WO2020197116A1 - 구강 스캐너 캘리브레이션 장치 및 그 방법 - Google Patents

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WO2020197116A1
WO2020197116A1 PCT/KR2020/003023 KR2020003023W WO2020197116A1 WO 2020197116 A1 WO2020197116 A1 WO 2020197116A1 KR 2020003023 W KR2020003023 W KR 2020003023W WO 2020197116 A1 WO2020197116 A1 WO 2020197116A1
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scanner
calibration
oral scanner
oral
panel
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PCT/KR2020/003023
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배윤재
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오스템임플란트 주식회사
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    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0082—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes
    • A61B5/0088—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence adapted for particular medical purposes for oral or dental tissue
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A61B5/0062—Arrangements for scanning

Definitions

  • the present invention relates to an oral scanner calibration technique.
  • the oral scanner is a type of 3D scanner that acquires multiple optical images of a target object through a series of scanning sequences, and generates 3D model data of the target object by using them.
  • the oral scanner refers to a device configured to be suitable for acquiring a series of optical images of a body part, particularly a structure inside an oral cavity such as teeth and gums, among these 3D scanners.
  • an apparatus and method for calibrating an oral scanner capable of performing various calibrations at once by connecting one instrument to the end of the scanner tip of the oral scanner and rotating the connected instrument are proposed.
  • An oral scanner calibration apparatus includes a scanner tip receiving portion into which a scanner tip of the oral scanner is inserted, and a dot pattern panel, a color panel, and a flat panel spaced apart from each other at a position facing the optical path of the scanner tip.
  • a main body including a calibration unit, a communication unit that communicates with the image processing device, a control unit that checks the control signals received through the communication unit, and controls the operation required for camera and projector calibration, color calibration, and plane calibration functions, and the interior of the main body It includes a first driving unit that changes the calibration panel through rotation.
  • the body may be cylindrical.
  • the main body is a triangular pillar, and the dot pattern panel, the color panel, and the flat panel may be located on the side of the triangular pillar, respectively.
  • the body may further include a second driving unit for changing the position of the dot pattern panel for calibrating the camera and the projector.
  • the steps of providing a panel for camera and projector calibration, color calibration, and flat calibration at a position that can face the optical path of the scanner tip of the oral scanner inside the oral scanner calibration device are provided.
  • a dot pattern panel is provided at a position facing the light path of the scanner tip of the oral scanner, and the dot pattern panel from the camera image data input through the oral scanner in the step of fixing the scanner tip of the oral scanner.
  • the steps of fixing the scanner tip of the oral scanner in a position where the focus is focused on, and obtaining image data the steps of obtaining image data by projecting a pattern set through the projector of the oral scanner and changing the position of the dot pattern panel to focus And repetitively acquiring image data according to projection of the pattern set at the focused position and analyzing the point coordinates of the image data acquired from the oral scanner in the step of calculating the calibration parameter, and internal parameters of the camera and the projector. And external parameters can be calculated.
  • a color panel made by combining colors with known color channel values at a position facing the light path of the scanner tip of the oral scanner is prepared, and in the step of fixing the scanner tip of the oral scanner, the oral scanner is installed.
  • the gain of the color channel value may be calculated from the camera image obtained in the step of fixing the scanner tip of the oral scanner at a position in which the focus of the color panel is correct in the camera image data input through and calculating a calibration parameter.
  • a flat panel is provided at a position facing the light path of the scanner tip of the oral scanner, and in the step of acquiring image data, a pattern of different phases is projected through the projector of the oral scanner, and then image data
  • a plane phase map may be obtained by performing an operation on the image data obtained in the step of acquiring and calculating a calibration parameter.
  • a single instrument is connected to the end of the scanner tip of the oral scanner, and various calibrations, that is, camera and projector calibration, color calibration, and plane calibration are performed through rotation of the connected device. You can do all of them with just one instrument.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of an oral system when an oral scanner calibration apparatus according to an embodiment of the present invention operates for flat or color calibration;
  • FIG. 2 is a view showing the configuration of the oral system when the oral scanner calibration device is operated for camera and projector calibration
  • FIG. 3 is a view showing the configuration of the oral system including a perspective view of the oral scanner calibration device
  • FIG. 4 is a view showing the configuration of an oral scanner calibration apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a flow of a camera-projector calibration method according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a diagram showing a flow of a color calibration method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a flow of a plane calibration method according to an embodiment of the present invention.
  • Combinations of each block of the attached block diagram and each step of the flowchart may be executed by computer program instructions (execution engine), and these computer program instructions are executed on the processor of a general purpose computer, special purpose computer or other programmable data processing device. As it may be mounted, its instructions executed by the processor of a computer or other programmable data processing device generate means for performing the functions described in each block of the block diagram or each step of the flowchart.
