することが可能となる。そして、上記２枚の二次元静止画像を合成することによって、歯の領域と歯肉の領域との両方の領域についてコントラストが大きな合成二次元静止画像を取得することが可能となる。
【００１６】
第３の発明に係る口腔内測定方法は、第１または第２の発明に係る口腔内測定方法であって、露光時間制御工程は、データ分離工程と、露光時間算出工程と、露光時間調整工程と、を有している。データ分離工程は、撮像工程において得られる映像信号から信号データを分離する。露光時間算出工程は、信号データに基づいて二次元静止画像における飽和限界の露光時間を算出する。露光時間調整工程は、露光時間算出工程において算出された露光時間に基づいて、露光時間を調整する。
【００１７】
ここでは、データ分離工程で、撮像工程において得られる映像信号から信号データを分離し、露光時間算出工程で、信号データに基づいて二次元静止画像における飽和限界の露光時間を算出する。
【００１８】
これにより、露光時間を算出に用いる信号データを抽出可能となるので、適切に露光時間を算出することができる。また、飽和限界の露光時間を算出することによって最もコントラストの高い状態を算出することが可能となる。
【００１９】
第４の発明に係る口腔内測定方法は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る口腔内測定方法であって、露光時間制御工程は、輝度情報に基づいて歯の領域および歯肉の領域の設定を行う。
ここでは、歯の領域と歯肉の領域との抽出にあたり輝度情報を使用している。
これにより、比較的に容易に歯の領域と歯肉の領域とを抽出することが可能になる。
【００２０】
第５の発明に係る口腔内測定装置は、口腔内を測定対象とする口腔内測定装置であって、投光部と、撮像部と、露光時間制御部と、画像合成部と、三次元演算部とを備えている。投光部は、コード化された縞パターンを投影する。撮像部は、縞パターンが投影された領域を二次元静止画像として取り込む。露光時間制御部は、撮像部が二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御する。画像合成部は、少なくとも２つの異なる露光時間によって取り込んだ二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する。三次元演算部は、合成二次元静止画像に基づいて口腔内の三次元座標を演算する。
【００２１】
ここでは、露光時間制御部が、撮像部が二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御して、画像合成部が、少なくとも２つの異なる露光時間によって取り込まれた二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する。
【００２２】
従来より、光学三次元カメラおよびＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって、口腔内形状を計測して、歯科用補綴物の形状を決定することが行われている。ところが、口腔内形状は、虫歯の状態や歯肉の組成の違いにより、各組織の表面反射率が異なるため、コントラストの小さな画像しか取り込むことができない。このため、正確な歯および歯肉の形状計測が困難である。
【００２３】
そこで、本発明の口腔内測定装置においては、撮像部が二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御する露光時間制御部と、少なくとも２つの異なる露光時間によって取り込んだ二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する画像合成部とを備えている。
【００２４】
これにより、表面反射率の異なる領域を抽出し、その領域ごとに最適な露光時間で二次元静止画像を取り込むことができるので、対象となる領域についてコントラストの大きな二次元静止画像をそれぞれ取得することが可能となる。また、最適露光時間で取り込んだそれぞれの二次元静止画像を合成することによって、全ての領域についてコントラストが大きな合成二次元静止画像を取得することが可能となる。
【００２５】
この結果、コントラストよく撮像された合成二次元静止画像を使用して３次元座標を演算することができるので、パウダーを噴霧することなく、口腔内を正確に形状計測することが可能となる。
【００２６】
第６の発明に係る口腔内測定装置は、第５の発明に係る口腔内測定装置であって、露光時間制御部は、口腔内における歯および歯肉のそれぞれの領域が撮像部によって最適に取り込まれるように露光時間を制御する。
【００２７】
ここでは、口腔内における歯の領域と歯肉の領域とをそれぞれ抽出し、それぞれの領域が撮像部によって最適に取り込まれるように露光時間を制御する。
これにより、歯の領域および歯肉の領域のそれぞれについて最適な露光時間で二次元静止画像を取り込むことができるので、歯の領域についてコントラストの大きな二次元静止画像と、歯肉の領域についてコントラストの大きな二次元静止画像との２枚を取得することが可能となる。そして、上記２枚の二次元静止画像を合成することによって、歯の領域と歯肉の領域との両方の領域についてコントラストが大きな合成二次元静止画像を取得することが可能となる。
【００２８】
第７の発明に係る口腔内測定装置は、第５または第６の発明に係る口腔内測定装置であって、露光時間制御部は、データ分離部と、露光時間算出部と、露光時間調整部とを有している。データ分離部は、撮像部において得られる映像信号から信号データを分離する。露光時間算出部は、信号データに基づいて二次元静止画像における飽和限界の露光時間を算出する。露光時間調整部は、露光時間算出部において算出された露光時間に基づいて、露光時間を調整する。
【００２９】
ここでは、データ分離部が、撮像部において得られる映像信号から信号データを分離し、露光時間算出部が、信号データに基づいて二次元静止画像における飽和限界の露光時間を算出する。
【００３０】
これにより、露光時間を算出に用いる信号データを抽出可能となるので、適切に露光時間を算出することができる。また、飽和限界の露光時間を算出することによって最もコントラストの高い状態を算出することが可能となる。
【００３１】
第８の発明に係る口腔内測定装置は、第５から第７の発明のいずれか１つに係る口腔内測定装置であって、露光時間制御部は、輝度情報に基づいて、歯の領域および歯肉の領域の設定を行う。
【００３２】
ここでは、歯の領域と歯肉の領域との抽出にあたり輝度情報を使用している。
これにより、比較的に容易に歯の領域と歯肉の領域とを抽出することが可能になる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る口腔内測定方法および口腔内測定装置によれば、コントラストよく撮像された合成二次元静止画像を使用して３次元座標を演算することができるので、口腔内を正確に形状計測することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１における、口腔内撮影および画像計測フロー図である。
図１において、口腔内にセットされた光学三次元カメラ（以下オーラルスキャナーと称する）は、口腔内撮影として、従来型のビデオシステムと類似の動作を行う（Ｓ０１）。撮像フレーム内に、撮像レンズおよびセンサによって歯１０８および歯肉１０９が撮像され、その映像がディスプレイに表示される。これにより、標準のビデオ映像が得られる（Ｓ０２）。このとき、オーラルスキャナーの撮像位置を歯１０８および歯肉１０９に正確にあわせるため、例えば、フレームや十字等のマーク等によって撮像位置を指定する等を行ってもよい。
【００３６】
