JP2002533665A

JP2002533665A - 物体の外観を決定するための方法及び装置

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Publication number: JP2002533665A
Application number: JP2000589913A
Authority: JP
Inventors: ブルトン，ピエール; ドロレット，ルイス; ジェロネック，トーマス; コーク，ドナルドグリフィン; トレンブレイ，ピエール−ジュールズ; ホウェイト，ピーター
Original assignee: デンタルマティックテクノロジーズインコーポレーテッド
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2002-10-08
Also published as: KR20010099918A; AU1256100A; US6008905A; WO2000037903A1; CA2371628C; EP1147385A1; CA2371628A1; MXPA01006360A; BR9916847A; IL143828A0

Abstract

(57)【要約】複製されるべき物体の外観を決定するための方法及び装置が本明細書に記載されている。本方法は、物体の表面を照らすために制御された照明を提供し、ＣＣＤカメラにより物体を測定して表面上の複数の点の画像マップを取得し、この情報を処理して物体の外観マップを作成することからなる。同じ照明で照らした較正パッチを測定することにより、装置の較正が行われる。装置が物体の色彩の複製を終えると、複製の外観マップを同様に作成し、それを物体の外観マップと比較することにより、比較が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の属する分野］本発明は、物体を特徴付けするための方法及び装置に関する。更に詳細には、
本発明は、例えば歯などの物体の外観を決定するための当該方法及び装置に関す
る。

【０００２】［発明の背景］歯の交換は通常、二つの独立したステップで行なわれる。第１のステップは、
交換されるべき歯の形及び色調を測定することにあり、第２のステップは、第１
のステップにおける測定結果に基づいてその歯の複製を製作することにある。第１のステップでは、形の情報を成型技術を用いて得ることができるが、歯の
色調及び透明度の測定はそれよりも難しいことがわかる。

【０００３】義歯の品質は、歯の型を作成するためのデータよりも優れたものにはなりよう
がない。その型の精度は、いくつかの因子、例えば照明の質、測定により得られ
るデータ、これらデータの処理法などによって決まる。歯などの物体の色調を決定するための最も古くかつ最も簡単な方法は、物体を
色調チャートと見比べることにある。しかし、この方法で得られる結果はあまり
優れたものではない。というのも、人間の目は主観的だからである。しかも、歯
及び色調チャートに照明を当てると、色調を不適切に選択する恐れがある。

【０００４】物体の色調の測定において最低限の精度及び再現性を確保するために、定量的
な方法を用いることができる。そうした定量的な方法は、使用される照明のタイ
プ、測定技術、データ処理法、最終製品とオリジナルの物体との間の比較方法に
よって分類できる。測定されるべき物体の表面を照明するために、通常、光ファイバ又は光ファイ
バ束が用いられる。データ処理の際に照明方法の特徴を考慮することもできるの
で、物体に対する照明を制御するのが有利である。散乱光は照明を制御する簡単
な手段を提供する。一例が、１９９５年１月１７日に発行されたＶｉｅｉｌｌｅ
ｆｏｓｓｅを発明者とする米国特許第５，３８３，０２０号に見られる。

【０００５】均一な散乱光源を実現するために、一体型球体が知られている。歯に照明を当
てるためのそうした技術は、１９８９年１１月２１日に発行された米国特許第５
，７５９，０３０号にＯ’Ｂｒｉｅｎによって記載されている。このタイプの照
明は、ツヤのない表面の測定に役立つ。この技術、又は散乱光を発生させる他の
あらゆる技術の欠点が光沢のある材料を照らす場合にあることが、明らかである
。この場合、目標の信号が、正反射する成分と混ざってしまう。歯の色調を分類
するには、歯の表面上のあらゆる場所において少なくとも１％の精度で照明を知
っておく必要がある。

【０００６】現在のところ、照明を受けた物体からの反射光を定量化するのにさまざまな方
法が用いられている。これらの技術は一般に、物体表面の選択された領域からの
反射光をスペクトル分解することからなっている。Ｖｉｅｉｌｌｅｆｏｓｓｅらは、１９９５年６月２７日に発行された米国特許
第５，４２８，４５０号において、色収差補正二重レンズからなる光学系を用い
て光を分解し、干渉フィルタ及び光検出器を用いてその光を分析することにより
、物体の色調を決定する方法を記載している。上述のＯ’Ｂｒｉｅｎの特許には
、分光光度計を具備した光分解装置が記載されている。

【０００７】Ｖｉｅｉｌｌｅｆｏｓｓｅら及びＯ’Ｂｒｉｅｎの方法の欠点は、物体表面の
選択された領域が均一に又は点のように見えてしまうことにある。これらの方法
では空間的な差が検出されず、従って複製した歯で再現することができない。Ｖ
ｉｅｉｌｌｅｆｏｓｓｅの方法の別の欠点は、波長スペクトルがわずか５つの波
長に制限されることにある。

【０００８】別の測定技術は、１９９８年６月１６日に発行されたＭｕｒｌｉｊａｃｉｃに
よる米国特許第５，７６６，００６号から知ることができる。Ｍｕｒｌｉｊａｃ
ｉｃはこの特許において、歯のディジタルカラー画像を取得するカメラを用いた
歯の色調分析システムを記載している。歯の画像には走査して得られるＲＧＢ色
度表現が含まれており、このＲＧＢ色度表現が、画素ないしピクセル毎に、本シ
ステムに記憶されている歯のいくつかの色調と比較される。

