(57)【要約】本発明は、個別データセットを統合することによって、少なくとも１つの特徴を決定すべく、物体の少なくとも１つの部分の全データセットを生成するための方法であって、個別データセットは、物体に相対して動く光学センサおよび画像処理装置によって決定され、物体の連続的な画像の個別データセットは、該個別データセットの統合のために適合される冗長データを含んでなる方法に関する。物体のスキャンの際に得られたデータの量が、十分であって、最適な評価がなされることができるが、余りに多いデータ量を処理することがないように、光学センサと物体との間の相対運動の大きさに従って、単位時間当たりに決定された個別データセットを変化させることが提案される。【選択図】      図３
2013500463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
個別データセットを統合することによって、少なくとも１つの特徴、例えば形状および位置を決定すべく、物体、例えば顎領域の少なくとも１つの部分の全データセットを生成するための方法であって、前記個別データセットは、前記物体に相対して動く光学センサ、例えば３Ｄカメラおよび画像処理装置によって決定され、前記物体の連続的な画像の個別データセットは、該個別データセットの統合のために適合される冗長データを含んでなる方法において、
前記光学センサと前記物体との間の相対運動の大きさに従って、単位時間当たりに決定された個別データセットを変化させることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記個別データセットを不連続的に決定することを特徴とする請求項１に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項３】
単位時間当たりの前記個別データセットの数を閉ループ制御および／または開ループ制御によって変化させることを特徴とする請求項１または２に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項４】
連続的なデータセットの前記冗長データの数に従って、単位時間当たりに決定される個別データセットを閉ループ制御させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項５】
前記物体と前記光学センサとの間の相対運動に従って、前記決定される個別データセットの数を開ループ制御することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項６】
単位時間当たりの前記個別データセットの数の、前記光学センサと、前記物体との間の相対運動への依存に追加して、前記物体の動きを考慮することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項７】
前記物体の動きを、慣性プラットフォームによって決定することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項８】
前記物体と前記光学センサとの間の相対運動を、少なくとも１つの加速度センサおよび／または少なくとも１つの回転センサによって決定することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項９】
前記物体と前記光学センサとの間の相対運動を、少なくとも１つの慣性プラットフォームによって決定することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項１０】
特に、回転運動によってなされる相対運動の際の、前記決定される個別データセットの数を、前記光学センサと、前記測定される物体と、前記物体の部分との間の距離に従って変化させることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項１１】
前記光学センサによって記録された２つの連続的な画像の重なり領域のデータは、冗漫なデータであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項１２】
前記物体を、３Ｄカメラのような光学センサの、ＣＣＤチップのようなチップ上に結像させ、かつ、該チップを、前記光学センサと前記物体との間の相対運動に従って読み出すことを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項１３】
前記チップのフレームレートを、前記センサと前記物体との間の相対速度に従って開ループ制御することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項１４】
前記チップのフレームレートを、前記チップによって記録されかつ連続する複数の画像の重なり領域に従って、閉ループ制御することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項１５】
前記光学センサを、前記物体から間隔ａをあけて動かし、但し、２ｍｍ≦ａ≦２０ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項１６】