次に、縞パターン投影による三次元画像処理を高速高精度に実施する為に、イメージセンサーのシャッター速度等を調整して、歯１０８の領域、歯肉１０９の領域それぞれに対して最適な露光時間の設定を行なう（Ｓ０３：露光時間制御工程）。なお、歯１０８および歯肉１０９の領域化とそれぞれの領域に対する最適な露光時間の条件の設定については後述する。
【００３７】
次に、上記撮像走査段階で得られたビデオ画像に対して、歯１０８および歯肉１０９の画像が良好であるかを確認する（Ｓ０４）。良好であれば、フットスイッチなどを用いて画像計測を行なう。
【００３８】
画像計測では、三角測量法により、二次元静止画像を三次元静止画像に変換するための縞パターンを投影し、ＣＣＤ等のイメージセンサーを用いて撮像し、画像データ（二次元静止画像）としてメモリに記録する（Ｓ０５：投光工程、撮像工程）。このとき、縞パターンは、空間コード化法を用いるならば、図２に示すようなグレーコードと呼ばれるパターンを用いるのが好ましい。なお、通常のコードパターンでも計測精度として十分であるならば使用可能である。また、位相シフト法を用いるのであれば、正弦波状に変化する既知の濃淡パターンを用いるのが一般的である。
【００３９】
次に、メモリに記録された画像データの縞パターンのコントラストを改善する為、歯１０８および歯肉１０９の領域で、ノイズ除去、階調補正、ガンマ補正等の二次元画像処理を行う（Ｓ０６）。
【００４０】
続いて、歯の領域、歯肉の領域に対して、撮像画像のヒストグラムを参照しながら階調補正を行い、画像を合成する（Ｓ０７：画像合成工程）。歯と歯肉の領域の画像合成手法については後述する。
【００４１】
さらに、最終の三次元データ量を１／２〜１／１０に間引いた画像データから三角測量にて低精度の三次元画像変換を行う（Ｓ０８）。これにより、撮像された画像が良好であるかどうかを判定する（Ｓ０９）。これは、得られた画像の良否判定の高速化をはかるものであり、高速化の必要がない場合は不要となる。
【００４２】
最後に撮像された画像が良好であれば、三角測量法にて、高精度の三次元画像変換を行い、得られた三次元座標を点群データまたはＳＴＬ（Stereo Lithography）データとして、メモリに保存し、そのデータを用いて、ディスプレイ上に三次元座標を表示する（Ｓ１０：三次元演算工程）。ここでは、代表的なデータ形式として、点群データまたはＳＴＬデータを挙げているが、データ形式をこれに限定するものではない。
【００４３】
図３は、本発明の実施の形態１における、オーラルスキャナー（口腔内測定装置）１の構成概略図である。
オーラルスキャナー１は、図３に示すように、患者の口腔内に直接挿入する事が可能なように、内部構成物を格納する外装ケース１０１を備えている。外装ケース１０１内には、発光ダイオードＬＥＤ、または、レーザーからなる光源（投光部）１０２が取り付けられた構成となっている。光源１０２からの光は、集光レンズ１０３を通過して、ＬＣＤシャッターなどで構成された縞パターンを生成するためのパターンマスク１０４に照射可能な構成をとっている。そして、ビームスプリッター１０５を通過した縞パターンは、絞り１０６と対物集光レンズ１０７とを介して、被測定物である歯１０８および歯肉１０９に投影される構成となっている。また、光源からの光束を、投影光経路と観察光経路とに分離する為、ビームスプリッター１０５を設けている。縞パターン光は、撮像レンズ１１０を介して、最終的にＣＣＤ等のイメージセンサー（撮像部）１１１によって受光される。入力されたデータは、転送ケーブル１１２を介してＰＣ等の外部機器１２０に格納された画像処理部（画像合成部）１１３へデータ転送される構成としている。
【００４４】
外部機器１２０には、画像処理部１１３の他、イメージセンサー１１１が口腔内の画像を取り込む際の露光時間を制御する露光時間制御部１１４と、画像処理部１１３により生成された撮像画像に基づいて三次元座標を演算する三次元演算部１１８とを備えている。露光時間制御部１１４は、さらに、データ分離部１１５と、露光時間算出部１１６と、露光時間調整部１１７とを有している。データ分離部１１５は、イメージセンサー１１１において得られる映像信号からＬ信号とＳ信号とに分離する。露光時間算出部１１６は、データ分離部１１５によって得られた信号画像を取り込む際の最適露光時間を算出する。露光時間調整部１１７は、露光時間算出部１１６において算出された最適露光時間に基づいてイメージセンサー１１１における露光時間を最適化する。
【００４５】
なお、本実施形態においては、画像処理部１１３、露光時間制御部１１４、三次元演算部１１８が外部機器１２０に格納された例を挙げて説明したが、これらは、オーラルスキャナー１に内蔵されていてもよいし、無線ＬＡＮ等によって接続されたサーバ等に格納されていてもよい。
画像処理部１１３、露光時間制御部１１４、三次元演算部１１８が行う詳細の処理内容については後段にて説明する。
【００４６】
図４は、実施の形態１における、歯１０８および歯肉１０９の領域化とそれぞれの領域に対する露光時間の条件の設定についての処理フロー図である。
【００４７】
露光時間の設定が開始されると（Ｔ０１）、イメージセンサー１１１から口腔内の映像信号が画像処理部１１３へ取り込まれる（Ｔ０２）。このとき、イメージセンサー１１１は、ＣＣＤの水平転送速度を通常の２倍の速度にして水平ライン毎に、露光時間が長時間の映像信号（Ｌ信号）および露光時間が短時間の映像信号（Ｓ信号）を交互に出力することにより、通常の撮像にて１フィールド分の映像を出力する期間内に、Ｌ信号およびＳ信号をそれぞれ１フィールド分出力している。
【００４８】
次に、イメージセンサー１１１より出力された信号に対して、ノイズ除去等の前処理を施す（Ｔ０３）。続いて、前処理された信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する（Ｔ０４）。次に、イメージセンサー１１１にて生成された映像信号においてＬ信号とＳ信号とを独立して取り扱うことが出来るように、イメージセンサー１１１にて連続的に生成されたＬ信号とＳ信号との時間軸を変換する（Ｔ０５）。
【００４９】
次に、Ｌ信号およびＳ信号をＬ信号画像およびＳ信号画像として画像処理部１１３内の記憶メモリに保存する（Ｔ０６）。
続いて、Ｌ信号画像から歯１０８および歯肉１０９の領域設定に用いる情報を抽出する（Ｔ０７）。領域設定情報としては、輝度信号でも良いし、特定の色信号でも良い。また、これらの輝度信号や色信号の最大値や最小値などを用いても良い。ここでは、最も一般的な、輝度値を領域設定に用いるものとして説明する。また、ここでは領域設定にはノイズの関係から露光時間が長時間であるＬ信号画像を用いているが、Ｓ信号画像を用いても良い。
【００５０】
次に、領域設定の閾値を算出する（Ｔ０８）。ここでは閾値として、抽出された輝度値から飽和していないデータの平均をとる。
次に、各画素の輝度値と、領域設定の閾値を比較する（Ｔ０９）。輝度値が閾値未満であれば歯肉１０９の領域と設定し（Ｔ１０）、閾値以上であれば歯１０８の領域と設定する（Ｔ１１）。
【００５１】
続いて、歯肉１０９の領域の露光時間を調整する（Ｔ１２）。通常、歯肉１０９の領域は、歯１０８の領域に比べて暗いため、露光時間が長時間のＬ信号画像を露光時間調整に用いる。
【００５２】
次に、露光時間を変化させＬ信号画像を取り込む（Ｔ１３）。Ｌ信号画像の歯肉１０９の領域の輝度レベルが飽和するまで露光時間を遅くし露光時間を最適化する（Ｔ１４）。ここでは、輝度レベルが飽和していないことを前提に処理しているが、逆の場合は露光時間を速めながら調整する。
【００５３】
輝度レベルが飽和した段階で、露光時間を飽和する直前のレベルに戻し、歯肉１０９の領域の露光時間を確定する（Ｔ１５）。同時に、歯肉１０９の領域露光時間（ＧＴ）を記録する（Ｔ１６）。
【００５４】
同様に、歯１０８の領域における露光時間の調整および歯１０８の領域露光時間（ＤＴ）の記録を行なう（Ｔ１７〜Ｔ２１）。ただし、歯１０８の領域は、歯肉１０９の領域に比べて明るいため露光時間が短時間のＳ画像を露光時間調整に用いる。