【０００９】Ｍｕｒｌｉｊａｃｉｃのシステムの欠点は、照明を制御することなく走査を行
なっており、従って色彩の比較の再現性が低下することにある。スペクトル分解のデータ、又は選択された領域から収集されたデータを人間の
目の色彩感覚に対応する単一の測定値に変換する方法がいくつか知られており、
使用されている。その目的は、データを定量化し、それを補正して人間の目が認
識しているのと同様に、オリジナルの型の適切な色彩を再現できるようにするこ
とにある。材料の透明度を定量化できるようにすることも重要である。

【００１０】データの処理法がＯ’Ｂｒｉｅｎによって記載されている。その方法は、測定
結果をチップ上で較正した後に三刺激値に変換し、表にされている既知の値と比
較することからなる。三刺激値への変換は、白熱電球の出力周波数分布を最も適
切に表現するように決められた表の値によって代表される所定の照明のもとで行
なわれる。この方法の問題点は、この方法が、色彩が適切に較正された測定装置
を用いて取得された画像を処理するものでないということにある。従来技術の全体的な欠点は、測定された歯と複製との比較についての考え方が
、単一の点同士の比較に限られているということにある。従って、測定されてい
ない領域の欠陥は検出できない。

【００１１】［発明の目的］従って、本発明の目的は、物体の外観を決定するための改良された方法及び装
置を提供することにある。

【００１２】［発明の概要］更に詳細には、本発明によれば、物体の外観を決定するための方法において、制御された照明で該物体の表面を照らし、該物体の照らされた表面上の予め定められた複数の点から反射された光線に対
応する色調データをカメラを用いて収集し、該色調データを処理して該物体の少なくとも一つの外観マップを作成する、各ステップを具備した方法が提供される。

【００１３】本発明の別の観点によれば、物体の色彩を決定するための装置において、該物体の表面に制御された照明を提供し、かつ、少なくとも一つの光源と、該
少なくとも一つの光源と該物体との間の少なくとも一つの照明経路とを含んで発
生した光が該物体に投射されるようにする照明装置組立体と、該物体の照らされた表面上の複数の点から反射された光を集め、かつ、物体の
照らされた表面のスペクトル画像マップからなる第１のデータ組を作成するカメ
ラと、前記少なくとも一つの光源及び該カメラを制御し、かつ、前記第１のデータ組
を処理して物体の照らされた表面の少なくとも一つの外観マップを作成する制御
装置、とを具備した装置が提供される。

【００１４】本発明の他の目的、利点、及び特徴は、単に例を示すための添付の図面を参照
して、本発明を限定するものでない以下の好ましい実施態様についての説明を読
むことによって更に明らかになろう。

【００１５】［好ましい実施態様の説明］ここで図１及び図２を参照して、本発明の好ましい一実施態様による物体の外
観を測定する装置１０を説明する。物体の外観は、色彩、透明度、光沢、材質感などの多数の因子によって決まる
ことに注意する必要がある。

【００１６】装置１０は、コンピュータ１２の形態の制御装置と、照明装置組立体１４と、
ＣＣＤ（電荷結合素子）カメラ１６と、出力装置１８とを備えている。照明装置組立体１４は、光源（図示せず）と、二つの照明経路１９，１９’と
を備えている。各照明経路１９，１９’は、それぞれ対応する正方形断面のガラ
ス製の一体型ロッドないしインテグレータロッド２０，２０’と、光学レンズ２
２，２２’；２４，２４’；２６，２６’；２８，２８’と、前面が平坦な鏡３
０，３０’とを備えている。

【００１７】好ましい一実施態様では、一体型ロッド２０，２０’は、ＢＫ７として知られ
るＳｃｈｏｔｔ社製の固体ガラスから製造され、３．２ｍｍ×３．２ｍｍという
正方形断面を有する。長さは７０．０ｍｍである。レンズ２２，２２’は、Ｍｅ
ｌｌｅｓ−Ｇｒｉｏｔ社製の部品番号０１ＬＰＸ００９である。レンズ２４
，２４’は、Ｍｅｌｌｅｓ−Ｇｒｉｏｔ社製の部品番号０１ＬＤＸ０２５で
あり、幅が８ｍｍになるように縁取りされている。レンズ２６，２６’と２８，
２８’は、Ｍｅｌｌｅｓ−Ｇｒｉｏｔ社製のそれぞれ部品番号０１ＬＤＸ１
６７及びＬＰＸ１７７であり、両方とも幅が１７．４ｍｍになるように縁取り
されている。レンズ２４，２４’；２６，２６’；２８，２８’を縁取りするこ
とは、その結果として照明装置組立体の幅が小さくなるので、有利である。鏡３
０，３０’の反射面の寸法は３２．０ｍｍ×２０．０ｍｍである。各鏡３０，３
２の厚さは２．０ｍｍである。より厚い鏡ももちろん使用することができよう。
同様に、照明経路１９，１９’を形成するさまざまな要素の構成及び部品点数は
、本発明を限定しない例として上述されたに過ぎない。