前記光学センサを、基本的に１０ｍｍ×１０ｍｍの測定領域が生じるように、前記物体に対し位置決めすることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個別データセットを統合することによって、少なくとも１つの特徴、例えば形状および位置を決定すべく、物体、例えば顎領域の少なくとも１つの部分の全データセットを生成するための方法であって、個別データセットは、物体に相対して動く光学センサ、例えば３Ｄカメラおよび画像処理装置によって決定され、物体の連続的な画像の個別データセットは、該個別データセットの統合のために適合される冗長データを含んでなる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
顎領域を口腔内でスキャンすることによって、ＣＡＤ／ＣＡＭ法で義歯を製造することができるための基礎となる３Ｄデータを生成することができる。しかしながら、歯を口腔内でスキャンする際には、１本の歯または顎部分の、目に見える部分領域は、３Ｄデータが測定される対象であって、通常は、全体の歯または顎よりも遥かに小さい。それ故に、複数の画像、または該画像から派生したデータを纏めて、歯または顎部分の全データセットを形成する必要性が存するのである。
【０００３】
通常は、３Ｄカメラのような光学センサは、手動で操作される。その目的は、顎の関連領域を連続的に検出し、次に、画像処理装置によって、個別画像から、３Ｄデータを生成し、続いて、該３Ｄデータから全データセットを作成するためである。手動によって動きがなされるので、センサの迅速な移動の際に、十分なデータが使用されることは、保証されない。動きが余りに緩慢なときは、物体の所定の領域に余りに大きな冗長データが生じる。この場合、冗長データは、連続する画像の重なりから生じるデータである。すなわち、冗長データは、重なり領域から作成されるデータである。
【０００４】
このようなリスクを排除するためには、迅速な動きの場合でも個別データセットの十分な重なり度を有する十分なデータを得るための、高い一定のフレームレートが必要である。高いフレームレートの結果は、高い帯域幅および大容量を有する高価な電子機器である。
【０００５】
特許文献１からは、２Ｄ点群から決定されてなる３Ｄデータセットを決定するための方法が読み取れる。この目的のために、歯のような物体がスキャンされる。フレームレートは、記録を行なうために用いられるスキャナの速度に依存している。
【０００６】
特許文献２は、口腔内空洞をスキャンするための方法に関する。ここでは、スキャン装置と、測定される領域との間の距離は、データセットの評価のために考慮される。
【０００７】
特許文献３の主題は、物体を３次元的に無接触でスキャンするための方法および装置である。表面の３Ｄデータを得るために、複数の個別画像が重なり合う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】US-A-2006/0093206
【特許文献２】US-A-2006/0212260
【特許文献３】US-B-6,542,249
【発明の概要】
【０００９】
本発明の課題は、明細書の最初の部分に記載のタイプの方法を、物体のスキャンの際に得られたデータの量が、十分であって、最適な評価がなされることができるのであるが、高い帯域幅および大容量を有する高価な電子機器をもたらす余りに多いデータ量を処理することがないように、改善することである。
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、光学センサと物体との間の相対運動の大きさに従って、単位時間当たりに決定された個別データセットを変化させることを実質的に意図する。
【００１１】
本発明によれば、データ収集速度を光学センサと物体との間の相対運動に従って変化させることが意図されている。個別データセットは、不連続的に決定される。このことは、フレームレートが、スキャンプロセス中に、一定でなく、パラメータに依存していることを意味する。パラメータ依存は、ここでは、例えば、物体と光学センサとの間の相対速度および／またはセンサと、測定される物体との距離および／または２つの連続的な画像の重なり度が考慮されることを意味する。
【００１２】
特に意図されているのは、連続するデータセットの冗長データの数に従って、単位時間あたりに決定される個別データセットの数が閉ループ制御されることである。しかしながら、物体と光学センサとの間の相対速度に従って、決定される個別データの数が開ループ制御される可能性もある。
【００１３】
しかしながら、連続的に高いデータ転送速度による収集後に、高い重なり度を有する冗長データを登録プロセス中に省略するという考えも、本発明から排除されない。しかし、このことによって、データ収集中の高帯域幅の問題は、完全には解決されない。
【００１４】
従って、本発明により特に意図されているのは、２つのまたはそれより多い連続的なデータセットからはじめて、重なり度を計算することができる故に、データ収集速度の、後で生じる変化が、なされないことであり、データ収集速度の、後で生じる変化は、リアルタイムの登録プロセス中の実際の重なり度による開ループ制御に当てはまる。
【００１５】