以上、Ｔ０１〜Ｔ２２のフローを実施することによって、露光時間の設定が完了する（Ｔ２２）。
【００５５】
図５は、実施の形態１における、歯１０８の領域と歯肉１０９の領域との各画像の画像合成処理のフロー図である。
【００５６】
画像合成が開始されると（Ｕ０１）、図４のフローで調整された露光時間ＧＴおよびＤＴで撮影された、Ｌ信号およびＳ信号が画像処理部１１３へ取り込まれる（Ｕ０２）。このときも、イメージセンサー１１１は、ＣＣＤの水平転送速度を通常の２倍の速度にして水平ライン毎にＬ信号およびＳ信号を交互に出力することにより、通常の撮像にて１フィールド分の映像を出力する期間内に、Ｌ信号およびＳ信号をそれぞれ１フィールド分出力する。次に、イメージセンサー１１１より出力された信号に対して、ノイズ除去等の前処理を施す（Ｕ０３）。続いて、前処理された信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する（Ｕ０４）。次に、イメージセンサー１１１にて生成された映像信号をＬ信号とＳ信号を独立して取り扱うことが出来るように、イメージセンサー１１１にて連続的に生成されたＬ信号およびＳ信号の時間軸を変換する（Ｕ０５）。
【００５７】
次に、Ｌ信号およびＳ信号をＬ信号画像およびＳ信号画像として画像処理部１１３内の記憶メモリに保存する（Ｕ０６）。Ｌ信号画像およびＳ信号画像は、歯１０８の領域と歯肉１０９の領域とに分割される（Ｕ０７）。この情報を元に歯１０８および歯肉１０９の領域が設定される（Ｕ０８、Ｕ０９）。
【００５８】
図６（ａ）〜図６（ｄ）は実施の形態１における、歯１０８と歯肉１０９との領域分割（Ｕ０７）を説明するための図である。図６（ａ）は、イメージセンサー１１１で撮像した歯１０８と歯肉１０９を示す図である。一般的に、歯１０８の領域は高輝度領域となり、歯肉１０９の領域は低輝度領域となる。図６（ｂ）は、歯肉１０９の領域にあわせて調整した長時間の露光時間ＧＴで取得したＬ信号画像の輝度値、図６（ｃ）は、歯１０８の領域にあわせて調整した短時間の露光時間ＤＴで取得したＳ信号画像の輝度値である。図６（ｂ）および図６（ｃ）は、共に、図６（ａ）に示す画像のＡＢ線に対応する輝度値である。ここで、Ｌ信号画像の輝度値および閾値の比較を行い、輝度レベルが閾値未満であれば歯肉１０９の領域に、閾値以上であれば歯１０８の領域に領域分割され、歯１０８の領域信号（ＤＡ）と歯肉１０９の領域信号（ＧＡ）が付与（Ｕ０８、Ｕ０９）される。図６（ｄ）では、歯１０８および歯肉１０９の領域に分割されている。
【００５９】
次に、図５に示すように、各領域において輝度のヒストグラムデータを取得する（Ｕ１２、Ｕ１３）。歯１０８の領域は、高輝度領域となっているためヒストグラムは、明るい部分に集中している。したがって、明るい部分を持ち上げるような階調補正を行なう（Ｕ１４）。逆に、歯肉１０９の領域は、低輝度領域となっているためヒストグラムは、暗い部分に集中している。したがって、暗い部分を持ち上げるような階調補正を行なう（Ｕ１５）。
最後に、領域信号ＤＡ、ＧＡを用いて、階調補正された歯１０８の領域の画像（二次元静止画像）と歯肉１０９の領域の画像（二次元静止画像）とを合成する（Ｕ１６）。
【００６０】
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、通常の処理フローで撮像処理された画像と、本発明の実施の形態１の処理フローを用いて撮像処理された画像の比較図である。
【００６１】
図７（ａ）および図７（ｂ）は、通常の処理フローで撮像処理された画像で露光時間が異なる。図７（ｃ）は、本発明の実施の形態１の処理フローで撮像処理された画像（合成二次元静止画像）である。ここでは、測定対象として歯の模型を用いている。図７（ａ）〜図７（ｃ）で明らかなように、歯１０８と歯肉１０９との両方の領域において、階調情報が保たれて撮像されている。
【００６２】
［実施の形態２］
図８は、実施の形態２における、歯１０８および歯肉１０９の領域化とそれぞれの領域に対する露光時間の条件設定についての処理フロー図である。実施の形態１との違いは、歯および歯肉を領域化する処理フローである。その他のフロー構成は、実施の形態１と同様であるためここではその説明を省略する。
実施の形態２における、歯および歯肉の領域化とそれぞれの領域に対する露光時間の条件設定についての処理フローでは、Ｌ信号画像の輝度成分の比較（Ｖ１１）に、比較領域の輝度値を用いる点が実施の形態１との違いである。
【００６３】
以下、フローに従って説明する。
まず、露光時間の設定が開始されると（Ｖ０１）、イメージセンサー１１１から口腔内映像信号が画像処理部１１３へ取り込まれる（Ｖ０２）。このとき、イメージセンサー１１１の動作は、実施の形態１と同様である。
【００６４】
次に、イメージセンサー１１１より出力された信号に対して、ノイズ除去等の前処理を施す（Ｖ０３）。続いて、前処理された信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する（Ｖ０４）。次に、イメージセンサー１１１にて生成された映像信号をＬ信号とＳ信号とを独立して取り扱うことが出来るように、イメージセンサー１１１にて連続的に生成されたＬ信号とＳ信号との時間軸を変換する（Ｖ０５）。さらに、Ｌ信号およびＳ信号をＬ信号画像およびＳ信号画像として画像処理部１１３内の記憶メモリに保存する（Ｖ０６）。
【００６５】
続いて、Ｌ信号画像から歯１０８と歯肉１０９との領域設定に用いる輝度値を抽出する（Ｖ０７）。次に、領域設定の閾値を算出する（Ｖ０８）。ここでは、閾値として、抽出された輝度値から飽和していないデータの平均をとる。
【００６６】
次に、各画素の輝度値と、領域設定の閾値とを比較する比較領域枠を設定する（Ｖ０９）。続いて、比較領域枠内で輝度値から飽和していないデータの平均（比較領域平均輝度値）をとる（Ｖ１０）。
【００６７】
次に、比較領域平均輝度値と領域設定の閾値とを比較する（Ｖ１１）。ここで、輝度値が閾値未満であれば歯肉１０９の領域と設定し（Ｖ１２）、閾値以上であれば歯１０８の領域と設定する（Ｖ１３）。
【００６８】
続いて、歯肉１０９の領域の露光時間を調整する（Ｖ１４）。通常、歯肉１０９の領域は、歯１０８の領域に比べて暗いため露光時間が長時間のＬ画像を露光時間調整に用いる。
【００６９】
次に、露光時間を変化させＬ信号画像を取り込む（Ｖ１５）。そして、Ｌ信号画像の歯肉１０９の領域の輝度レベルが飽和するまで露光時間を遅くし、露光時間を最適化する（Ｖ１６）。ここでは、輝度レベルが飽和していないことを前提に処理しているが、逆の場合は露光時間を速めながら調整する。
【００７０】
次に、輝度レベルが飽和した段階で、露光時間を飽和する直前のレベルに戻し、歯肉１０９の領域の露光時間を確定する（Ｖ１７）。同時に、歯肉１０９の領域露光時間（ＧＶ）を記録する（Ｖ１８）。
【００７１】
同様に、歯１０８の領域の露光時間を調整と歯１０８の領域露光時間（ＤＶ）の記録を行なう（Ｖ１９〜Ｖ２３）。ただし、歯１０８の領域は、歯肉１０９の領域に比べて明るいため、露光時間が短時間のＳ画像を露光時間調整に用いる。
【００７２】
以上のＶ０１〜Ｖ２４のフローを実施することによって、露光時間の設定が完了する（Ｖ２４）。
なお、実施の形態２を用いれば、露光時間の条件設定を高速化することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
口腔内測定方法および装置は、表面反射率の異なる歯および歯肉を正確に形状計測する効果を有し、その他表面反射率の異なる歯科用補綴物の適合性を患者の口腔内で直接計測する用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態１における口腔内撮影および画像計測のフロー図。
【図２】空間コード化法で用いられるグレイパターンの一例を示した図。