  • These computer program instructions may also be stored in a computer usable or computer readable memory that can be directed to a computer or other programmable data processing device to implement a function in a particular way, so that the computer usable or computer readable memory It is also possible to produce an article of manufacture that includes instruction means for performing the functions described in each block of the block diagram or each step of the flowchart.
  • each block or each step may represent a module, segment, or part of code containing one or more executable instructions for executing specified logical functions, and in some alternative embodiments mentioned in the blocks or steps. It should be noted that it is also possible for functions to occur out of order. For example, two blocks or steps shown in succession may in fact be performed substantially simultaneously, and the blocks or steps may be performed in the reverse order of a corresponding function as necessary.
  • FIG. 1 to 3 are diagrams showing the configuration of a scan system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an oral system when the oral scanner calibration device 2 is operated for flat or color calibration
  • FIG. 2 is a view showing the configuration of the oral scanner calibration device 2 for camera and projector calibration.
  • It is a diagram showing the configuration of the oral system when operating
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the oral system including the perspective view of the oral scanner calibration device 2.
  • the scanning system includes an oral scanner 2, an oral scanner calibration device 2, and an image processing device 3.
  • the oral scanner 2 scans the user's oral cavity or an oral model through a camera to obtain image data of the oral cavity or oral cavity model.
  • the oral scanner 2 may output light by driving a light source of internal illumination, and then illuminate the inside of the user's oral cavity or a model of the oral cavity through light irradiated to the outside along the optical path. Then, the light reflected from the inside of the oral cavity or the oral cavity model may again reach the image sensor of the camera along the optical path, thereby obtaining image data inside the oral cavity.
  • the optical path is formed through the scanner tip of the oral scanner 2.
  • the scan model data acquired through the oral scanner 2 is data having information on actual teeth including damaged teeth.
  • the scan model data may be obtained by scanning a gypsum-shaped oral model created after the patient's mouth with a 3D scanner. As another example, it may be obtained by scanning the inside of the patient's oral cavity using a 3D intra-oral scanner.
  • Oral scanner calibration device (2) is one instrument, three calibrations for the oral scanner (1), that is, camera and projector calibration, color calibration and plane calibration through three rotations by connecting one instrument to the end of the scanner tip of the oral scanner. You can do all of them.
  • the image processing apparatus 3 receives image data from the oral scanner 2 and processes it using a processor.
  • the image processing device 3 is an electronic device capable of executing an image processing program.
  • Electronic devices include computers, notebook computers, laptop computers, tablet PCs, smartphones, mobile phones, personal media players (PMPs), personal digital assistants (PDAs), and the like.
  • Image processing programs include scan programs, CAD programs, and guide design programs. In addition, it can be applied to programs for medical image processing, including dental implant surgery.
  • the oral scanner calibration apparatus 2 includes a main body 20, a communication unit 26, a control unit 28, and a first driving unit 29.
  • the main body 20 includes the scanner tip accommodating portion 21 and the calibration portions 22 and 24, and may further include a second driving portion 240.
  • the main body 20 of FIGS. 1 to 3 has a cylindrical shape, and all three calibrations can be achieved through the internal rotation of the main body 20 in three stages.
  • the scanner tip of the oral scanner 1 is inserted into the scanner tip receiving portion 21.
  • the communication unit 26 is responsible for communication between the oral scanner calibration device 2 and the image processing device 3, and transmits a control signal received from the image processing device 3 to the control unit 28.
  • the communication unit 26 is capable of connecting wired communication such as USB and wireless communication such as Bluetooth and Wi-fi.
  • the control unit 28 checks the control signal received from the image processing apparatus 3 and controls the execution of operations required for each calibration function.
  • the calibration functions include camera and projector calibration, color calibration, and plane calibration functions.
  • the first driving unit 29 serves to change the calibration panel through internal rotation of the main body 20.
  • the first driving unit 29 may be a motor.
  • the calibration unit 22 for color calibration or plane calibration includes a panel 222 and a support unit 220.
  • the panel for color calibration is a color panel
  • the panel for flat calibration is a flat panel.
  • the color panel and the flat panel are formed in the main body 20 to be spaced apart from each other, and may face the light path of the scanner tip through the inner rotation of the main body 20.
  • the calibration unit 24 for camera and projector calibration includes a dot pattern panel 242 and a second driving unit 240.
  • the second driving unit 240 serves to change the position of the dot pattern panel 242 in the calibration step of the camera and projector.
  • the second driving unit 240 may be a motor.
  • the dot pattern panel 242 may have an inclined surface as shown in FIG. 2.
  • each calibration function is as follows. For example, through camera-projector calibration, internal and external parameters of the camera and projector can be obtained. Through color calibration, the gain value of each color channel can be obtained. Planar phase maps can be obtained through 3D plane calibration.
  • FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an oral scanner calibration apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the oral scanner calibration apparatus 2 has a triangular column shape. At this time, one dot pattern panel 34, a color panel 36, and a flat panel 38 are provided inside the three surfaces of the triangular pillar. Accordingly, if the main body 30 is rotated by 120 degrees, all of the camera and projector calibration, color calibration, and plane calibration can be performed. The scanner tip of the oral scanner 1 is inserted into the scanner tip receiving portion 32.
  • each oral scanner calibration method will be described with reference to FIGS. 5 to 7.
  • the internal rotation of the oral scanner calibration device 2 the image capture operation of the oral scanner 1, the image data reception from the oral scanner 1 of the image processing device 3, image processing and image analysis operations, etc. The process is carried out.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a flow of a camera-projector calibration method according to an embodiment of the present invention.
  • a dot pattern panel is provided at a position facing the optical path of the scanner tip of the oral scanner for camera-projector calibration (S510).
  • the image processing device receives the camera image data and uses the received camera image data to focus and focus on the dot pattern panel.
  • the scanner tip of the oral scanner is fixed to the position (S520).
  • the location in focus is the location where the dot pattern panel can be seen well in the camera image data.
  • the oral scanner acquires an image by projecting a pattern set such as a gray code or a binary code using a projector (S530).
  • steps S520 and S530 are repeatedly performed until a preset number of position changes (for example, at least three times) is reached (S550) while changing the position of the dot pattern panel (S540) to obtain image data. .
  • the image processing apparatus analyzes the point coordinates of the image data acquired from the oral scanner (S560), and calculates internal parameters and external parameters of the camera and projector (S570).
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a flow of a color calibration method according to an embodiment of the present invention.
  • a color panel is provided at a position facing the optical path of the scanner tip of the oral scanner (S610). At this time, the color panel is made by combining colors with known values of RGB (or other color channels such as YUV and HSV).
  • the color panel is focused and the scanner tip of the oral scanner is fixed to the focused position (S620).
  • the position in focus is the position where the color panel is clearly visible in the camera image data.
  • the image processing apparatus acquires the camera image from the oral scanner at the focused position (S630), and then calculates the gain of the RGB (or YUV, HSV channel) value through the matrix calculation below (S640).
  • (Rt, Gt, Bt) is the correct answer value of each preset color channel
  • (Ri, Gi, Bi) is the raw data value of the color channel measured in each image
  • T is the transpose.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a flow of a plane calibration method according to an embodiment of the present invention.
  • a flat panel is provided at a position facing the optical path of the scanner tip of the oral scanner for flat surface calibration (S710). Subsequently, while rotating the oral scanner calibration device, the flat panel is focused and the scanner tip of the oral scanner is fixed to the focused position (S720). The position in focus is the position where the flat panel can be seen well in the camera image data.
  • the oral scanner acquires image data after projecting patterns having different phases through the projector (S730).
  • the image processing apparatus obtains a plane phase map by performing an atan() operation on the image data acquired from the oral scanner (S740).

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Abstract

구강 스캐너 캘리브레이션 장치 및 그 방법이 개시된다. 일 실시 예에 따른 구강 스캐너 캘리브레이션 장치는, 구강 스캐너의 스캐너 팁이 삽입되는 스캐너 팁 수용부와, 스캐너 팁의 광 경로와 대면하는 위치에 점 패턴 패널, 색상 패널 및 평면 패널이 서로 이격되어 형성되는 캘리브레이션부를 포함하는 본체와, 영상 처리 장치와 통신하는 통신부와, 통신부를 통해 수신된 제어신호를 확인하고 카메라 및 프로젝터 캘리브레이션, 색상 캘리브레이션 및 평면 캘리브레이션 기능에 필요한 동작 수행을 제어하는 제어부와, 본체의 내부 회전을 통해 캘리브레이션 패널을 변경하는 제1 구동부를 포함한다.

Description

구강 스캐너 캘리브레이션 장치 및 그 방법
본 발명은 구강 스캐너 캘리브레이션 기술에 관한 것이다.
구강 스캐너는 일련의 스캐닝 시퀀스(Scanning Sequence)를 통해 대상 물체에 대한 다수의 광학 이미지를 획득하고, 이들을 이용하여 대상 물체에 대한 3차원 모델 데이터를 생성하는 3차원 스캐너의 일종이다. 구강 스캐너는 이러한 3차원 스캐너 중에서 신체 일부, 특히 치아와 잇몸 등 구강 내부의 구조물에 대한 일련의 광학 이미지를 획득하기에 적합하도록 구성된 장치를 말한다.
구강 스캐너의 제조 과정에서나 사용 과정에서 3차원 모델 데이터에 오차를 발생시키는 요인이 생길 수 있다. 위생상의 목적으로 구강 스캐너의 일부를, 예를 들어 반사경 등의 광학 요소를 갖는 스캐너 팁을 교체하여 사용하도록 구성된 경우, 그것 또한 오차 발생의 요인이 될 수 있다. 따라서, 정확한 3차원 모델 데이터 획득을 위해서는 구강 스캐너에 대한 오차 보정 작업, 즉 캘리브레이션(calibration)이 수시로 요구된다. 그런데 캘리브레이션 마다 다른 기구물을 사용하여 수행해야 하는 번거로움이 존재한다. 사용자 입장에서는 여러 번 기구물을 제거하고 연결하여 캘리브레이션을 수행해야 하는 번거로움이 있다.