【００１８】図２からわかるように、一体型ロッド２０，２０’及びレンズ２２，２２’；
２４，２４’；２６，２６’；２８，２８’の中心は、それぞれ対応する光学軸
３２、３２’上に位置決めされている。鏡３０，３０’は、光源から、照明経路
１９，１９’を形成する前記要素を通過して進行する光が歯３４の表面で反射す
るように角度を付けて位置決めされる。図２では、光線は線３６で略示されてい
る。

【００１９】当然、照明装置組立体１４のさまざまな要素の相対的な位置は、適切な支持体
と一般的なさまざまな固定装置とによって維持されている。光源（図示せず）によってテレセントリック光源が形成され、かつ正反射がで
きるだけなくなるように、照明装置組立体１４のさまざまな要素が位置決めされ
ている。そのために、照明装置組立体１４が二つに分割されると共に、鏡３０，
３０’が角度付けないし傾斜されている。以下に説明するように、制御された別
の光源を用いることも、もちろん可能である。

【００２０】一体型ロッド２０，２０’は、光源から光ファイバケーブル（図示せず）を通
じて受光するのが望ましいことに注意されたい。ＣＣＤカメラ１６は、対物カメラ３８及びカメラヘッド４０を備えている。対
物カメラ３８は、レンズ４２，４４及びフィルタ４６を備えている。ＣＣＤカメラ１６は、外観を検出することができかつその情報をコンピュータ
１２に移すことができるのであれば、どのような入力装置でもよいことに注意さ
れたい。

【００２１】出力装置１８は、ディスプレイモニタ、フレームグラバ、プリンタ、ファック
スなどの測定値又は結果を表示する装置から、コンピュータのメモリ、ディスク
ドライブ、ＣＤドライブなどの情報記憶装置まで、どのようなものでもよい。また、出力装置１８は、処理後のデータを受け取るように構成された成型装置
であってもよい。

【００２２】好ましい一実施態様では、レンズ４２，４４は、Ｍｅｌｌｅｓ−Ｇｒｉｏｔ社
製のそれぞれ部品番号０１ＬＡＯ０４７及びＬＡＯ０１４であり、これら
は両方とも照明装置組立体１４の取り付け及び取り外しが簡単である直径に縁取
りされている。フィルタ４６は、Ｍｅｌｌｅｓ−Ｇｒｉｏｔ社製の部品番号０１
ＦＮＧタイプのニュートラルフィルタである。直径は１２．５ｍｍであり、縁
取りを必要としない。最小絞りは２．７０ｍｍである。フィルタ４６及びレンズ
４２，４４の中心は、ＣＣＤカメラ１６の光学軸４８上に位置決めされている。
当然、対物カメラ３８を形成するさまざまな要素の構成及び部品点数は、本発明
を限定しない例として上述されたに過ぎない。

【００２３】カメラヘッド４０は、歯の表面３４からの光を受けこのデータをディジタル化
する標準的な素子を備えている。これらの素子は当該技術分野において周知であ
ると考えられており、ここではこれ以上詳しく説明しない。当然のことだが、カ
メラヘッド４０は、このカメラヘッド４０が生成する信号を制御装置１２に転送
するデータケーブル４７を備えている。

【００２４】すでに説明したように、制御装置は、ＣＰＵ（中央処理ユニット）を備えた汎
用コンピュータ１２の形態をなしている。このコンピュータには、出力装置１８
の他、キーボード、プリンタ、ＣＣＤカメラ１６が接続されうるフレームグラバ
などの周辺装置（図示せず）が設けられている。汎用コンピュータ１２は、ＣＣ
Ｄカメラ１６及び照明装置組立体１４を制御して画像データを取得し次いで処理
するようにするためのソフトウエアプログラムを走らせる。これについては以下
に説明する。

【００２５】次に、添付の図３を参照し、本発明の一観点による歯の色調及び透明度を測定
する方法を説明する。大まかに述べると、本発明の方法は、以下のステップを順次実行することから
なる。１００−装置を始動させる。１０２−予め定められた照明法で歯を照らす。１０４−ＣＣＤカメラを較正する。１０６−歯の色調及び透明度に関するデータを取得する。１０８−必要に応じ、最初の較正が正しいかどうかを確認する。正しくなければ
（ステップ１１０）、ステップ１０４に戻る。１１２−データを処理して色調画像マップ及び透明度画像マップを作成する。１１４−必要に応じ、色調画像マップ及び透明度画像マップのデータから複製歯
を形成した後に、複製歯をオリジナルの歯の代わりに置き、かつステップ１〜５
を実行して複製の色調画像マップ及び透明度画像マップを作成することによって
、複製歯の画像を取得することもできる。これら複製の色調画像マップ及び透明
度画像マップをオリジナルのマップと比較して最終製品の品質を制御するように
してもよい。１１６−装置を停止する。