【図３】本発明の実施の形態１におけるオーラルスキャナーの構成概略図。
【図４】本発明の実施の形態１における最適な露光時間設定の処理フロー図。
【図５】本発明の実施の形態１における歯の領域と歯肉の領域の各画像の画像合成処理のフロー図。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１における歯および歯肉の領域分割の説明図。
【図７】従来の撮像フロー（ａ），（ｂ）と本発明の実施の形態１（ｃ）における撮像フローとによって撮像処理された画像の比較図。
【図８】本発明の実施の形態２における最適な露光時間設定の処理フロー図。
【符号の説明】
【００７５】
１ オーラルスキャナー（口腔内測定装置）
１０１ 外装ケース
１０２ 光源（投光部）
１０３ 集光レンズ
１０４ パターンマスク
１０５ ビームスプリッター
１０６ 絞り
１０７ 対物集光レンズ
１０８ 歯
１０９ 歯肉
１１０ 撮像レンズ
１１１ イメージセンサー（撮像部）
１１２ 転送ケーブル
１１３ 画像処理部（画像合成部）
１１４ 露光時間制御部
１１５ データ分離部
１１６ 露光時間算出部
１１７ 露光時間調整部
１１８ 三次元演算部
１２０ 外部機器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インレー、クラウン、ブリッジ等の歯科用補綴物作成のために口腔内を撮像する方法と装置に関するものであり、更に詳細には、患者の口腔内を直接測定する口腔内測定方法と口腔内測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、インレー、クラウン、ブリッジ等の歯科用補綴物の作製は、ロストワックス鋳造法により金属材料やセラミックス材料を鋳造して作製する方法が一般的に採用されてきた。しかし、近年の歯科用補綴物の作成においては、セレックシステム（独、シロナ社のシステム）に代表されるような光学三次元カメラを用いた歯および歯肉の口腔内測定と、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムを用いた歯科用補綴物の設計・作製システムが注目されてきている。
【０００３】
光学三次元カメラには、位相シフト法や空間コード化法に代表される非接触三次元計測手法が用いられている。光学三次元カメラは、支台歯や窩洞形成した歯牙や、場合によっては、隣在歯や対合歯の形状を口腔内で直接読み取る(例えば、特許文献１参照)。
【０００４】
この光学三次元カメラおよびＣＡＤ／ＣＡＭシステムは、前述のような鋳造による方法等と比較して効率良く歯科用補綴物を作製でき、設計が適切に行われていれば完成した歯科用補綴物の精度も高く、口腔内への適合精度に優れた歯科用補綴物を作製できる特長がある。しかし、光学三次元カメラおよびＣＡＤ／ＣＡＭシステムでは、最終的な歯科用補綴物の形状を決定する（形状を加工用の情報にする）計算はコンピュータで自動計算が可能であるが、口腔内形状は患者一人一人によって異なり、虫歯の状態や、歯を構成するエナメル質と象牙質さらには歯肉の組成の違いにより、各組織の表面反射率が異なり、鮮鋭な画像を取り込むことができないため正確な歯および歯肉の形状計測が困難である。このため、適合精度に優れた理想的な歯科用補綴物を作製することが困難となるという問題があった。
【０００５】
このような問題を解決するため、口腔内の反射率の異なりを均一化するため、前記セレックシステム（独、シロナ社のシステム）においては、酸化チタンなどのパウダーを口腔内に噴霧している。
【特許文献１】特開２０００‐７４６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、パウダーの噴霧は、患者にとってはパウダーが金属粉末のため苦味や不快感を伴う行為であり、医師にとっては均一な噴霧が必要なため時間と熟練を要する行為となっていた。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するもので、パウダーを噴霧することなく、口腔内を正確に形状計測することが可能な口腔内測定方法と口腔内測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明に係る口腔内測定方法は、口腔内を測定対象とする口腔内測定方法であって、投光工程と、撮像工程と、露光時間制御工程と、画像合成工程と、三次元演算工程とを備えている。投光工程は、コード化された縞パターンを投影する。撮像工程は、縞パターンが投影された領域を二次元静止画像として取り込む。露光時間制御工程は、撮像工程において二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御する。画像合成工程は、少なくとも２つの異なる露光時間によって取り込んだ二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する。三次元演算工程は、合成二次元静止画像に基づいて口腔内の三次元座標を演算する。
【０００９】
ここでは、露光時間制御工程で、撮像工程において二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御し、画像合成工程において、少なくとも２つの異なる露光時間によって取り込まれた二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する。
【００１０】
従来より、光学三次元カメラおよびＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって、口腔内形状を計測して、歯科用補綴物の形状を決定することが行われている。ところが、口腔内形状は、虫歯の状態や歯肉の組成の違いにより、各組織の表面反射率が異なるため、コントラストの小さな画像しか取り込むことができない。このため、正確な歯および歯肉の形状計測が困難である。
【００１１】
そこで、本発明の口腔内測定方法においては、撮像工程において二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御する露光時間制御工程と、少なくとも２つの異なる露光時間によって取り込んだ二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する画像合成工程とを備えている。
【００１２】
これにより、表面反射率の異なる領域を抽出し、その領域ごとに最適な露光時間で二次元静止画像を取り込むことができるので、対象となる領域についてコントラストの大きな二次元静止画像をそれぞれ取得することが可能となる。また、最適露光時間で取り込んだそれぞれの二次元静止画像を合成することによって、全ての領域についてコントラストが大きな合成二次元静止画像を取得することが可能となる。
【００１３】
この結果、コントラストよく撮像された合成二次元静止画像を使用して計測することができるので、パウダーを噴霧することなく、口腔内を正確に形状計測することが可能となる。
【００１４】
第２の発明に係る口腔内測定方法は、第１の発明に係る口腔内測定方法であって、露光時間制御工程は、口腔内における歯および歯肉のそれぞれの領域が撮像工程によって最適に取り込まれるように露光時間を制御する。
【００１５】
ここでは、口腔内における歯の領域と歯肉の領域とをそれぞれ抽出し、それぞれの領域が撮像工程によって最適に取り込まれるように露光時間を制御する。
これにより、歯の領域および歯肉の領域のそれぞれについて最適な露光時間で二次元静止画像を取り込むことができるので、歯の領域についてコントラストの大きな二次元静止画像と、歯肉の領域についてコントラストの大きな二次元静止画像との２枚を取得することが可能となる。そして、上記２枚の二次元静止画像を合成することによって、歯の領域と歯肉の領域との両方の領域についてコントラストが大きな合成二次元静止画像を取得することが可能となる。
