Brevet FR2685477A1 — publié le 19930625

1. PROCEDE ET DISPOSITIF DE DETERMINATION DE LA COULEUR D'UN OBJET TRANSLUCIDE, TEL QU'UNE DENT L'invention concerne un procédé et un disposi- tif de détermination de la couleur d'un objet, en parti- culier d'un objet translucide tel qu'une dent en bouche, à partir de la réflectance de cet objet éclairé par une source lumineuse polychromatique. Les procédés actuels de détermination de la couleur d'un objet sont basés sur la mesure de la réflec- tance spectrale de l'objet éclairé par une source de lu- mière polychromatique et sur la détermination des compo- santes trichromatiques X, Y, Z ou L*, a*, b* pour des illuminants déterminés. On obtient cependant des résultats qui ne sont en général pas satisfaisants lorsqu'on applique ces pro- cédés à la détermination de la couleur d'un objet trans- lucide, ce qui est le cas d'une dent en bouche. La restitution d'une couleur au moyen des com- posantes trichromatiques est par principe peu fiable aux longueurs d'onde qui correspondent aux transitions entre les couleurs primaires, c'est-à-dire au voisinage des longueurs d'onde des intersections des courbes des coef- ficients de distribution x -Z de l'observateur de réfé- rence calorimétrique C I E c'est en effet à ces lon- gueurs d'onde que l'oeil humain perçoit les plus grandes différences de teinte pour une variation donnée de la longueur d'onde. Les dents présentent de plus des dispersions de teintes importantes au voisinage de ces longueurs d'onde, ce qui explique déjà les mauvais résultats des procédés connus Le caractère translucide des dents est un facteur supplémentaire d'erreur, car des dents appa- remment très blanches peuvent avoir un coefficient de ré- flexion de la lumière deux fois plus faible que des dents de teinte plus jaune ou plus marron, ce qui modifie la réflectance spectrale et amène à des conclusions erro- nées. L'invention a pour objet un procédé et un dis- positif permettant de déterminer de façon sûre la couleur d'une dent en tenant compte de sa transparence ou trans- lucidité, notamment en vue de la fabrication d'une pro-5 thèse dentaire de même couleur. L'invention a également pour objet, de façon plus générale, un procédé et un dispositif permettant de déterminer sans risque d'erreurs la couleur d'un objet translucide.10 L'invention propose, à cet effet, un procédé de détermination de la couleur d'un objet translucide, tel par exemple qu'une dent en bouche, à partir de la ré- flectance de cet objet éclairé par une source lumineuse polychromatique, caractérisé en ce qu'il consiste à mesu- rer la réflectance de l'objet à des longueurs d'onde cor- respondant essentiellement aux maxima de sensibilité de l'oeil humain en teinte et en saturation, et à déduire de ces mesures de réflectance un indicateur de restitution de transparence de l'objet, ainsi qu'un coefficient de saturation de la couleur de l'objet vue par l'oeil humain et les pigmentations de cette couleur par rapport au blanc dans des intervalles prédéterminés de longueurs d'onde. L'invention n'est donc pas basée sur la déter- mination des composantes trichromatiques de la couleur de l'objet pour un ou plusieurs illuminants déterminés, mais sur la détermination de la saturation de la couleur de l'objet, vue par l'oeil humain et en tenant compte de la transparence de l'objet, et des pigmentations de cette couleur par rapport au blanc. L'indicateur de restitution de transparence de l'objet est obtenu par détermination de la luminance d'un objet blanc incluse dans la luminance de l'objet éclairé par un illuminant déterminé On en déduit le pourcentage de saturation de la couleur de l'objet par le rapport de cette luminance incluse et de la luminance totale de l'objet, vues par l'oeil humain. Les pigmentations de la couleur de l'objet sont définies par les différences de sa luminance et de la luminance incluse d'un objet blanc, vues par l'oeil humain pour un illuminant déterminé, sur des intervalles déterminés de longueurs d'onde. On peut ainsi, dans le cas des dents, détermi- ner la pigmentation jaune ou jaune-rouge d'une dent et sa pigmentation bleu-vert pour un illuminant déterminé, qui est alors de préférence l'éclairement diffus normalisé de la lumière solaire. Toujours dans le cas des dents, les mesures de réflectance sont réalisées à des longueurs d'onde sensi- blement égales à 