単位時間当たりの個別データセットの数の依存は、光学センサと物体との間の相対運動に依存しているので、センサの動きに加えて、物体の動きも考慮される。この場合、物体の動きを、慣性プラットフォームまたは適切な加速度センサによって、決定することができる。この措置によって、センサと物体の間の相対運動および物体自体の動きを決定することができ、必要な場合には、データ収集速度を適合させることができる。
【００１６】
本発明の実施の形態では、相対運動が回転運動によってなされるときは、決定される個別データセットの数を、光学センサと、測定される物体または物体の部分との間の距離に応じて変化させることが意図されている。
【００１７】
特に、方法は、ＣＣＤチップのようなチップを有する３Ｄカメラによって実行される。該チップは、読み出され、次に、データは、画像処理装置によって評価される。この場合、チップは、光学センサと物体との間の相対運動に従って、読み出される。特には、チップのフレームレートは、センサと物体との間の相対速度に従って開ループ制御される。しかしながら、チップのフレームレートが、該チップによって記録されたかつ連続する画像の重なり領域に従って閉ループ制御される可能性もある。
【００１８】
光学センサと、測定される物体との間の距離は、２ｍｍと２０ｍｍの間にあるほうがよい。更に、間隔を、測定領域が１０ｍｍ×１０ｍｍであるように、取るほうがよい。
【００１９】
本発明に係わる教示に基づいて、３Ｄカメラのような光学センサの実際の動きから、データ収集速度を不連続的に最適に定める。その目的は、記憶装置および帯域幅への要求が最小限である際に、最善の登録結果、すなわち適合結果を達成するためである。
【００２０】
個別データセット同士を、適切なソフトウェアによって適合させ、すなわち登録し、次に、全データセットを生成する。この全データセットは、歯科用途の際には、顎領域の形状および位置を表わしている。顎領域には、義歯を装着することが意図され、かつ、顎領域は、例えばＣＡＤ／ＣＡＭ法で義歯を製造するための基礎となる。
【００２１】
収集カメラのような光学センサの縦軸に対する回転の、すなわち回転運動の制御は、特に重要かつ有利であると見なされる。何故ならば、速い回転速度が、比較的迅速に達成されるからである。コスト最適化システムでは、この軸の検出を、他のすべての軸よりも優先するほうがよい。
【００２２】
回転の検出の際に、更に、検出される物体と、３Ｄカメラのような光学センサとの間の距離の測定は、有意義である。何故ならば、達成可能な重なり度は、該距離に依存しているからである。
【００２３】
このことは、カメラと、測定される物体のわずかな個別測定点のすべてまたは少数との間の距離に関するヒストグラム機能の評価によってなされる。
【００２４】
次に、物体距離を、有効な測定点の平均値と見なすことができる。次に、実際の回転速度と共に、必要なデータ収集速度を調整することができる。
【００２５】
以下、表を参照して、１０ｍｍ×１０ｍｍの測定領域を前提として、データ収集速度（Ｈｚ）を、並進速度または回転速度および必要な重なり度に従って、如何に変化させることができるかを説明する。
【００２６】
表１は、並進運動に関して、並進速度および必要な重なり度に従ったデータ収集速度（Ｈｚ）を示す。
【表１】
2013500463.tif 000003
【００２７】
表２は、回転速度に関して、回転速度、物体との距離および必要な重なり度に従ったデータ収集速度（Ｈｚ）を示す。
【表２】
2013500463.tif 000004
【００２８】
これらの表からは、物体を十分な程度に測定することができるように、例えば９０％の重なり度が、２つの連続的な画像の間で必要であると見なされるとき、並進速度が１ｍｍ／ｓｅｃである限り、１秒当たり１つの画像を記録せねばならないことが読み取れる。１ｍｍ／ｓｅｃより速い、例えば５０ｍｍ／ｓｅｃの速度および９９％の重なり度では、フレームレートは、５００／ｓｅｃであるだろう。
【００２９】
表２は、例えば、３０°／ｓｅｃの回転速度および９５％の重なり度の場合では、単位秒当たり２１の画像が取られねばならないことを示している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】並進運動の際の２つの画像の重なりを示す。
【図２】縦軸２２を中心とした光学センサ２０の回転が、各々の測定領域２４，２６に如何に影響を与えるかを模式的に示す。
【図３】本発明に係わる教示の原理を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
並進運動の際の２つの画像の重なりは、図１から読み取ることができる。測定領域１０と、該測定領域に重なる続きの第２の測定領域１２とが認められる。重なり領域には、参照符号１４が付されている。重なりは、並進運動および光学センサに基づいてなされる。これらの画像は、２つの、順次的な、従って順々に記録される測定領域である。
【００３２】
重なり度と、該重なり度に対応し、かつ、画像処理システムによって濃淡値のような画像の値から得られるデータとに従って、次に、画像記録、従ってまたデータ収集速度を変化させることができる。重なり領域を小さく選択すれば、データ収集速度を一層小さく調整することができる。この場合、本発明に係わる教示によれば、データ収集速度を、並進速度に従って制御することができる。