일 실시 예에 따라, 구강 스캐너의 스캐너 팁 끝에 하나의 기구를 연결하고 연결된 기구의 회전을 통해 여러 가지의 캘리브레이션을 한 번에 모두 수행할 수 있는 구강 스캐너 캘리브레이션 장치 및 그 방법을 제안한다.
일 실시 예에 따른 구강 스캐너 캘리브레이션 장치는, 구강 스캐너의 스캐너 팁이 삽입되는 스캐너 팁 수용부와, 스캐너 팁의 광 경로와 대면하는 위치에 점 패턴 패널, 색상 패널 및 평면 패널이 서로 이격되어 형성되는 캘리브레이션부를 포함하는 본체와, 영상 처리장치와 통신하는 통신부와, 통신부를 통해 수신된 제어신호를 확인하고 카메라 및 프로젝터 캘리브레이션, 색상 캘리브레이션 및 평면 캘리브레이션 기능에 필요한 동작 수행을 제어하는 제어부와, 본체의 내부 회전을 통해 캘리브레이션 패널을 변경하는 제1 구동부를 포함한다.
본체는 원통형일 수 있다. 본체는 삼각기둥이며, 점 패턴 패널, 색상 패널 및 평면 패널은 삼각기둥의 옆 면에 각각 위치할 수 있다.
본체는 카메라 및 프로젝터 캘리브레이션을 위한 점 패턴 패널의 위치를 변경하는 제2 구동부를 더 포함 할 수 있다.
다른 실시 예에 따른 구강 스캐너 캘리브레이션 방법은, 구강 스캐너 캘리브레이션 장치의 내부에서 구강 스캐너의 스캐너 팁의 광 경로와 대면 가능한 위치에, 카메라 및 프로젝터 캘리브레이션, 색상 캘리브레이션 및 평면 캘리브레이션을 위한 패널을 각각 마련하는 단계와, 구강 스캐너 캘리브레이션 장치에 구강 스캐너의 스캐너 팁이 수용되는 단계와, 구강 스캐너 캘리브레이션 장치를 회전시켜 가면서 구강 스캐너를 통해 입력되는 카메라 영상 데이터를 이용하여 소정의 캘리브레이션 패널에 대한 초점을 맞추고 초점이 맞춰진 위치에 구강 스캐너의 스캐너 팁을 고정시키는 단계와, 초점이 맞춰진 위치에서 구강 스캐너를 통해 영상 데이터를 획득하는 단계와, 획득된 영상 데이터로부터 캘리브레이션 파라미터를 계산하는 단계를 포함한다.
패널을 각각 마련하는 단계에서 구강 스캐너의 스캐너 팁의 광 경로와 대면하는 위치에 점 패턴 패널을 마련하고, 구강 스캐너의 스캐너 팁을 고정시키는 단계에서 구강 스캐너를 통해 입력된 카메라 영상 데이터에서 점 패턴 패널에 대한 초점이 맞는 위치에 구강 스캐너의 스캐너 팁을 고정시키고, 영상 데이터를 획득하는 단계는 구강 스캐너의 프로젝터를 통해 패턴 세트를 투사하여 영상 데이터를 획득하는 단계와 점 패턴 패널의 위치를 변경하면서 초점을 맞추고 초점이 맞춰진 위치에서 패턴 세트 투사에 따른 영상 데이터 획득을 반복 수행하는 단계를 포함하며, 캘리브레이션 파라미터를 계산하는 단계에서 구강 스캐너로부터 획득한 영상 데이터의 점 좌표들을 분석하여 카메라 및 프로젝터의 내부 파라미터 및 외부 파라미터를 계산할 수 있다.
패널을 각각 마련하는 단계에서 구강 스캐너의 스캐너 팁의 광 경로와 대면하는 위치에 색 채널 값을 알고 있는 색들을 조합하여 만든 색상 패널을 마련하고, 구강 스캐너의 스캐너 팁을 고정시키는 단계에서 구강 스캐너를 통해 입력된 카메라 영상 데이터에서 색상 패널에 대한 초점이 맞는 위치에 구강 스캐너의 스캐너 팁을 고정하고, 캘리브레이션 파라미터를 계산하는 단계에서 획득된 카메라 영상으로부터 색 채널 값의 게인을 계산할 수 있다. 캘리브레이션 파라미터를 계산하는 단계에서 (Rt, Gt, Bt) =
Figure PCTKR2020003023-appb-img-000001
(Ri, Gi, Bi) T 행렬 계산을 통해 색 채널 값의 게인을 계산하며, 여기서, (Rt, Gt, Bt)는 각 미리 설정한 색 채널의 정답 값이고,
Figure PCTKR2020003023-appb-img-000002
는 각 색 채널의 게인 값이며, (Ri, Gi, Bi)는 각 영상에서 측정한 색 채널의 원시 데이터(raw data) 값일 수 있다.