【００１６】
第３の発明に係る口腔内測定方法は、第１または第２の発明に係る口腔内測定方法であって、露光時間制御工程は、データ分離工程と、露光時間算出工程と、露光時間調整工程と、を有している。データ分離工程は、撮像工程において得られる映像信号から信号データを分離する。露光時間算出工程は、信号データに基づいて二次元静止画像における飽和限界の露光時間を算出する。露光時間調整工程は、露光時間算出工程において算出された露光時間に基づいて、露光時間を調整する。
【００１７】
ここでは、データ分離工程で、撮像工程において得られる映像信号から信号データを分離し、露光時間算出工程で、信号データに基づいて二次元静止画像における飽和限界の露光時間を算出する。
【００１８】
これにより、露光時間を算出に用いる信号データを抽出可能となるので、適切に露光時間を算出することができる。また、飽和限界の露光時間を算出することによって最もコントラストの高い状態を算出することが可能となる。
【００１９】
第４の発明に係る口腔内測定方法は、第１から第３の発明のいずれか１つに係る口腔内測定方法であって、露光時間制御工程は、輝度情報に基づいて歯の領域および歯肉の領域の設定を行う。
ここでは、歯の領域と歯肉の領域との抽出にあたり輝度情報を使用している。
これにより、比較的に容易に歯の領域と歯肉の領域とを抽出することが可能になる。
【００２０】
第５の発明に係る口腔内測定装置は、口腔内を測定対象とする口腔内測定装置であって、投光部と、撮像部と、露光時間制御部と、画像合成部と、三次元演算部とを備えている。投光部は、コード化された縞パターンを投影する。撮像部は、縞パターンが投影された領域を二次元静止画像として取り込む。露光時間制御部は、撮像部が二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御する。画像合成部は、少なくとも２つの異なる露光時間によって取り込んだ二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する。三次元演算部は、合成二次元静止画像に基づいて口腔内の三次元座標を演算する。
【００２１】
ここでは、露光時間制御部が、撮像部が二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御して、画像合成部が、少なくとも２つの異なる露光時間によって取り込まれた二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する。
【００２２】
従来より、光学三次元カメラおよびＣＡＤ／ＣＡＭシステムによって、口腔内形状を計測して、歯科用補綴物の形状を決定することが行われている。ところが、口腔内形状は、虫歯の状態や歯肉の組成の違いにより、各組織の表面反射率が異なるため、コントラストの小さな画像しか取り込むことができない。このため、正確な歯および歯肉の形状計測が困難である。
【００２３】
そこで、本発明の口腔内測定装置においては、撮像部が二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御する露光時間制御部と、少なくとも２つの異なる露光時間によって取り込んだ二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する画像合成部とを備えている。
【００２４】
これにより、表面反射率の異なる領域を抽出し、その領域ごとに最適な露光時間で二次元静止画像を取り込むことができるので、対象となる領域についてコントラストの大きな二次元静止画像をそれぞれ取得することが可能となる。また、最適露光時間で取り込んだそれぞれの二次元静止画像を合成することによって、全ての領域についてコントラストが大きな合成二次元静止画像を取得することが可能となる。
【００２５】
この結果、コントラストよく撮像された合成二次元静止画像を使用して３次元座標を演算することができるので、パウダーを噴霧することなく、口腔内を正確に形状計測することが可能となる。
【００２６】
第６の発明に係る口腔内測定装置は、第５の発明に係る口腔内測定装置であって、露光時間制御部は、口腔内における歯および歯肉のそれぞれの領域が撮像部によって最適に取り込まれるように露光時間を制御する。
【００２７】
ここでは、口腔内における歯の領域と歯肉の領域とをそれぞれ抽出し、それぞれの領域が撮像部によって最適に取り込まれるように露光時間を制御する。
これにより、歯の領域および歯肉の領域のそれぞれについて最適な露光時間で二次元静止画像を取り込むことができるので、歯の領域についてコントラストの大きな二次元静止画像と、歯肉の領域についてコントラストの大きな二次元静止画像との２枚を取得することが可能となる。そして、上記２枚の二次元静止画像を合成することによって、歯の領域と歯肉の領域との両方の領域についてコントラストが大きな合成二次元静止画像を取得することが可能となる。
【００２８】
第７の発明に係る口腔内測定装置は、第５または第６の発明に係る口腔内測定装置であって、露光時間制御部は、データ分離部と、露光時間算出部と、露光時間調整部とを有している。データ分離部は、撮像部において得られる映像信号から信号データを分離する。露光時間算出部は、信号データに基づいて二次元静止画像における飽和限界の露光時間を算出する。露光時間調整部は、露光時間算出部において算出された露光時間に基づいて、露光時間を調整する。
【００２９】
ここでは、データ分離部が、撮像部において得られる映像信号から信号データを分離し、露光時間算出部が、信号データに基づいて二次元静止画像における飽和限界の露光時間を算出する。
【００３０】
これにより、露光時間を算出に用いる信号データを抽出可能となるので、適切に露光時間を算出することができる。また、飽和限界の露光時間を算出することによって最もコントラストの高い状態を算出することが可能となる。
【００３１】
第８の発明に係る口腔内測定装置は、第５から第７の発明のいずれか１つに係る口腔内測定装置であって、露光時間制御部は、輝度情報に基づいて、歯の領域および歯肉の領域の設定を行う。
【００３２】
ここでは、歯の領域と歯肉の領域との抽出にあたり輝度情報を使用している。
これにより、比較的に容易に歯の領域と歯肉の領域とを抽出することが可能になる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明に係る口腔内測定方法および口腔内測定装置によれば、コントラストよく撮像された合成二次元静止画像を使用して３次元座標を演算することができるので、口腔内を正確に形状計測することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３５】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１における、口腔内撮影および画像計測フロー図である。
図１において、口腔内にセットされた光学三次元カメラ（以下オーラルスキャナーと称する）は、口腔内撮影として、従来型のビデオシステムと類似の動作を行う（Ｓ０１）。撮像フレーム内に、撮像レンズおよびセンサによって歯１０８および歯肉１０９が撮像され、その映像がディスプレイに表示される。これにより、標準のビデオ映像が得られる（Ｓ０２）。このとき、オーラルスキャナーの撮像位置を歯１０８および歯肉１０９に正確にあわせるため、例えば、フレームや十字等のマーク等によって撮像位置を指定する等を行ってもよい。
【００３６】
次に、縞パターン投影による三次元画像処理を高速高精度に実施する為に、イメージセンサーのシャッター速度等を調整して、歯１０８の領域、歯肉１０９の領域それぞれに対して最適な露光時間の設定を行なう（Ｓ０３：露光時間制御工程）。なお、歯１０８および歯肉１０９の領域化とそれぞれの領域に対する最適な露光時間の条件の設定については後述する。