440, 495, 520, 577 et 600 nm. Les longueurs d'onde de 495 et 600 nm corres- pondent aux maxima de sensibilité de l'oeil en teinte, et la longueur d'onde de 577 nm correspond au maximum de sensibilité de l'oeil en saturation. Pour la détermination de la couleur à donner à une prothèse dentaire, le procédé selon l'invention consiste également à comparer la couleur ainsi déterminée de la dent à des couleurs connues d'un teintier, en com- parant d'abord le pourcentage de saturation de la couleur de la dent au pourcentage de saturation correspondant des couleurs du teintier, puis les pigmentations de la cou- leur de la dent aux pigmentations correspondantes des couleurs du teintier. On compare ensuite la luminance d'un objet blanc incluse dans la luminance de la dent aux luminances d'un objet blanc incluses dans les luminances des cou- leurs du teintier. Ces dispositions sont bien entendu applicables à la détermination des couleurs d'objets translucides autresque des dents. L'invention propose également un dispositif de détermination de la couleur d'un objet translucide, tel par exemple qu'une dent en bouche, ce dispositif compre- nant une source lumineuse polychromatique associée à un système optique pour l'éclairage de l'objet, un système optique de reprise de la lumière diffusée par l'objet, un spectromètre recevant cette lumière, des photodétecteurs agencés en sortie du spectromètre et un convertisseur analogique-numérique reliant les photodétecteurs à un système de traitement de l'information tel qu'un micro- ordinateur, ce dispositif étant caractérisé en ce que le spectromètre et les photodétecteurs sont destinés à dé- tecter la réflectance de l'objet à des longueurs d'onde correspondant essentiellement aux maxima de sensibilité de l'oeil humain en teinte et en saturation, et en ce que le système de traitement de l'information est programmé pour déterminer, à partir de ces mesures de réflectance, un indicateur de restitution de transparence de l'objet ainsi qu'un pourcentage de saturation de la couleur de l'objet vue par l'oeil humain, et les pigmentations de cette couleur par rapport au blanc dans des intervalles prédéterminés de longueurs d'onde. Le spectromètre et les photodétecteurs sont destinés à détecter la réflectance de l'objet à des lon- gueurs d'onde sensiblement égales à 495, 577 et 600 nm, ainsi qu'à 440 et 520 nm en particulier dans le cas des dents. Le système de traitement de l'information est programmé pour déterminer le coefficient de saturation et les pigmentations de la couleur de l'objet par rapport au blanc pour un illuminant standard déterminé, tel que l'éclairement diffus normalisé de la lumière solaire dans le cas des dents. Des valeurs de pourcentages de saturation, de pigmentations et de luminances de blanc des couleurs d'un teintier, mesurées dans les mêmes conditions que la cou- leur de l'objet, sont enregistrées dans une mémoire du système de traitement de l'information, celui-ci étant programmé pour comparer séquentiellement et dans l'ordre le coefficient de saturation de la couleur de l'objet aux coefficients de saturation enregistrés dans la mémoire, puis les pigmentations et enfin les luminances de blanc, afin de déterminer la couleur du teintier qui est la plus proche de la couleur de l'objet, ou les pigments à ajou- ter à une couleur déterminée pour obtenir la couleur d'un objet. Dans le cas des dents, on détermine ainsi la couleur à donner à une prothèse dentaire pour que celle- ci, bien que non translucide, ait une couleur sensible- ment identique à celle d'une dent adjacente dans la bouche du patient. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci appa- raitront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux des- sins annexés dans lesquels: la figure 1 est un graphe représentant la courbe de variation de l'efficacité relative de l'oeil humain en fonction de la longueur d'onde; la figure 2 est un graphe représentant schéma- tiquement une courbe de variation de la réflectance d'une dent vue par l'oeil humain en fonction de la longueur d'onde; la figure 3 est un graphe représentant schéma- tiquement la variation de la luminance d'une dent éclai- rée par un illuminant standard et vue par l'oeil humain, en fonction de la longueur d'onde, la figure 4 est un organigramme représentant schématiquement les opérations essentielles du procédé selon