【００２６】これらの一般的なステップについて更に説明する。［照明］照明ステップ１０２の目的は、明らかに、測定する物体、即ち歯３４（図２）
を照明することにある。以下に更に詳しく説明するように、データ取得ステップ
では、歯の表面のあらゆる部分において照明作用が少なくとも１％の精度でわか
っている必要がある。例えば図２に示されるテレセントリックな構成は、歯に応
用するための仕様に合致する。正方形断面のガラス製一体型ロッド２０，２０’
内に光線を投射する光源は、歯への照明作用の特徴が確実に知ることができるよ
うに、周囲の他の光源を打ち消してしまうのに十分に強力である必要がある。

【００２７】［較正］歯の色彩及び透明度の測定は、測定を行なうときの照明及びセンサ特性に大き
く依存する。ステップ１０４では、第１の較正ターゲット（図示せず）を測定す
ることによってこれら因子が較正される。第１の較正ターゲットの測定は、色調
、透明度、及び他の外観因子が既知であるパッチないし当て板を補正することか
らなる。これらの測定から、制御装置１２は、測定値を標準的な値に変換する数
学的変換を行なう。

【００２８】照明特性は経時変化する恐れがある。変化の時間尺度は測定を行なうのに必要
な時間よりも長いので、歯の色彩及び透明度を測定する直前に第１の較正ターゲ
ットの特性を測定すれば、たいていは外観測定装置１０を十分に較正できる。しかし、データ取得ステップ１０６の後に補足的な較正ステップ（ステップ１
０８）を実行し、照明特性がデータを取得している間に変化していないことを確
認することもできる。

【００２９】装置１０がそのホルスタ（図示せず）内で停止している間に、較正のための測
定を自動的に行なうこともできる。制御装置１２は、較正のための測定を行なっ
た日時を記録して較正が行なわれていることを保証するようにしている。歯の表面のすべての点において色彩が測定されるので、照明及びセンサ特性を
すべての点において知ることが重要である。これを実現するために、較正ステッ
プ１０４は更に、均一な色彩を有する第２の較正ターゲット（図示せず）の色彩
を測定する空間補正用サブステップを含む。従って、均一な較正ターゲットから
取得した色彩の変化を補償する数学的空間補正関数のパラメータを計算する制御
装置１２により、すべての点が空間的変化について補正されうるようになる。次
に、測定した各点の値に、対応する点における補正関数を評価することによって
得られた補正因子を乗算する。

【００３０】別の方法として、測定した各点の値を、均一な較正ターゲットについて記憶さ
せてある画像から得られた対応する点の値で割り算するという計算を制御装置１
２に行なわせることにより、空間補正関数を計算することもできる。すべての較正ターゲットを予め測定しておき、明確な較正パッチを形成する。
これらの測定値から得られる標準値を、制御装置１２のメモリに記憶させるか、
又は較正ステップを実行するのに用いられるソフトウエアプログラムによりプロ
グラム作成することができる。各較正ターゲットの通し番号を含むバーコードを
その表面上の目に見える既知の場所に置き、それにより、適切な較正パッチを用
いて較正ステップ１０４が確実に行なわれるようにすることが好ましい。

【００３１】較正ターゲットの測定を日時を記録して定期的に行うのに、較正パッチを用い
ることもできる。これにより、装置１０の性能の経時変化をモニタしかつ診断す
ることが可能になる。空間較正と時間較正とを組み合わせることもできる。実際、背景が均一である
既知のターゲット上に置かれた外観の異なるさまざまな既知のパッチ集合体から
なる第３の較正ターゲット（図示せず）を設計することによって、空間変化及び
時間変化に関する較正を実現できる。コンピュータの視覚分割アルゴリズムは、
統計学的分類技術及び幾何学的方法を用いて画素を外観パッチと均一な背景とに
自動的に分離することができる。次に、数学的な関数を背景の画素に適合させて
空間変化を特徴化するようにすることもできる。欠けている外観パッチによって
生じる背景画像の「穴」を横切って滑らかに内挿するように、この関数を選択す
る必要がある。

【００３２】較正ステップ１０４の後、複製されるべき歯の測定を行なってもよい（ステッ
プ１０６）。この測定ステップは、データ取得ステップと呼ぶこともできよう。
測定ステップ１０６の目的は、データ処理ステップ１１０において色調画像マッ
プ及び透明度画像マップを作成するためのデータを取得することにある。それぞ
れのマップについて、画像位置を記録することにより、複数のスペクトル画像を
結合させる手段が提供される。

【００３３】［データ取得］次に、画像マップを作るのに必要なデータを取得する三つの方法について説明
する。［データ取得法その１：波長走査］大まかに述べると、第１のデータ取得法は、互いに異なる複数の波長の照明を
用いて歯３４の画像を取得することからなる。

【００３４】照明経路１９，１９’を経て照明装置組立体１４からやって来る、時間変化す
る既知の単色光が歯３４の表面を照らす。歯３４の表面で反射する光はＣＣＤカ
メラ１６に投射される。波長が可視光スペクトルの全体を掃引すると、一連の測
定がなされ、物体全体の画像が形成される。制御装置１２のフレームグラバデー
タ取得カードのデータ取得速度及び波長掃引速度によってスペクトルの分解能が
決まる。スペクトルマップが形成され、画像のすべての点の完全なスペクトル分
解が得られる。