【００３７】
次に、上記撮像走査段階で得られたビデオ画像に対して、歯１０８および歯肉１０９の画像が良好であるかを確認する（Ｓ０４）。良好であれば、フットスイッチなどを用いて画像計測を行なう。
【００３８】
画像計測では、三角測量法により、二次元静止画像を三次元静止画像に変換するための縞パターンを投影し、ＣＣＤ等のイメージセンサーを用いて撮像し、画像データ（二次元静止画像）としてメモリに記録する（Ｓ０５：投光工程、撮像工程）。このとき、縞パターンは、空間コード化法を用いるならば、図２に示すようなグレーコードと呼ばれるパターンを用いるのが好ましい。なお、通常のコードパターンでも計測精度として十分であるならば使用可能である。また、位相シフト法を用いるのであれば、正弦波状に変化する既知の濃淡パターンを用いるのが一般的である。
【００３９】
次に、メモリに記録された画像データの縞パターンのコントラストを改善する為、歯１０８および歯肉１０９の領域で、ノイズ除去、階調補正、ガンマ補正等の二次元画像処理を行う（Ｓ０６）。
【００４０】
続いて、歯の領域、歯肉の領域に対して、撮像画像のヒストグラムを参照しながら階調補正を行い、画像を合成する（Ｓ０７：画像合成工程）。歯と歯肉の領域の画像合成手法については後述する。
【００４１】
さらに、最終の三次元データ量を１／２〜１／１０に間引いた画像データから三角測量にて低精度の三次元画像変換を行う（Ｓ０８）。これにより、撮像された画像が良好であるかどうかを判定する（Ｓ０９）。これは、得られた画像の良否判定の高速化をはかるものであり、高速化の必要がない場合は不要となる。
【００４２】
最後に撮像された画像が良好であれば、三角測量法にて、高精度の三次元画像変換を行い、得られた三次元座標を点群データまたはＳＴＬ（Stereo Lithography）データとして、メモリに保存し、そのデータを用いて、ディスプレイ上に三次元座標を表示する（Ｓ１０：三次元演算工程）。ここでは、代表的なデータ形式として、点群データまたはＳＴＬデータを挙げているが、データ形式をこれに限定するものではない。
【００４３】
図３は、本発明の実施の形態１における、オーラルスキャナー（口腔内測定装置）１の構成概略図である。
オーラルスキャナー１は、図３に示すように、患者の口腔内に直接挿入する事が可能なように、内部構成物を格納する外装ケース１０１を備えている。外装ケース１０１内には、発光ダイオードＬＥＤ、または、レーザーからなる光源（投光部）１０２が取り付けられた構成となっている。光源１０２からの光は、集光レンズ１０３を通過して、ＬＣＤシャッターなどで構成された縞パターンを生成するためのパターンマスク１０４に照射可能な構成をとっている。そして、ビームスプリッター１０５を通過した縞パターンは、絞り１０６と対物集光レンズ１０７とを介して、被測定物である歯１０８および歯肉１０９に投影される構成となっている。また、光源からの光束を、投影光経路と観察光経路とに分離する為、ビームスプリッター１０５を設けている。縞パターン光は、撮像レンズ１１０を介して、最終的にＣＣＤ等のイメージセンサー（撮像部）１１１によって受光される。入力されたデータは、転送ケーブル１１２を介してＰＣ等の外部機器１２０に格納された画像処理部（画像合成部）１１３へデータ転送される構成としている。
【００４４】
外部機器１２０には、画像処理部１１３の他、イメージセンサー１１１が口腔内の画像を取り込む際の露光時間を制御する露光時間制御部１１４と、画像処理部１１３により生成された撮像画像に基づいて三次元座標を演算する三次元演算部１１８とを備えている。露光時間制御部１１４は、さらに、データ分離部１１５と、露光時間算出部１１６と、露光時間調整部１１７とを有している。データ分離部１１５は、イメージセンサー１１１において得られる映像信号からＬ信号とＳ信号とに分離する。露光時間算出部１１６は、データ分離部１１５によって得られた信号画像を取り込む際の最適露光時間を算出する。露光時間調整部１１７は、露光時間算出部１１６において算出された最適露光時間に基づいてイメージセンサー１１１における露光時間を最適化する。
【００４５】
なお、本実施形態においては、画像処理部１１３、露光時間制御部１１４、三次元演算部１１８が外部機器１２０に格納された例を挙げて説明したが、これらは、オーラルスキャナー１に内蔵されていてもよいし、無線ＬＡＮ等によって接続されたサーバ等に格納されていてもよい。
画像処理部１１３、露光時間制御部１１４、三次元演算部１１８が行う詳細の処理内容については後段にて説明する。
【００４６】
図４は、実施の形態１における、歯１０８および歯肉１０９の領域化とそれぞれの領域に対する露光時間の条件の設定についての処理フロー図である。
【００４７】
露光時間の設定が開始されると（Ｔ０１）、イメージセンサー１１１から口腔内の映像信号が画像処理部１１３へ取り込まれる（Ｔ０２）。このとき、イメージセンサー１１１は、ＣＣＤの水平転送速度を通常の２倍の速度にして水平ライン毎に、露光時間が長時間の映像信号（Ｌ信号）および露光時間が短時間の映像信号（Ｓ信号）を交互に出力することにより、通常の撮像にて１フィールド分の映像を出力する期間内に、Ｌ信号およびＳ信号をそれぞれ１フィールド分出力している。
【００４８】
次に、イメージセンサー１１１より出力された信号に対して、ノイズ除去等の前処理を施す（Ｔ０３）。続いて、前処理された信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する（Ｔ０４）。次に、イメージセンサー１１１にて生成された映像信号においてＬ信号とＳ信号とを独立して取り扱うことが出来るように、イメージセンサー１１１にて連続的に生成されたＬ信号とＳ信号との時間軸を変換する（Ｔ０５）。
【００４９】
次に、Ｌ信号およびＳ信号をＬ信号画像およびＳ信号画像として画像処理部１１３内の記憶メモリに保存する（Ｔ０６）。
続いて、Ｌ信号画像から歯１０８および歯肉１０９の領域設定に用いる情報を抽出する（Ｔ０７）。領域設定情報としては、輝度信号でも良いし、特定の色信号でも良い。また、これらの輝度信号や色信号の最大値や最小値などを用いても良い。ここでは、最も一般的な、輝度値を領域設定に用いるものとして説明する。また、ここでは領域設定にはノイズの関係から露光時間が長時間であるＬ信号画像を用いているが、Ｓ信号画像を用いても良い。
【００５０】
次に、領域設定の閾値を算出する（Ｔ０８）。ここでは閾値として、抽出された輝度値から飽和していないデータの平均をとる。
次に、各画素の輝度値と、領域設定の閾値を比較する（Ｔ０９）。輝度値が閾値未満であれば歯肉１０９の領域と設定し（Ｔ１０）、閾値以上であれば歯１０８の領域と設定する（Ｔ１１）。
【００５１】
続いて、歯肉１０９の領域の露光時間を調整する（Ｔ１２）。通常、歯肉１０９の領域は、歯１０８の領域に比べて暗いため、露光時間が長時間のＬ信号画像を露光時間調整に用いる。
【００５２】
次に、露光時間を変化させＬ信号画像を取り込む（Ｔ１３）。Ｌ信号画像の歯肉１０９の領域の輝度レベルが飽和するまで露光時間を遅くし露光時間を最適化する（Ｔ１４）。ここでは、輝度レベルが飽和していないことを前提に処理しているが、逆の場合は露光時間を速めながら調整する。
【００５３】
輝度レベルが飽和した段階で、露光時間を飽和する直前のレベルに戻し、歯肉１０９の領域の露光時間を確定する（Ｔ１５）。同時に、歯肉１０９の領域露光時間（ＧＴ）を記録する（Ｔ１６）。
【００５４】
同様に、歯１０８の領域における露光時間の調整および歯１０８の領域露光時間（ＤＴ）の記録を行なう（Ｔ１７〜Ｔ２１）。ただし、歯１０８の領域は、歯肉１０９の領域に比べて明るいため露光時間が短時間のＳ画像を露光時間調整に用いる。
以上、Ｔ０１〜Ｔ２２のフローを実施することによって、露光時間の設定が完了する（Ｔ２２）。
【００５５】
図５は、実施の形態１における、歯１０８の領域と歯肉１０９の領域との各画像の画像合成処理のフロー図である。