【００３３】
図２は、縦軸２２を中心とした光学センサ２０の回転によって、各々の測定領域２４，２６、すなわち、画像収集領域従ってまたデータ収集領域は、縦軸２２を中心とした回転に応じて変化される。物体を測定するために、同様に、チップにおける画像繰り返し速度（Bildwiederhohlrate）すなわちフレームレートを、重なり領域に従って変化させることが必要であって、重なりの度合いは、回転速度に依存している。回転速度が高ければ高いほど、重なり領域が一定であることが意図される限りは、フレームレートは一層高くなければならない。
【００３４】
図３からは、再度、本発明に係わる教示の原理が見て取れる。この図では、加速度度センサまたは慣性プラットフォームには、参照符号１が付されている。その目的は、物体、例えば歯または顎領域への３Ｄセンサまたはスキャナ２の動きを測定するためである。物体３が同様に動くときは、物体も、対応の加速度センサを有し、あるいは、該加速度センサに割り当てられているほうがよい。
【００３５】
スキャナ２は、画像記録センサ５を有し、該画像記録センサは、コンピュータ４に接続されている。前に説明したように、該コンピュータによって、センサ５の画像読み出し速度が閉ループ制御および／または開ループ制御される。実際また、コンピュータ４は、画像処理装置を有する。その目的は、センサ５によって記録された画像から、または個々のピクセルの内容から、全データセットの登録または決定のために必要になるデータを生成するためである。
【００３６】
測定領域またはデータ収集領域には、参照符号６が付されている。スキャナ２が並進運動されるとき、運動速度に応じて、複数の画像が、時間的にずれて記録される。個別画像または個別データセットの適合を可能にする冗長データを得るための重なりは、必要な範囲で、なされる。互いにずれて延びているデータ収集領域は、図から原理的に見て取れる。かくして、第１のデータ領域には、参照符号６が付され、第２のデータ領域には参照符号７が付されている。８の場合に応じて並進運動がなされるとき、第２のデータ領域は、画像６の手前で記録された。
【００３７】
図３からは、更に、運動が、矢印９によっても示されるように、矢印８の方向のみならず、ｘｙｚ座標系のいずれの方向にも、なされることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  加速度度センサ、慣性プラットフォーム
２  スキャナ
３  歯
４  コンピュータ
５  センサ
６  第１のデータ領域
７  第２のデータ領域
８  矢印
９  矢印
【図１】
2013500463.tif 000005
【図２】
2013500463.tif 000006
【図３】
2013500463.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成23年5月20日(2011.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
個別データセットを統合することによって、少なくとも１つの特徴、例えば形状および位置を決定すべく、物体、例えば顎領域の少なくとも１つの部分の全データセットを生成するための方法であって、前記個別データセットは、前記物体に相対して動く、第１のセンサとしての光学センサおよび画像処理装置によって決定され、前記物体の連続的な画像の個別データセットは、該個別データセットの統合のために適合される冗長データを含んでなる方法において、
光学センサとして３Ｄカメラを使用すること、前記光学センサと前記物体との間の相対運動に従って、単位時間当たりに決定された個別データセットを変化させ、前記相対運動を決定するために、前記第１のセンサは、加速度センサ、回転センサ、慣性プラットフォームのグループからなる第２のセンサを有すること、あるいは、連続するデータセットの冗長データの数に従って、単位時間当たり決定された個別データセットの数を閉ループ制御することを特徴とする、全データセットを生成するための方法。
【請求項２】
前記個別データセットを不連続的に決定することを特徴とする請求項１に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項３】
単位時間当たりの前記個別データセットの数を閉ループ制御および／または開ループ制御によって変化させることを特徴とする請求項１に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項４】
連続的なデータセットの前記冗長データの数に従って、単位時間当たりに決定される個別データセットを閉ループ制御させることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項５】
単位時間当たりの前記個別データセットの数の、前記光学センサと、前記物体との間の相対運動への依存に追加して、前記物体の動きを考慮することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項６】
前記物体と前記光学センサとの間の相対運動を、少なくとも１つの慣性プラットフォームによって決定することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項７】