【００３５】実用上、全スペクトルを得ることはできず、全スペクトルを有限数のスペクト
ル帯を通じてサンプリングできるだけである。本応用における実用上の目的のた
めに、可視光（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の波長範囲にわたって１０ｎｍ幅の帯
でもって１０ｎｍ毎にサンプリングすれば十分である。一般に、より粗く（１０ｎｍよりも大きな間隔で）サンプリングしたスペクト
ルから決定した色彩は互いに異なる二つの色彩が正確に同じスペクトルを生み出
す可能性があるという点で単色でないことが知られている。

【００３６】この方法では、多くの物質、特に歯に関し、複数の吸収曲線が滑らかで非常に
よく似た形になるという事実を利用している。この方法により、非常に粗くサン
プリングしたスペクトルを用いて色彩のわずかな差を測定することが可能になる
。

【００３７】［データ取得法その２：線走査］先の説明から明らかなように、線走査データ取得法を用いて画像を取得するの
に用いられるＣＣＤカメラ（図示せず）は、図２に示したＣＣＤカメラ１６とは
異なっている。実際、このＣＣＤカメラは二つのＣＣＤアレイと、スプリッタと
、例えばプリズム又は回折格子のようなスペクトル分解素子とを備えている。

【００３８】線走査データ取得法では、制御された白色光が歯の見える部分を照らす。反射
光は分割されて二つのＣＣＤアレイに投射される。第１のＣＣＤアレイは単に物
体の画像を形成し、第２のＣＣＤアレイがこの画像の中央部から抽出した光線の
スペクトル分解の画像を形成する。第２のＣＣＤアレイの二本の直交軸をＸ軸及
びＹ軸と称し、Ｙ軸に対し整列された光線を考慮すると、この光線のスペクトル
は第２のＣＣＤアレイのＸ軸上に広がることになろう。

【００３９】測定プローブが物体を掃引すると、二組の連続画像群が得られる。フレームグ
ラバのデータ取得速度及び掃引速度により空間分解能が決まる。まず最初に、物
体の画像から位置記録が作成される。次に、スペクトル・マップが作成され、プ
ローブで掃引したすべての点の完全なスペクトル分解が得られる。線走査データ取得法により、高いスペクトル分解能と、走査方向に関し垂直な
軸線方向についての高い空間分解能との両方が得られることに注意されたい。し
かし、走査方向の空間分解能と時間分解能とはトレードオフの関係になっている
。必要であれば、白色光のビームを一本の線上に集中させて周囲光の変動を打ち
消すようにすることもできる。

【００４０】［データ取得法その３：空間フィルタサンプリング］空間フィルタサンプリング法では、制御した白色光がターゲットを照らす。反
射光はＣＣＤアレイに投射される。構造化されたフィルタを用い、ＣＣＤアレイ
の互いに隣接したそれぞれの光感受性素子において別々にスペクトル空間のサン
プリングを行なう。測定はターゲットの画像を形成することにより行なう。波長
サンプリングによって空間分解能とスペクトル分解能との両方が決まる。スペク
トルマップが作成され、画像のすべての点についてサンプリングされたスペクト
ル分解が得られる。

【００４１】空間フィルタサンプリングにより高い時間分解能が得られ、空間分解能とスペ
クトル分解能とはトレードオフの関係になっている。この方法は、単調なスペク
トル曲線を有する比較的均一なターゲットに対して理想的である。

【００４２】［較正の確認（任意）］データ取得ステップ１０６の後で測定データを処理する（ステップ１１２）前
に、任意には、較正を確認して（ステップ１０８）照明に大きな変化がないこと
が確認される。大きな変化があるときには較正ステップ１０４に戻る。大きな変
化がなければ、制御装置は取得済みデータの処理を始める（ステップ１１２）。

【００４３】［データ処理］データ処理ステップ１１２では、制御装置は、色彩分析、色調の分類、透明度
の決定、及び外観の記述を行なう。

【００４４】［色彩分析］色彩分析は、三刺激値の計算を行うことからなる。いわゆるＸ，Ｙ，Ｚ三刺激
値の計算は当該技術分野において周知であると考えられており、ここでは説明し
ない。網膜が三つのスペクトル帯、即ち三刺激値を通じてサンプリングを行なう
ということによって、人間の色彩認識は制限される。これら及びＣＩＥＬＡＢ
カラーは通常、ＣＩＥ（国際照明委員会）が定めた方法を用いて全スペクトルか
ら計算する。

【００４５】ＣＩＥが定めた従来の方法では全反射率スペクトルが必要であり、従ってＣＰ
Ｕの処理時間が非常に長くなる。本方法の利点の一つは、線形変換を利用してた
った三つのスペクトルサンプルから三刺激値を計算していることにある。ＣＣＤ
カメラ１６の赤、緑、青のチャネルから提供される三つのサンプリング帯を用い
て歯のＣＩＥカラーを正確に測定することができる。測定されるべきスペクトル
の範囲、Ｘ，Ｙ，Ｚ三刺激値のスペクトルの計算、及びサンプリング帯のスペク
トルに関して、所定の数学的条件のもとで、線形変換を利用してサンプリング帯
の値から三刺激値を直接計算できることがわかっている。