【００５６】
画像合成が開始されると（Ｕ０１）、図４のフローで調整された露光時間ＧＴおよびＤＴで撮影された、Ｌ信号およびＳ信号が画像処理部１１３へ取り込まれる（Ｕ０２）。このときも、イメージセンサー１１１は、ＣＣＤの水平転送速度を通常の２倍の速度にして水平ライン毎にＬ信号およびＳ信号を交互に出力することにより、通常の撮像にて１フィールド分の映像を出力する期間内に、Ｌ信号およびＳ信号をそれぞれ１フィールド分出力する。次に、イメージセンサー１１１より出力された信号に対して、ノイズ除去等の前処理を施す（Ｕ０３）。続いて、前処理された信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する（Ｕ０４）。次に、イメージセンサー１１１にて生成された映像信号をＬ信号とＳ信号を独立して取り扱うことが出来るように、イメージセンサー１１１にて連続的に生成されたＬ信号およびＳ信号の時間軸を変換する（Ｕ０５）。
【００５７】
次に、Ｌ信号およびＳ信号をＬ信号画像およびＳ信号画像として画像処理部１１３内の記憶メモリに保存する（Ｕ０６）。Ｌ信号画像およびＳ信号画像は、歯１０８の領域と歯肉１０９の領域とに分割される（Ｕ０７）。この情報を元に歯１０８および歯肉１０９の領域が設定される（Ｕ０８、Ｕ０９）。
【００５８】
図６（ａ）〜図６（ｄ）は実施の形態１における、歯１０８と歯肉１０９との領域分割（Ｕ０７）を説明するための図である。図６（ａ）は、イメージセンサー１１１で撮像した歯１０８と歯肉１０９を示す図である。一般的に、歯１０８の領域は高輝度領域となり、歯肉１０９の領域は低輝度領域となる。図６（ｂ）は、歯肉１０９の領域にあわせて調整した長時間の露光時間ＧＴで取得したＬ信号画像の輝度値、図６（ｃ）は、歯１０８の領域にあわせて調整した短時間の露光時間ＤＴで取得したＳ信号画像の輝度値である。図６（ｂ）および図６（ｃ）は、共に、図６（ａ）に示す画像のＡＢ線に対応する輝度値である。ここで、Ｌ信号画像の輝度値および閾値の比較を行い、輝度レベルが閾値未満であれば歯肉１０９の領域に、閾値以上であれば歯１０８の領域に領域分割され、歯１０８の領域信号（ＤＡ）と歯肉１０９の領域信号（ＧＡ）が付与（Ｕ０８、Ｕ０９）される。図６（ｄ）では、歯１０８および歯肉１０９の領域に分割されている。
【００５９】
次に、図５に示すように、各領域において輝度のヒストグラムデータを取得する（Ｕ１２、Ｕ１３）。歯１０８の領域は、高輝度領域となっているためヒストグラムは、明るい部分に集中している。したがって、明るい部分を持ち上げるような階調補正を行なう（Ｕ１４）。逆に、歯肉１０９の領域は、低輝度領域となっているためヒストグラムは、暗い部分に集中している。したがって、暗い部分を持ち上げるような階調補正を行なう（Ｕ１５）。
最後に、領域信号ＤＡ、ＧＡを用いて、階調補正された歯１０８の領域の画像（二次元静止画像）と歯肉１０９の領域の画像（二次元静止画像）とを合成する（Ｕ１６）。
【００６０】
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、通常の処理フローで撮像処理された画像と、本発明の実施の形態１の処理フローを用いて撮像処理された画像の比較図である。
【００６１】
図７（ａ）および図７（ｂ）は、通常の処理フローで撮像処理された画像で露光時間が異なる。図７（ｃ）は、本発明の実施の形態１の処理フローで撮像処理された画像（合成二次元静止画像）である。ここでは、測定対象として歯の模型を用いている。図７（ａ）〜図７（ｃ）で明らかなように、歯１０８と歯肉１０９との両方の領域において、階調情報が保たれて撮像されている。
【００６２】
［実施の形態２］
図８は、実施の形態２における、歯１０８および歯肉１０９の領域化とそれぞれの領域に対する露光時間の条件設定についての処理フロー図である。実施の形態１との違いは、歯および歯肉を領域化する処理フローである。その他のフロー構成は、実施の形態１と同様であるためここではその説明を省略する。
実施の形態２における、歯および歯肉の領域化とそれぞれの領域に対する露光時間の条件設定についての処理フローでは、Ｌ信号画像の輝度成分の比較（Ｖ１１）に、比較領域の輝度値を用いる点が実施の形態１との違いである。
【００６３】
以下、フローに従って説明する。
まず、露光時間の設定が開始されると（Ｖ０１）、イメージセンサー１１１から口腔内映像信号が画像処理部１１３へ取り込まれる（Ｖ０２）。このとき、イメージセンサー１１１の動作は、実施の形態１と同様である。
【００６４】
次に、イメージセンサー１１１より出力された信号に対して、ノイズ除去等の前処理を施す（Ｖ０３）。続いて、前処理された信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する（Ｖ０４）。次に、イメージセンサー１１１にて生成された映像信号をＬ信号とＳ信号とを独立して取り扱うことが出来るように、イメージセンサー１１１にて連続的に生成されたＬ信号とＳ信号との時間軸を変換する（Ｖ０５）。さらに、Ｌ信号およびＳ信号をＬ信号画像およびＳ信号画像として画像処理部１１３内の記憶メモリに保存する（Ｖ０６）。
【００６５】
続いて、Ｌ信号画像から歯１０８と歯肉１０９との領域設定に用いる輝度値を抽出する（Ｖ０７）。次に、領域設定の閾値を算出する（Ｖ０８）。ここでは、閾値として、抽出された輝度値から飽和していないデータの平均をとる。
【００６６】
次に、各画素の輝度値と、領域設定の閾値とを比較する比較領域枠を設定する（Ｖ０９）。続いて、比較領域枠内で輝度値から飽和していないデータの平均（比較領域平均輝度値）をとる（Ｖ１０）。
【００６７】
次に、比較領域平均輝度値と領域設定の閾値とを比較する（Ｖ１１）。ここで、輝度値が閾値未満であれば歯肉１０９の領域と設定し（Ｖ１２）、閾値以上であれば歯１０８の領域と設定する（Ｖ１３）。
【００６８】
続いて、歯肉１０９の領域の露光時間を調整する（Ｖ１４）。通常、歯肉１０９の領域は、歯１０８の領域に比べて暗いため露光時間が長時間のＬ画像を露光時間調整に用いる。
【００６９】
次に、露光時間を変化させＬ信号画像を取り込む（Ｖ１５）。そして、Ｌ信号画像の歯肉１０９の領域の輝度レベルが飽和するまで露光時間を遅くし、露光時間を最適化する（Ｖ１６）。ここでは、輝度レベルが飽和していないことを前提に処理しているが、逆の場合は露光時間を速めながら調整する。
【００７０】
次に、輝度レベルが飽和した段階で、露光時間を飽和する直前のレベルに戻し、歯肉１０９の領域の露光時間を確定する（Ｖ１７）。同時に、歯肉１０９の領域露光時間（ＧＶ）を記録する（Ｖ１８）。
【００７１】
同様に、歯１０８の領域の露光時間を調整と歯１０８の領域露光時間（ＤＶ）の記録を行なう（Ｖ１９〜Ｖ２３）。ただし、歯１０８の領域は、歯肉１０９の領域に比べて明るいため、露光時間が短時間のＳ画像を露光時間調整に用いる。
【００７２】
以上のＶ０１〜Ｖ２４のフローを実施することによって、露光時間の設定が完了する（Ｖ２４）。
なお、実施の形態２を用いれば、露光時間の条件設定を高速化することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
口腔内測定方法および装置は、表面反射率の異なる歯および歯肉を正確に形状計測する効果を有し、その他表面反射率の異なる歯科用補綴物の適合性を患者の口腔内で直接計測する用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施の形態１における口腔内撮影および画像計測のフロー図。
【図２】空間コード化法で用いられるグレイパターンの一例を示した図。
【図３】本発明の実施の形態１におけるオーラルスキャナーの構成概略図。
【図４】本発明の実施の形態１における最適な露光時間設定の処理フロー図。