패널을 각각 마련하는 단계에서 구강 스캐너의 스캐너 팁의 광 경로와 대면하는 위치에 평면 패널을 마련하고, 영상 데이터를 획득하는 단계에서 구강 스캐너의 프로젝터를 통해 위상이 서로 다른 패턴을 투사한 후 영상 데이터를 획득하고, 캘리브레이션 파라미터를 계산하는 단계에서 획득된 영상 데이터를 대상으로 연산을 수행하여 평면 위상지도를 획득할 수 있다.
일 실시 예에 따른 구강 스캐너 캘리브레이션 장치 및 그 방법에 따르면, 구강 스캐너의 스캐너 팁 끝에 하나의 기구를 연결하고 연결된 기구의 회전을 통해 여러 가지의 캘리브레이션, 즉, 카메라 및 프로젝터 캘리브레이션, 색상 캘리브레이션 및 평면 캘리브레이션을 하나의 기구만을 가지고 모두 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 구강 스캐너 캘리브레이션 장치가 평면 또는 색상 캘리브레이션을 위해 동작할 때의 구강 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 2는 구강 스캐너 캘리브레이션 장치가 카메라 및 프로젝터 캘리브레이션을 위해 동작할 때의 구강 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 3은 구강 스캐너 캘리브레이션 장치의 투시 모습을 포함한 구강 시스템의 구성을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구강 스캐너 캘리브레이션 장치의 구성을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라-프로젝터 캘리브레이션 방법의 흐름을 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 색상 캘리브레이션 방법의 흐름을 도시한 도면,
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 평면 캘리브레이션 방법의 흐름을 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명의 실시 예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
첨부된 블록도의 각 블록과 흐름도의 각 단계의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들(실행 엔진)에 의해 수행될 수도 있으며, 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.
이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 또는 흐름도의 각 단계에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.
그리고 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장치를 수행하는 인스트럭션들은 블록도의 각 블록 및 흐름도의 각 단계에서 설명되는 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록 또는 각 단계는 특정된 논리적 기능들을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있으며, 몇 가지 대체 실시 예들에서는 블록들 또는 단계들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들 또는 단계들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하며, 또한 그 블록들 또는 단계들이 필요에 따라 해당하는 기능의 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세하게 설명한다. 그러나 다음에 예시하는 본 발명의 실시 예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시 예는 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공된다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 스캔 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 세부적으로 도 1은 구강 스캐너 캘리브레이션 장치(2)가 평면 또는 색상 캘리브레이션을 위해 동작할 때의 구강 시스템의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 구강 스캐너 캘리브레이션 장치(2)가 카메라 및 프로젝터 캘리브레이션을 위해 동작할 때의 구강 시스템의 구성을 도시한 도면이며, 도 3은 구강 스캐너 캘리브레이션 장치(2)의 투시 모습을 포함한 구강 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 스캔 시스템은 구강 스캐너(2), 구강 스캐너 캘리브레이션 장치(2) 및 영상 처리장치(3)를 포함한다.
구강 스캐너(2)는 사용자의 구강 내부 또는 구강 모형을 카메라를 통해 스캔하여 구강 내부 또는 구강 모형의 영상 데이터를 획득한다. 구강 스캐너(2)는 내부 조명의 광원을 구동하여 광을 출력한 후, 광 경로를 따라 외부로 조사된 광을 통해 사용자의 구강 내부 또는 구강 모형을 비출 수 있다. 그러면, 구강 내부 또는 구강 모형에서 반사된 광은 다시 광 경로를 따라 카메라의 이미지 센서에 도달함으로써 구강 내부의 영상 데이터를 획득할 수 있다. 광 경로는 구강 스캐너(2)의 스캐너 팁(scanner tip)을 통해 형성된다. 구강 스캐너(2)를 통해 획득하는 스캔 모델 데이터는 손상된 치아를 포함한 실제 치아들의 정보를 가진 데이터이다. 스캔 모델 데이터는 환자의 구강을 본떠 생성한 석고 형태의 구강 모형을 3D 스캐너(3D Scanner)로 스캐닝하여 획득될 수 있다. 다른 예로서, 구강 내 3D 스캐너(3D Intra-oral scanner)를 이용하여 환자의 구강 내부를 스캐닝하여 획득될 수있다.
구강 스캐너 캘리브레이션 장치(2)는 기구 하나로 구강 스캐너(1)를 위한 3가지 캘리브레이션, 즉, 구강 스캐너의 스캐너 팁 끝에 하나의 기구를 연결하여 3단계 회전을 통해 카메라 및 프로젝터 캘리브레이션, 색상 캘리브레이션 및 평면 캘리브레이션을 모두 수행할 수 있다.