【００４６】

【外１】

【００４７】

【外２】

【００４８】式（３）を用いてＣＣＤカメラの値から三刺激値を計算するには、９回の乗算
と９回の加算が必要である。式（２）から２次の近似を計算するには、１８回の
乗算と１５回の加算が必要であろう。３８０ｎｍから７７０ｎｍまでの範囲を１０ｎｍ毎にサンプリングしたスペク
トルからＣＩＥが定めた方法を用いて三刺激値を計算するには、少なくとも１２
０回の乗算と１２０回の加算が必要である。

【００４９】通常は数値計算に使う時間の大半を乗算が占めるので、線形近似のほうがＣＩ
Ｅが定めた方法よりも１３倍速い。２次の近似は６倍速い。線形変換のパラメータは、較正している間に、すでに説明した外観パッチの既
知のＣＩＥＬＡＢカラーから得られる。上に説明した方法を用いると、ＣＣＤカメラで取得した画像のすべての画素に
おいてＣＩＥＬＡＢカラーを測定することができる。というのも、計算が速く
、しかも線形変換は計算が複雑でないからである。

【００５０】本発明の方法が歯に限られることはなく、測定されるべきスペクトルの範囲が
カラーＣＣＤカメラ１６の赤、緑、青のチャネルのスペクトルサンプリング帯を
線形的に組み合わせることによって近似できるあらゆる場合において本発明の方
法を用いることができることに注意されたい。

【００５１】［色調分類（任意）］歯科産業では、歯の色を伝えるのにＣＩＥＬＡＢカラーを使わず、義歯を製
作するのに用いるセラミック粉末の製造業者が提供する「色調ガイド」を用いて
いるので、ＣＩＥＬＡＢカラーの結果を更に処理する必要がある。ＣＩＥＬＡＢカラーの値を用いる利点は、色の類似についての人間の感覚に
基づいて色彩を分類できることであろう。

【００５２】色調ガイドは多数のセラミック小片ないしタブからなっており、セラミック小
片は互いに異なるセラミック粉末から形成され、かつ色彩が互いにわずかに異な
っている。照明装置組立体１４及びＣＣＤカメラ１６を用いて各セラミック小片
の画像を取得した後、本発明の方法で物体の色彩が測定される。各色調のセラミ
ック小片の画像中心の長方形領域から画素色彩値をサンプリングし、制御装置１
２のメモリにインデックスをつけて記憶させる。このようにしてすべてのセラミ
ック小片をサンプリングすると、これらサンプルを色調表にまとめ、後で使用す
るために制御装置に記憶させる。

【００５３】セラミック小片の色彩は完全には均一ではない。というのは、表面の材質感、
セラミックの結晶の性質、加熱プロセスにおける不均一さに起因する違いがある
からである。そのような理由で、色調ガイドの色彩は長方形領域からサンプリン
グし、単一の点からサンプリングしない。さまざまな色彩値を有する大きなサン
プルがあると、色調ガイドのうちの各セラミック小片の色彩変化を統計的に定量
化することが可能になる。

【００５４】色調表が完成すると、ＣＣＤカメラ１６を用いて測定したすべての画素を色調
ガイドの色彩と比較することができる。画素値と周囲の画素の値との加重平均が
求められる。次いで、中央の画素は、色調ガイドの色彩のうちで平均に最も近い
色彩を有する色彩に分類される。色調検索表を予め計算しておくことにより、分類をより迅速に行なうことがで
きる。検索表は、離散色彩値で表現できる３次元アレイとして作成される。検索
表が完成すると、画素の色彩値を表と同様に離散値化しその離散値を指標にして
表の中から対応する色調に戻すことにより、どのような画素の色彩値でも素早く
分類することができる。

【００５５】検索表を得るには一度計算を行なうだけでよく、従って完全な画像を完全に分
類する迅速な方法が提供される。色調分類ステップは任意であり、ＲＧＢ値を用いて義歯を直接製造できること
に注意されたい。

【００５６】［透明度の測定］透明度及び色彩を同時に測定することが難しいのは、主に、これら二つの外観
因子に関する情報が通常は混じり合っているという事実に起因する。これら二つ
の外観因子のあいまいさをなくすために、別の方法を用いることができる。

【００５７】１．三つの色彩チャネルのための自己相関関数は、透明度に起因する恐れのあ
る曇りに関する情報を提供する。構造化された照明を用いて信号を大きくすると
共に、信号のあいまいさをより小さくすることができる。２．白と黒が交互に並ぶ背景を使って連続画像を比較することにより、透明度
を明らかにすることができる。透明度を明らかにするのに構造化された背景を用
いることもできる。３．材料が占める色彩空間に関する知識を用いて色彩及び透明度の変化を解析
することもできる。

【００５８】本願に関し、後者の方法が可能である。というのも、・透明度が増すと、強度ないし明暗度が低下して色合いが青に向けて移行し、・一方、典型的な歯の色調変化に関し、明暗度の低下が赤に向かう色合いの移行
に対応している、という驚くべき二つの観察結果があるからである。

【００５９】従って、透明度の指標は、基準点（最も不透明な領域）に関する相対明暗度変
化と赤／青の相対差との積によって決まる。対数スケールにすると、認識する上
でより有意な測定値が提供される。基準点は歯の最も不透明な領域である。この基準点は、歯の形態学上の知識に
よって決まる天然の不透明領域からの繰り返しプロセスによって得ることができ
る。