特に、回転運動によってなされる相対運動の際の、前記決定される個別データセットの数を、前記光学センサと、前記測定される物体と、前記物体の部分との間の距離に従って変化させることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項８】
前記物体を、３Ｄカメラの形態の光学センサの、ＣＣＤチップのようなチップ上に結像させ、かつ、該チップを、前記光学センサと前記物体との間の相対運動に従って読み出すことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項９】
前記チップのフレームレートを、前記センサと前記物体との間の相対速度に従って開ループ制御することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項１０】
前記チップのフレームレートを、前記チップによって記録されかつ連続する複数の画像の重なり領域に従って、閉ループ制御することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項１１】
前記光学センサを、前記物体から間隔ａをあけて動かし、但し、２ｍｍ≦ａ≦２０ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【請求項１２】
前記光学センサを、基本的に１０ｍｍ×１０ｍｍの測定領域が生じるように、前記物体に対し位置決めすることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の全データセットを生成するための方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、個別データセットを統合することによって、少なくとも１つの特徴、例えば形状および位置を決定すべく、物体、例えば顎領域の少なくとも１つの部分の全データセットを生成するための方法であって、個別データセットは、物体に相対して動く、第１のセンサとしての光学センサおよび画像処理装置によって決定され、物体の連続的な画像の個別データセットは、該個別データセットの統合のために適合される冗長データを含んでなる方法に関する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
特許文献３の主題は、物体を３次元的に無接触でスキャンするための方法および装置である。表面の３Ｄデータを得るために、複数の個別画像が重なり合う。
前提部分の方法は、特許文献４から読み取ることができる。この場合、内視鏡が身体の穴に挿入される。内視鏡の動きを決定するために、内視鏡上のマーキングを検知する固定センサが設けられている。
顎領域を３次元的に測定するために、特許文献５によれば、顎領域を照射する際の予め設定された閃光速度に従って開ループ制御されるフレームレートを有するスキャナが用いられる。
特許文献６により玩具装置の車両を用いてぶれない画像を記録するために、速度を決定するために用いられるマーキングが、走行路に沿って設けられている。この速度に従って、フレームレートが変化される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
【特許文献１】US-A-2006/0093206
【特許文献２】US-A-2006/0212260
【特許文献３】US-B-6,542,249
【特許文献４】US-A-2007/0276184
【特許文献５】US-A-2006/0228010
【特許文献６】US-A-2009/0004948
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、光学センサとして３Ｄカメラを使用すること、光学センサと物体との間の相対運動に従って、単位時間当たりに決定された個別データセットを変化させ、相対運動を決定するために、第１のセンサは、加速度センサ、回転センサ、慣性プラットフォームのグループからなる第２のセンサを有すること、あるいは、連続するデータセットの冗長データの数に従って、単位時間当たり決定された個別データセットの数を閉ループ制御すること、実質的にこのことを提案する。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
方法は、ＣＣＤチップのようなチップを有する３Ｄカメラによって実行される。該チップは、読み出され、次に、データは、画像処理装置によって評価される。この場合、チップは、光学センサと物体との間の相対運動に従って、読み出される。特には、チップのフレームレートは、センサと物体との間の相対速度に従って開ループ制御される。しかしながら、チップのフレームレートが、該チップによって記録されたかつ連続する画像の重なり領域に従って閉ループ制御される可能性もある。
【国際調査報告】
2013500463.tif 000008
2013500463.tif 000009
2013500463.tif 000010
2013500463.tif 000011
2013500463.tif 000012
2013500463.tif 000013