영상 처리장치(3)는 구강 스캐너(2)로부터 영상 데이터를 수신하고 이를 프로세서를 이용하여 처리한다. 영상 처리장치(3)는 영상 처리 프로그램을 실행 가능한 전자장치이다. 전자장치는 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 태블릿(Tablet) PC, 스마트폰, 휴대폰, PMP(Personal Media Player), PDA(Personal Digital Assistants) 등이 있다. 영상 처리 프로그램은 스캔 프로그램, CAD 프로그램, 가이드 디자인 프로그램 등이 있다. 또한, 치과 임플란트 수술을 포함하여 의료영상 처리를 위한 프로그램에 적용될 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 전술한 특징을 가지는 구강 스캐너 캘리브레이션 장치(2)의 구조에 대해 후술한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 구강 스캐너 캘리브레이션 장치(2)는 본체(20), 통신부(26), 제어부(28) 및 제1 구동부(29)를 포함한다. 본체(20)는 스캐너 팁 수용부(21)와 캘리브레이션부(22, 24)를 포함하며, 제2 구동부(240)를 더 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 3의 본체(20)는 원통형으로써, 3단계의 본체(20) 내부 회전을 통해 3가지의 캘리브레이션을 모두 달성할 수 있다.
스캐너 팁 수용부(21)에는 구강 스캐너(1)의 스캐너 팁이 삽입된다.
통신부(26)는 구강 스캐너 캘리브레이션 장치(2)와 영상 처리장치(3) 간 통신을 담당하며, 영상 처리장치(3)로부터 수신되는 제어신호를 제어부(28)에 전달한다. 통신부(26)는 USB 등의 유선통신 연결과, 블루투스(Bluetooth), 와이파이(Wi-fi) 등과 같은 무선통신 연결이 모두 가능하다.
제어부(28)는 영상 처리장치(3)로부터 수신된 제어신호를 확인하고 각 캘리브레이션 기능에 필요한 동작 수행을 제어한다. 캘리브레이션 기능은 카메라 및 프로젝터 캘리브레이션, 색상 캘리브레이션 및 평면 캘리브레이션 기능을 포함한다.
제1 구동부(29)는 본체(20)의 내부 회전을 통해 캘리브레이션 패널을 변경해주는 역할을 한다. 제1 구동부(29)는 모터일 수 있다.
색상 캘리브레이션 또는 평면 캘리브레이션을 위한 캘리베이션부(22)는 패널(222)과 지지부(220)를 포함한다. 색상 캘리브레이션을 위한 패널은 색상 패널이고, 평면 캘리브레이션을 위한 패널은 평면 패널이다. 색상 패널과 평면 패널은 본체(20) 내에 서로 이격되어 형성되며, 본체(20)의 내부 회전을 통해 스캐너 팁의 광 경로와 대면될 수 있다.
카메라 및 프로젝터 캘리브레이션을 위한 캘리베이션부(24)는 점 패턴 패널(242)과 제2 구동부(240)를 포함한다. 제2 구동부(240)는 카메라 및 프로젝터 캘리브레이션 단계의 점 패턴 패널(242)의 위치를 변경해주는 역할을 한다. 제2 구동부(240)는 모터일 수 있다. 점 패턴 패널(242)은 도 2에 도시된 바와 같이 경사진 면을 가질 수 있다.
각 캘리브레이션 기능을 통해 얻을 수 있는 것은 다음과 같다. 예를 들어, 카메라-프로젝터 캘리브레이션을 통해서는 카메라 및 프로젝터의 내부 파라미터 및 외부 파라미터를 얻을 수 있다. 색상 캘리브레이션을 통해서는 각 색상 채널의 게인(Gain) 값을 얻을 수 있다. 3D 평면 캘리브레이션을 통해서는 평면 위상지도를 얻을 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 구강 스캐너 캘리브레이션 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 구강 스캐너 캘리브레이션 장치(2)는 삼각기둥 모양이다. 이때, 삼각기둥의 세 면 내부에 점 패턴 패널(34), 색상 패널(36) 및 평면 패널(38)이 하나씩 마련된다. 이에 따라, 본체(30)를 120도씩 회전시키면 카메라 및 프로젝터 캘리브레이션, 색상 캘리브레이션 및 평면 캘리브레이션을 모두 수행할 수 있다. 스캐너 팁 수용부(32)에는 구강 스캐너(1)의 스캐너 팁이 삽입된다.
이하, 도 5 내지 도 7을 참조로 하여 각 구강 스캐너 캘리브레이션 방법을 후술한다. 이를 위해, 구강 스캐너 캘리브레이션 장치(2)의 내부 회전동작, 구강 스캐너(1)의 영상 촬영 동작, 영상 처리장치(3)의 구강 스캐너(1)로부터 영상 데이터 수신, 영상 처리 및 영상 분석 동작 등의 프로세스가 수행된다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 카메라-프로젝터 캘리브레이션 방법의 흐름을 도시한 도면이다.