【００６０】

【外３】

【００６１】異常値に起因する偏りをなくすために、透明度の値は、すべての点において、
その点のすぐ近くの点群の中央値に基づいている。透明度画像マップはこのよう
にして作成され得る。

【００６２】［外観の記述（任意）］各色調サンプル間の差を大きくして（例えば飽和レベルを上げることができよ
う）異なる色彩領域間の境界が明確になるようにされている疑似色彩マップによ
って、歯の外観を記述することができる。同じファミリー内のメンバー間の色彩
差を他の色調よりも小さく高めることによって、色調サンプルのファミリーをグ
ループ分けすることができる。

【００６３】このステップの目的は、利用可能な磁器又は樹脂の粉末の色彩を用いて歯の色
彩マップを作成することにある。外観記述ステップは任意であり、ＲＧＢ値を用いて義歯を直接製造できること
に注意されたい。

【００６４】更に、図２に示す照明装置組立体１４の代わりに他のタイプの照明を用いても
よいことに注意されたい。例えば図４は、均一な散乱光を実現するために用いられる一体型球状照明装置
組立体１５０を示している。絞りに対する球体の寸法が大きくなるにつれて、精
度が向上することに注意されたい。このタイプの照明は、ツヤのない表面の測定
に適している。光沢のある材料については、望ましい信号が正反射した成分と混
じり合っていることがしばしばある。

【００６５】その内面１５４が光源１５８から絞り１５６を通って入ってきた光を反射する
ようになっている一体型球体１５２は、絞り１６２を通じて物体１６０の表面を
間接的に散乱光で照らす。カメラ１６４は、絞り１６６を通じて物体１６０の表
面の画像を直接形成する。別の方法は、遠方の光源から光を光ファイバなどで導
くことである。

【００６６】次に、図５を簡単に参照すると、図２の照明装置組立体１４の代わりに別のタ
イプのテレセントリック照明を使ってもよいことがわかる。例えば、図５に示す
照明装置組立体２００は、照明装置組立体１４よりも光学素子数の少ないテレセ
ントリック照明を提供する。この照明装置２００では、レンズ２２，２４の代わ
りに特注の単一のレンズ２０２が使用され、レンズ２６，２８の代わりに特注の
レンズ２０４が使用されている。

【００６７】同様に、ＣＣＤカメラヘッドの素子は、図５に示すように単純化することもで
きる。当業者には明らかであるように、物体を照らすのに構造化された光を用いるこ
ともできよう。当然、上述の装置及び方法は歯の色彩の測定に関して説明されているけれども
、例えば生物や、アクリル樹脂又はプラスチック樹脂などの合成材料といった他
の物体の色彩も、本発明の装置及び方法を利用して有利に測定することができよ
う。

【００６８】当業者には明らかなように、物体の色彩を測定する装置からの出力である色彩
及び透明度マップをコンピュータ制御式成型装置に接続し、このマップに従って
物体の複製を成型することができよう。これまで本発明を好ましい実施態様について説明してきたが、添付の請求の範
囲に規定した本発明の精神、特徴から逸脱することなく本発明を変更することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施態様による外観決定装置のブロック線図である。