【図５】本発明の実施の形態１における歯の領域と歯肉の領域の各画像の画像合成処理のフロー図。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１における歯および歯肉の領域分割の説明図。
【図７】従来の撮像フロー（ａ），（ｂ）と本発明の実施の形態１（ｃ）における撮像フローとによって撮像処理された画像の比較図。
【図８】本発明の実施の形態２における最適な露光時間設定の処理フロー図。
【符号の説明】
【００７５】
１ オーラルスキャナー（口腔内測定装置）
１０１ 外装ケース
１０２ 光源（投光部）
１０３ 集光レンズ
１０４ パターンマスク
１０５ ビームスプリッター
１０６ 絞り
１０７ 対物集光レンズ
１０８ 歯
１０９ 歯肉
１１０ 撮像レンズ
１１１ イメージセンサー（撮像部）
１１２ 転送ケーブル
１１３ 画像処理部（画像合成部）
１１４ 露光時間制御部
１１５ データ分離部
１１６ 露光時間算出部
１１７ 露光時間調整部
１１８ 三次元演算部
１２０ 外部機器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
口腔内を測定対象とする口腔内測定方法であって、
コード化された縞パターンを投影する投光工程と、
前記縞パターンが投影された領域を二次元静止画像として取り込む撮像工程と、
前記撮像工程において前記二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御する露光時間制御工程と、
少なくとも２つの異なる前記露光時間によって取り込んだ前記二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する画像合成工程と、
前記合成二次元静止画像に基づいて前記口腔内の三次元座標を演算する三次元演算工程と、
を備えている、口腔内測定方法。
【請求項２】
前記露光時間制御工程は、前記口腔内における歯および歯肉のそれぞれの領域が前記撮像工程によって最適に取り込まれるように前記露光時間を制御する、
請求項１に記載の口腔内測定方法。
【請求項３】
前記露光時間制御工程は、
前記撮像工程において得られる映像信号から信号データを分離するデータ分離工程と、
前記信号データに基づいて前記二次元静止画像における飽和限界の前記露光時間を算出する露光時間算出工程と、
前記露光時間算出工程において算出された前記露光時間に基づいて、前記露光時間を調整する露光時間調整工程と、
を有している、請求項１または２に記載の口腔内測定方法。
【請求項４】
前記露光時間制御工程は、輝度情報に基づいて前記歯の領域および前記歯肉の領域の設定を行う、
請求項１から３のいずれか１項に記載の口腔内測定方法。
【請求項５】
口腔内を測定対象とする口腔内測定装置であって、
コード化された縞パターンを投影する投光部と、
前記縞パターンが投影された領域を二次元静止画像として取り込む撮像部と、
前記撮像部が前記二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御する露光時間制御部と、
少なくとも２つの異なる前記露光時間によって取り込んだ前記二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する画像合成部と、
前記合成二次元静止画像に基づいて前記口腔内の三次元座標を演算する三次元演算部と、
を備えている、口腔内測定装置。
【請求項６】
前記露光時間制御部は、前記口腔内における歯および歯肉のそれぞれの領域が前記撮像部によって最適に取り込まれるように前記露光時間を制御する、
請求項５に記載の口腔内測定装置。
【請求項７】
前記露光時間制御部は、
前記撮像部において得られる映像信号から信号データを分離するデータ分離部と、
前記信号データに基づいて前記二次元静止画像における飽和限界の前記露光時間を算出する露光時間算出部と、
前記露光時間算出部において算出された前記露光時間に基づいて、前記露光時間を調整する露光時間調整部と、
を有している、請求項５または６に記載の口腔内測定装置。
【請求項８】
前記露光時間制御部は、輝度情報を基に、前記歯の領域および前記歯肉の領域の設定を行う、
請求項５から７のいずれか１項に記載の口腔内測定装置。
【請求項１】
口腔内を測定対象とする口腔内測定方法であって、
コード化された縞パターンを投影する投光工程と、
前記縞パターンが投影された領域を二次元静止画像として取り込む撮像工程と、
前記撮像工程において前記二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御する露光時間制御工程と、
少なくとも２つの異なる前記露光時間によって取り込んだ前記二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する画像合成工程と、
前記合成二次元静止画像に基づいて前記口腔内の三次元座標を演算する三次元演算工程と、
を備えている、口腔内測定方法。
【請求項２】
前記露光時間制御工程は、前記口腔内における歯および歯肉のそれぞれの領域が前記撮像工程によって最適に取り込まれるように前記露光時間を制御する、
請求項１に記載の口腔内測定方法。
【請求項３】
前記露光時間制御工程は、
前記撮像工程において得られる映像信号から信号データを分離するデータ分離工程と、
前記信号データに基づいて前記二次元静止画像における飽和限界の前記露光時間を算出する露光時間算出工程と、
前記露光時間算出工程において算出された前記露光時間に基づいて、前記露光時間を調整する露光時間調整工程と、
を有している、請求項１または２に記載の口腔内測定方法。
【請求項４】
前記露光時間制御工程は、輝度情報に基づいて前記歯の領域および前記歯肉の領域の設定を行う、
請求項１から３のいずれか１項に記載の口腔内測定方法。
【請求項５】
口腔内を測定対象とする口腔内測定装置であって、
コード化された縞パターンを投影する投光部と、
前記縞パターンが投影された領域を二次元静止画像として取り込む撮像部と、
前記撮像部が前記二次元静止画像を最適に取り込めるように露光時間を制御する露光時間制御部と、
少なくとも２つの異なる前記露光時間によって取り込んだ前記二次元静止画像を合成して、合成二次元静止画像を生成する画像合成部と、
前記合成二次元静止画像に基づいて前記口腔内の三次元座標を演算する三次元演算部と、
を備えている、口腔内測定装置。
【請求項６】
前記露光時間制御部は、前記口腔内における歯および歯肉のそれぞれの領域が前記撮像部によって最適に取り込まれるように前記露光時間を制御する、
請求項５に記載の口腔内測定装置。
【請求項７】
前記露光時間制御部は、
前記撮像部において得られる映像信号から信号データを分離するデータ分離部と、
前記信号データに基づいて前記二次元静止画像における飽和限界の前記露光時間を算出する露光時間算出部と、
前記露光時間算出部において算出された前記露光時間に基づいて、前記露光時間を調整する露光時間調整部と、
を有している、請求項５または６に記載の口腔内測定装置。
【請求項８】
前記露光時間制御部は、輝度情報を基に、前記歯の領域および前記歯肉の領域の設定を行う、
請求項５から７のいずれか１項に記載の口腔内測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１６５５５８（Ｐ２００９−１６５５５８Ａ）
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４９０４（Ｐ２００８−４９０４）
【出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１１日（２００８．１．１１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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