도 5를 참조하면, 카메라-프로젝터 캘리브레이션을 위해 구강 스캐너의 스캐너 팁의 광 경로와 대면하는 위치에 점 패턴 패널을 마련한다(S510).
이어서, 구강 스캐너 캘리브레이션 장치를 회전시켜 가면서 구강 스캐너를 통해 카메라 영상 데이터를 생성하면, 영상 처리장치가 카메라 영상 데이터를 수신하고 수신된 카메라 영상 데이터를 이용하여 점 패턴 패널에 대한 초점을 맞추고 초점이 맞춰진 위치에 구강 스캐너의 스캐너 팁을 고정시킨다(S520). 초점이 맞는 위치는 카메라 영상 데이터에서 점 패턴 패널이 잘 보이는 위치이다.
이어서, 구강 스캐너는 프로젝터를 이용하여 그레이 코드(Gray code)나 이진 코드(Binary code) 등의 패턴 세트를 투사하여 영상을 획득한다(S530). 이때, 점 패턴 패널의 위치를 변경(S540)해 가면서 미리 설정된 위치변경 횟수(예를 들어, 최소 3회 이상)에 도달할 때(S550)까지 단계 S520, S530을 반복 수행하여 영상 데이터를 획득한다.
이어서, 영상 처리장치는 구강 스캐너로부터 획득한 영상 데이터의 점 좌표들을 분석(S560) 하여, 카메라 및 프로젝터의 내부 파라미터 및 외부 파라미터를 계산한다(S570).
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 색상 캘리브레이션 방법의 흐름을 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 색상 캘리브레이션을 위해 구강 스캐너의 스캐너 팁의 광 경로와 대면하는 위치에 색상 패널을 마련한다(S610). 이때, 색상 패널은 미리 RGB(혹은 YUV, HSV와 같은 다른 색 채널들도 포함한다.) 값을 알고 있는 색을 조합하여 만든 것이다.
이어서, 구강 스캐너 캘리브레이션 장치를 회전시켜 가면서 색상 패널에 대한 초점을 맞추고 초점이 맞춰진 위치에 구강 스캐너의 스캐너 팁을 고정시킨다(S620). 초점이 맞는 위치는 카메라 영상 데이터에서 색상 패널이 잘 보이는 위치이다.
이어서, 영상 처리장치는 초점이 맞춰진 위치에서 구강 스캐너로부터 카메라 영상을 획득(S630) 한 후, 아래의 행렬 계산을 통해 RGB(혹은 YUV, HSV의 각 채널) 값의 게인을 계산한다(S640).
(Rt, Gt, Bt) =
Figure PCTKR2020003023-appb-img-000003
(Ri, Gi, Bi) T
여기서, (Rt, Gt, Bt)는 각 미리 설정한 색 채널의 정답 값이고,
Figure PCTKR2020003023-appb-img-000004
는 각 색 채널의 게인 값이며, (Ri, Gi, Bi)는 각 영상에서 측정한 색 채널의 원시 데이터(raw data) 값이며, T는 전치(transpose)이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 평면 캘리브레이션 방법의 흐름을 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 평면 캘리브레이션을 위해 구강 스캐너의 스캐너 팁의 광 경로와 대면하는 위치에 평면 패널을 마련한다(S710). 이어서, 구강 스캐너 캘리브레이션 장치를 회전시켜 가면서 평면 패널에 대한 초점을 맞추고 초점이 맞춰진 위치에 구강 스캐너의 스캐너 팁을 고정시킨다(S720). 초점이 맞는 위치는 카메라 영상 데이터에서 평면 패널이 잘 보이는 위치이다.
이어서, 구강 스캐너는 프로젝터를 통해 위상이 서로 다른 패턴을 투사한 후 영상 데이터를 획득한다(S730). 영상 처리장치는 구강 스캐너로부터 획득된 영상 데이터를 대상으로 atan() 연산을 수행하여 평면 위상지도를 획득한다(S740).
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 구강 스캐너의 스캐너 팁이 삽입되는 스캐너 팁 수용부; 와, 상기 스캐너 팁의 광 경로와 대면하는 위치에 점 패턴 패널, 색상 패널 및 평면 패널이 서로 이격되어 형성되는 캘리브레이션부; 를 포함하는 본체;
    영상 처리장치와 통신하는 통신부;
    상기 통신부를 통해 수신된 제어신호를 확인하고 카메라 및 프로젝터 캘리브레이션, 색상 캘리브레이션 및 평면 캘리브레이션 기능에 필요한 동작 수행을 제어하는 제어부; 및
    본체의 내부 회전을 통해 캘리브레이션 패널을 변경하는 제1 구동부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 구강 스캐너 캘리브레이션 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 본체는
    원통형인 것을 특징으로 하는 구강 스캐너 캘리브레이션 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 본체는
    삼각기둥이며,
    상기 점 패턴 패널, 상기 색상 패널 및 상기 평면 패널은 상기 삼각기둥의 옆 면에 각각 위치하는 것을 특징으로 하는 구강 스캐너 캘리브레이션 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 본체는
    상기 카메라 및 상기 프로젝터 캘리브레이션을 위한 점 패턴 패널의 위치를 변경하는 제2 구동부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구강 스캐너 캘리브레이션 장치.