l'invention; la figure 5 représente schématiquement les composants essentiels, sous forme de schéma-blocs, d'un dispositif selon l'invention. La figure 1 représente schématiquement la courbe de variation de l'efficacité relative de l'oeil humain en fonction de la longueur d'onde, cette effica- cité relative étant nulle en dehors de l'intervalle 400- 700 nm et maximale pour la longueur d'onde de 555 nm. Lorsqu'un objet coloré éclairé par une lumière polychromatique est vu par l'oeil humain, la courbe de sa réflectance spectrale diffuse est modifiée par l'efficacité relative de l'oeil humain, et l'on obtient une courbe qui est du type de celle représentée en figure 2 (dans le cas d'une dent) o p(X) est la réflectance de la dent et y(X) est l'efficacité relative de l'oeil hu- main. Lorsque la dent (ou l'objet) est éclairée par un illuminant tel que l'éclairement diffus normalisé D(X) de la lumière solaire, la variation de sa luminance vue par l'oeil humain, soit la quantité p(X) y(k) D(X) est re- présentée en fonction de la longueur d'onde par la courbe L de la figure 3 Dans cette figure, la courbe B (X) correspond à la luminance de blanc incluse dans la lumi- nance de l'objet observé et vue par l'oeil humain, et les différences entre les deux courbes L et B(X) permettent conformément à l'invention de déterminer les pigmenta- tions par rapport au blanc de la couleur de la dent ou de l'objet observé, comme cela sera décrit plus en détail ci-dessous. On a représenté en figure 4 les principales opérations du procédé selon l'invention, dans le cas de la détermination de la couleur d'une dent. La première étape, indiquée en 10, consiste à mesurer la réflectance p(X) d'une dent éclairée par une lumière polychromatique quelconque qui peut être par exemple sensiblement équi-énergétique Les mesures de cette réflectance sont faites pour quelques valeurs de longueurs d'onde bien déterminées, qui sont de 440, 495, 520, 577 et 600 nm Les longueurs d'onde de 495 et 600 nm correspondent aux maxima de sensibilité en teinte de l'oeil humain La longueur d'onde de 577 mn correspond au maximum de cette sensibilité en saturation La longueur d'onde de 440 nm est celle o l'on constate les plus grandes différences de teintes sur les dents La longueur d'onde de 520 nm correspond sensiblement à l'intersection10 des courbes des coefficients x et Z de l'observateur de référence calorimétrique C I E, la valeur de 495 nm cor- respondant par ailleurs à l'intersection des courbes des coefficients 7 et Y et celle de 577 nm correspondant ap- proximativement à l'intersection des courbes des coeffi- cients x et y. A partir de ces cinq mesures de réflectance, on détermine, dans l'étape 12, la luminance d'un objet blanc qui est incluse dans la luminance de la dent Cette luminance de blanc, notée B, est obtenue par le minimum du produit p(X) D(l), D(X) étant l'éclairement diffus nor- malisé de la lumière solaire Cet éclairement est choisi de préférence à un autre illuminant standard, du fait que l'on a tendance à privilégier la lumière du jour pour la détermination de la couleur d'une prothèse dentaire, et25 que les surfaces visibles des dents en bouche sont ap- proximativement verticales et sont éclairées par la lu- mière solaire diffuse, et non par la lumière solaire di- recte. Lorsque le procédé selon l'invention est ap- pliqué à la détermination de la couleur d'un objet trans- lucide horizontal, on peut utiliser comme illuminant standard l'éclairement direct normalisé de la lumière so- laire. L'importance relative de la luminance de blanc incluse dans la luminance totale de la dent correspond à un facteur de restitution de transparence de cette dent, qui va varier en fonction du coefficient de réflexion de la dent. L'étape suivant 14 du procédé consiste à dé- terminer le coefficient de la saturation de la couleur de la dent vue par l'oeil humain, ce coefficient de satura- tion étant obtenu à partir du rapport de la luminance de blanc B et de la luminance totale L de la dent, par la formule suivante: s = B Sy(X) d X L avec L = | LX d X = | p(X) y(X) D(X) d X LX étant la luminance effective vue par l'oeil à une longueur d'onde donnée. L'étape suivante 16 du procédé selon l'invention consiste à déterminer la pigmentation jaune, ou jaune-rouge, de la couleur de la dent par rapport au blanc, vue par l'oeil humain On utilise pour cela la formule: J = min l LX B y(X) la longueur d'onde étant comprise entre 550 et 650 nm environ. Cette pigmentation correspond au minimum de la différence entre les parties droites des courbes L et B(X) de la figure 3. On détermine également, comme indiqué en 18, la pigmentation bleu-vert de la dent par rapport au blanc, cette pigmentation P étant donnée par la formule suivante: P =lLX B y(X) l d X avec X compris entre 400 et 550 nm environ. Cette pigmentation correspond à la différence entre les parties gauches des courbes L et B(X) de la f i- gure 3. Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre au moyen d'un dispositif tel que celui représenté en fi- gure 5, qui comprend une source 20 de lumière polychroma- tique associée à un système optique 22 pour l'éclairage d'un objet 24 tel qu'une dent en bouche La lumière dif- fusée par la surface de l'objet 24 est reprise par un système optique 26 et transmise à un spectromètre 28 à la sortie duquel sont placés des photodétecteurs 30, tels par exemple qu'une ou des barrettes de photodiodes au si- licium. Des circuits d'amplification 32 relient les sorties des photodétecteurs 30 à un convertisseur analo- gique-numérique 34, dont la sortie est reliée à une en- trée d'un système 36 de traitement de l'information, du type micro-ordinateur par exemple, comprenant un micro- processeur 38 associé à des mémoires 40 et à une unité périphérique de sortie 42 telle qu'une imprimante et/ou un écran de visualisation. De façon classique, les mesures de réflectance sur des objets 24 ou des dents sont effectuées en alter- nance avec des mesures de calibrage réalisées sur un échantillon de référence, tel qu'une céramique de réflec- tance spectrale étalonnée On obtient alors la réflec- tance p(X) de l'objet ou de la dent par la formule sui- vante: P(X) = Pm(X) * r(X)/rm(X) avec Pm(X) = réflectance mesurée de l'objet ou de la dent r(X) = réflectance de l'échantillon rm(X)= réflectance mesurée de l'échan- tillon. Une des mémoires 40 du système 36 de traite- ment de l'information contient un logiciel ou un pro- gramme dont l'organigramme est représenté en figure 4, pour effectuer les mesures des réflectances de l'objet ou de la dent aux cinq longueurs d'onde précitées, et calcu- 1 er les quantités B, s, J et P. Dans le cas de la détermination de la couleur à donner à une prothèse dentaire, on a également enregis- tré dans une mémoire 40 du système 36 de traitement de l'information des valeurs de ces quantités B, s, J et P mesurées dans les mêmes conditions sur les échantillons de couleurs d'un teintier fourni par un fabricant. Le logiciel ou programme enregistré dans les mémoires du système de traitement de l'information permet alors de déterminer la couleur du teintier qui sera la10 plus proche de celle de la dent, en comparant successive- ment et dans l'ordre, les quantités s, puis J et P, puis B qui ont été mesurées pour la dent à celles qui ont été mesurées sur les couleurs du teintier. L'invention est applicable à la détermination des couleurs d'objets translucides autres que des dents, soit sans modification, soit en modifiant éventuellement la valeur d'une ou de deux longueurs d'onde auxquelles on mesure la réflectance, l'illuminant standard pour lequel on détermine le pourcentage de saturation et les pigmen- tations de la couleur par rapport au blanc, et les inter- valles de longueurs d'onde sur lesquels on détermine les pigmentations Ces modifications sont à la portée de l'homme du métier, en fonction des natures des objets translucides et de leurs couleurs. il REVENDICATIONS 1 Procédé de détermination de la couleur d'un objet translucide, tel par exemple qu'une dent en bouche, à partir de la réflectance de cet objet éclairé par une source de lumière polychromatique, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer la réflectance de l'objet à des longueurs d'onde correspondant essentiellement aux maxima de sensibilité de l'oeil humain en teinte et en satura- tion, et à déduire de ces mesures de réflectance un indi- cateur de restitution de transparence de l'objet, ainsi qu'un coefficient de saturation de la couleur de l'objet vue par l'oeil humain et les pigmentations de cette cou- leur par rapport au blanc dans des intervalles prédéter- minés de longueurs d'onde. 2 Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il consiste à déterminer la luminance d'un objet blanc incluse dans la luminance de l'objet éclairé par un illuminant déterminé et à en déduire le pourcen- tage de saturation de cette couleur par le rapport de cette luminance incluse et de la luminance totale de l'objet, vues par l'oeil humain. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, ca- ractérisé en ce qu'il consiste à déterminer les pigmenta- tions de la couleur de l'objet par les différences de sa luminance et de la luminance incluse d'un objet blanc, vues par l'oeil humain pour un illuminant déterminé, sur des intervalles déterminés de longueurs d'onde. 4 Procédé selon la revendication 2 ou 3, ca- ractérisé en ce que cet illuminant est l'éclairement dif- fus normalisé de la lumière solaire, en particulier lorsque l'objet est une dent en bouche. Procédé selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer la réflectance de l'objet à des longueurs d'onde sensible- ment égales à 440, 495, 520, 577 et 600 nm. 6 Procédé selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à déterminer les pigmentations de la couleur de l'objet par rapport au blanc dans des intervalles de longueurs d'onde compris respectivement entre environ 400 et 550 nm et entre envi- ron 550 et 650 nm. 7 Procédé selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à comparer la couleur ainsi déterminée de l'objet à des couleurs connues d'un teintier, en comparant d'abord le pourcen- tage de saturation de la couleur de l'objet aux pourcen- tage de saturation correspondants des couleurs du tein- tier, puis les pigmentations de la couleur de l'objet aux pigmentations correspondantes des couleurs du teintier, puis la luminance d'un objet blanc incluse dans la lumi- nance de l'objet aux luminances d'un objet blanc incluses dans les luminances des couleurs du teintier. 8 Dispositif de détermination de la couleur d'un objet translucide, tel par exemple qu'une dent en bouche, comprenant une source ( 20) de lumière polychroma- tique associée à un système optique ( 22) pour l'éclairage de l'objet ( 24), un système optique ( 26) de reprise de la lumière diffusée par l'objet, un spectromètre ( 28) rece- vant cette lumière, des photodétecteurs ( 30) agencés en sortie du spectromètre, et un convertisseur analogique- numérique ( 34) reliant les photodétecteurs à un système ( 36) de traitement de l'information tel qu'un micro-ordi- nateur, caractérisé en ce que le spectromètre et les pho- todétecteurs sont destinés à détecter la réflectance de l'objet ( 24) à des longueurs d'onde correspondant essen- tiellement aux maxima de sensibilité de l'oeil humain en teinte et en saturation, et en que le système ( 36) de traitement de l'information est programmé pour détermi- ner, à partir de ces mesures de réflectance, un indica- teur de restitution de transparence de l'objet ( 24) ainsi qu'un pourcentage de saturation de sa couleur vue par l'oeil humain et les pigmentations de cette couleur par rapport au blanc dans des intervalles prédéterminés de longueurs d'onde. 9 Dispositif selon la revendication 8, carac- térisé en ce que le spectromètre ( 28) et les photodétec- teurs ( 30) sont destinés à détecter la réflectance de l'objet ( 24) à des longueurs d'onde sensiblement égales à 440, 495, 520, 577 et 600 nm. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le système ( 36) de traitement de l'information est programmé pour déterminer le pourcen- tage de saturation de la couleur de l'objet et les pig- mentations de cette couleur par rapport au blanc pour un illuminant standard déterminé, tel que l'éclairement dif- fus normalisé de la lumière solaire. 11 Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que des valeurs de pourcentage de saturation, de pigmentation et de luminance de blanc des couleurs d'un teintier, mesurées dans les mêmes conditions que la couleur de l'objet, sont enregistrées dans une mémoire ( 40) du système de traitement de l'information, celui-ci étant programmé pour comparer sé- quentiellement et dans l'ordre le pourcentage de satura- tion de la couleur de l'objet aux pourcentages de satura- tion des couleurs du teintier enregistrés dans la mé- moire, puis les pigmentations et enfin les luminances de blanc, afin de déterminer la couleur du teintier qui est la plus proche de la couleur de l'objet, ou les pigments à ajouter à une couleur déterminée pour obtenir la cou- leur de l'objet.