【図２】図２は、図１の装置の照明装置組立体及びＣＣＤカメラの概略図である。

【図３】図３は、本発明の一実施態様による外観決定法を単純化して示したブロック線
図である。

【図４】図４は、本発明の一実施態様による一体型球体照明システムの概略図である。

【図５】図５は、本発明の別の実施態様による照明装置組立体の概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者ドロレット，ルイスカナダ国，ケベックジェイ１エイチ３ブイ７，シャーブルック，リッチモンドストリート 29 (72)発明者ジェロネック，トーマスカナダ国，ケベックエイチ２エックス２ジー４，モントリオール，ハッチソン 3420，アパートメント４ (72)発明者グリフィンコーク，ドナルドアメリカ合衆国，カルフォルニア 91506，バーバンク，パークサイドアベニュ 1913 (72)発明者トレンブレイ，ピエール−ジュールズカナダ国，ケベックエイチ２ビー１エックス１，モントリオール，ゴウインブールバードイースト 2075 (72)発明者ホウェイト，ピーターカナダ国，ケベックエイチ２ティー２ティー５，モントリオール，クラークストリート 4906 Ｆターム(参考） 2G020 AA08 DA02 DA13 DA51 DA66 4C052 AA06 NN02 NN04 NN05 NN15 4C061 AA08 BB01 CC06 DD00 LL01 NN01 NN05 QQ01 QQ02 SS11 SS21 TT03 TT05 TT20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】物体の外観を決定するための方法において、制御された照明で該物体の表面を照らし、該物体の照らされた表面上の予め定められた複数の点から反射された光線に対
応する色調データをカメラを用いて収集し、該色調データを処理して該物体の少なくとも一つの外観マップを作成する、各ステップを具備した方法。
【請求項２】前記照明するステップが、少なくとも一つの光源と、該少な
くとも一つの光源と前記表面との間の少なくとも一つの照明経路とを含む照明装
置組立体を供給するサブステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】前記照明するステップにおいて前記光源から発生した光が時
間変化する単色光である請求項２に記載の方法。
【請求項４】前記光源から発生した光が白色光であり、該白色光をフィル
タリングすることにより該白色光が時間変化する単色光へ更に変化される請求項
２に記載の方法。
【請求項５】前記カメラがＣＣＤアレイであり、前記色調データが、前記
単色光の波長が時間変化するときの、物体の前記表面の一連の測定値である請求
項３に記載の方法。
【請求項６】前記選択された波長が可視光スペクトルの全域にわたって変
化する請求項５に記載の方法。
【請求項７】前記ＣＣＤアレイに三つのサンプリング帯が設けられており
、前記色調データを処理するステップが、前記一連の測定値を利用して光スペク
トルの三つのサンプルを作成するサブステップを更に含む請求項５に記載の方法
。
【請求項８】前記色調データを処理するステップが、光スペクトルの前記
三つのサンプルと線形変換とを利用して三刺激値を計算するサブステップを更に
含む請求項７に記載の方法。
【請求項９】前記色調データを処理するステップが、色調分類を行なうサ
ブステップを更に含み、該色調分類を行うサブステップが、色調小片から色彩画素値をサンプリングして色調ガイドを作成し、前記色調データを該色調ガイドと比較することにより、物体の照らされた前記
表面上の複数の点のうちの少なくとも一つについて色調値を決定する、各サブステップを含む請求項１に記載の方法。
【請求項１０】前記色調ガイドが検索表の形態である請求項９に記載の方
法。
【請求項１１】前記色調小片の色彩が、既知のセラミック粉末、樹脂、及
び複合材料のうちの一つの色彩に対応している請求項９に記載の方法。
【請求項１２】前記少なくとも一つの外観マップが色調マップである請求
項１に記載の方法。
【請求項１３】前記少なくとも一つの外観マップが透明度マップであり、
該透明度マップが少なくとも一つの透明度指標を含んでいる請求項１に記載の方
法。
【請求項１４】前記少なくとも一つの透明度指標が基準点に対し決定され
、該基準点が前記予め定められた複数の点のうちの一つである請求項１３に記載
の方法。
【請求項１５】前記基準点が、前記物体の不透明領域内の点である請求項
１４に記載の方法。
【請求項１６】前記基準点が、繰り返しプロセスによって得られる請求項
１４に記載の方法。
【請求項１７】前記少なくとも一つの透明度指標が、複数の透明度値の中
央値に基づいており、これら複数の透明度値は、近傍の複数の点の値から計算さ
れる請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】前記色調データを処理するステップが、前記色調データを
処理して疑似色彩マップを得るサブステップを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項１９】前記疑似色彩マップが、既知の磁器粉末の色彩に対応して
いる少なくとも一つの色彩を含んでいる請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】前記疑似色彩マップが、既知の樹脂の色彩に対応している
少なくとも一つの色彩を含んでいる請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】前記色調データを処理するステップの前に、前記カメラを
較正するステップを更に含む請求項１に記載の方法。
【請求項２２】前記カメラの較正作用が、既知の色調値を有する第１の較
正ターゲットを測定し、該測定された色調値に対し数学的変換を行なって該第１
の較正ターゲットの既知の色調値に変換することからなる請求項２１に記載の方
法。
【請求項２３】前記第１の較正ターゲットが、既知の色調及び透明度を有
する複数のパッチである請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】前記較正するステップが空間補正サブステップを更に含み
、該空間補正サブステップが、均一な色調を有する第２の較正ターゲットを測定
し、数学的空間補正関数を計算して適用することにより、測定された空間変化を
補償するようにすることからなる請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】前記データを収集するステップの後に、前記較正を確認す
るステップを更に含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】歯、生物、及び合成材料からなるグループの中から前記物
体が選択されている請求項１に記載の方法。
【請求項２７】アクリル樹脂及びプラスチック樹脂からなるグループの中
から前記合成材料が選択されている請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】物体の色彩を決定するための装置において、該物体の表面に制御された照明を提供し、かつ、少なくとも一つの光源と、該
少なくとも一つの光源と該物体との間の少なくとも一つの照明経路とを含んで発
生した光が該物体に投射されるようにする照明装置組立体と、該物体の照らされた表面上の複数の点から反射された光を集め、かつ、物体の
照らされた表面のスペクトル画像マップからなる第１のデータ組を作成するカメ
ラと、前記少なくとも一つの光源及び該カメラを制御し、かつ、前記第１のデータ組
を処理して物体の照らされた表面の少なくとも一つの外観マップを作成する制御
装置、とを具備した装置。
【請求項２９】前記光源が、選択された波長の光を発生させるように構成
されている請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】前記少なくとも一つの照明経路がテレセントリック光学系
である請求項２８に記載の装置。
【請求項３１】前記テレセントリック光学系が、前記光を前記物体の表面
上に角度をもって投射させる鏡を更に含む請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】前記カメラがＣＣＤカメラである請求項２８に記載の装置
。
【請求項３３】ディスプレイモニタ、ディスクドライブ、ＣＤドライブ、
コンピュータのメモリ、印刷装置、フレームグラバデータ取得ボード、及び成型
装置からなるグループから選択された出力装置を更に具備した請求項２８に記載
の装置。