  5. 구강 스캐너 캘리브레이션 장치의 내부에서 구강 스캐너의 스캐너 팁의 광 경로와 대면 가능한 위치에, 카메라 및 프로젝터 캘리브레이션, 색상 캘리브레이션 및 평면 캘리브레이션을 위한 패널을 각각 마련하는 단계;
    상기 구강 스캐너 캘리브레이션 장치에 상기 구강 스캐너의 스캐너 팁이 수용되는 단계;
    상기 구강 스캐너 캘리브레이션 장치를 회전시키면서 상기 구강 스캐너를 통해 입력되는 카메라 영상 데이터를 이용하여 소정의 캘리브레이션 패널에 대한 초점을 맞추고 초점이 맞춰진 위치에 상기 구강 스캐너의 스캐너 팁을 고정시키는 단계;
    상기 초점이 맞춰진 위치에서 상기 구강 스캐너를 통해 영상 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 획득된 영상 데이터로부터 캘리브레이션 파라미터를 계산하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 구강 스캐너 캘리브레이션 방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 패널을 각각 마련하는 단계는
    상기 구강 스캐너의 스캐너 팁의 광 경로와 대면하는 위치에 점 패턴 패널을 마련하고,
    상기 구강 스캐너의 스캐너 팁을 고정시키는 단계는
    상기 구강 스캐너를 통해 입력된 카메라 영상 데이터에서 상기 점 패턴 패널에 대한 초점이 맞는 위치에 상기 구강 스캐너의 스캐너 팁을 고정시키고,
    상기 영상 데이터를 획득하는 단계는
    상기 구강 스캐너의 프로젝터를 통해 패턴 세트를 투사하여 상기 영상 데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 점 패턴 패널의 위치를 변경하면서 초점을 맞추고 초점이 맞춰진 위치에서 상기 패턴 세트의 투사에 따른 상기 영상 데이터의 획득을 반복 수행하는 단계; 를 포함하며,
    상기 캘리브레이션 파라미터를 계산하는 단계는
    상기 구강 스캐너로부터 획득한 영상 데이터의 점 좌표들을 분석하여 카메라 및 프로젝터의 내부 파라미터 및 외부 파라미터를 계산하는 것을 특징으로 하는 구강 스캐너 캘리브레이션 방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 패널을 각각 마련하는 단계는
    상기 구강 스캐너의 스캐너 팁의 광 경로와 대면하는 위치에 색 채널 값을 알고 있는 색들을 조합하여 만든 색상 패널을 마련하고,
    상기 구강 스캐너의 스캐너 팁을 고정시키는 단계는
    상기 구강 스캐너를 통해 입력된 카메라 영상 데이터에서 상기 색상 패널에 대한 초점이 맞는 위치에 상기 구강 스캐너의 스캐너 팁을 고정하고,
    상기 캘리브레이션 파라미터를 계산하는 단계는
    상기 획득된 영상 데이터로부터 색 채널 값의 게인을 계산하는 것을 특징으로 하는 구강 스캐너 캘리브레이션 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 캘리브레이션 파라미터를 계산하는 단계는
    (Rt, Gt, Bt) =
    Figure PCTKR2020003023-appb-img-000005
    (Ri, Gi, Bi) T 행렬 계산을 통해 상기 색 채널 값의 게인을 계산하며,
    여기서, 상기 (Rt, Gt, Bt)는 미리 설정한 각 색 채널의 정답 값이고,
    상기
    Figure PCTKR2020003023-appb-img-000006
    는 각 색 채널의 게인 값이며, 상기 (Ri, Gi, Bi)는 각 영상에서 측정한 색 채널의 원시 데이터(raw data) 값인 것을 특징으로 하는 구강 스캐너 캘리브레이션 방법.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 패널을 각각 마련하는 단계는
    상기 구강 스캐너의 스캐너 팁의 광 경로와 대면하는 위치에 평면 패널을 마련하고,
    상기 영상 데이터를 획득하는 단계는
    상기 구강 스캐너의 프로젝터를 통해 위상이 서로 다른 패턴을 투사한 후 상기 영상 데이터를 획득하고,
    상기 캘리브레이션 파라미터를 계산하는 단계는
    상기 획득된 영상 데이터를 대상으로 연산을 수행하여 평면 위상지도를 획득하는 것을 특징으로 하는 구강 스캐너 캘리브레이션 방법.
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