DE29521554U1

DE29521554U1 - Device for computer-aided restoration of teeth

Info

Publication number: DE29521554U1
Application number: DE29521554U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Sirona Dental Systems GmbH
Priority date: 1995-07-07
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 1997-07-31
Anticipated expiration: 2005-07-08

Description

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BeschreibungDescription

Vorrichtung zur rechnergestützten Restauration von ZähnenDevice for computer-aided restoration of teeth

In der US-PS 4 575 805 ist eine Vorrichtung zur rechnergestützten Restauration von Zähnen beschrieben, mit der in einem ersten Schritt zunächst die Geometrie des zu restaurierenden Zahnes und eventuell seiner Umgebung, d.h. auch der Gegenzähne, mit einer vorzugsweise optischen Meßvorrichtung aufgenommen und die erhaltenen Werte in einem Speicher abgelegt werden. Als Meßeinrichtung wird dort eine 3D-Meßkamera verwendet, mit der von dem aufzunehmenden Objekt, dem präparierten Zahn, ein monochromes 3D-BiId erzeugt wird, indem auf das Objekt eine opake, diffus reflektierende Schicht aufgebracht wird und anschließend das Objekt mit einer monochromatischen Lichtquelle beleuchtet wird.US Patent No. 4,575,805 describes a device for computer-aided restoration of teeth, with which, in a first step, the geometry of the tooth to be restored and possibly its surroundings, i.e. also the opposing teeth, are recorded using a preferably optical measuring device and the values obtained are stored in a memory. A 3D measuring camera is used as the measuring device, with which a monochrome 3D image of the object to be recorded, the prepared tooth, is generated by applying an opaque, diffusely reflecting layer to the object and then illuminating the object with a monochromatic light source.

In einem zweiten Schritt wird das Bild vom Anwender interpretiert, d.h. es müssen Bodenlinien, Kavitätenränder, Äquatorlinien, Hocker, etc. erkannt und in das Bild eingezeichnet werden. Dies geschieht größtenteils von Hand durch den erfahrenen Arzt. In einem dritten Schritt wird das Restaurat (Inlay, Onlay, Krone, Veneer etc.) konstruiert. Diese Aufgabe erfordert professionelle CAD-Arbeit vom Bediener mit dreidimensionalem Vorstellungsvermögen und der Fähigkeit, am Bildschirm mit Computermitteln zu konstruieren.In a second step, the image is interpreted by the user, i.e. floor lines, cavity edges, equator lines, cusps, etc. must be recognized and drawn into the image. This is mostly done by hand by the experienced doctor. In a third step, the restoration (inlay, onlay, crown, veneer, etc.) is designed. This task requires professional CAD work from the operator with three-dimensional imagination and the ability to design on the screen using computer tools.

Die Qualität des Restaurats hängt dabei wesentlich von diesen Fähigkeiten und vom Trainingszustand des Anwenders ab. In einem vierten Schritt wird das Ergebnis dieser Konstruktionstätigkeit in ein Programm für eine numerisch gesteuerte Schleif-/Fräsmaschine übersetzt. In einem fünften Schritt wird schließlich das Restaurat in der NC-Maschine aus einem Materialblock gefertigt. Im letzten Schritt wird das Restaurat in den Kiefer eingegliedert.The quality of the restoration depends largely on these skills and the training level of the user. In a fourth step, the result of this design activity is translated into a program for a numerically controlled grinding/milling machine. In a fifth step, the restoration is finally manufactured from a block of material in the NC machine. In the last step, the restoration is integrated into the jaw.

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Ein Problem stellt die Bildinterpretation als Voraussetzung für eine gelungene Rekonstruktion dar. Bei dem heute üblichen Verfahren wird - wie eingangs bereits angesprochen -die betroffene Oberfläche vorher mit einem opaken, diffus reflektierenden Material beschichtet und der Gegenstand dann mit einer monochromatischen Lichtquelle beleuchtet. Das damit vom Gegenstand unter dieser Schicht erhaltene monochrome Bild erschwert die Identifikation des abgebildeten Materials. So kann nicht immer eindeutig erkannt werden, ob es sich bei dem abgebildeten Teil um einen Zahn oder um Zahnfleisch handelt, oder ob krankes und gesundes Material abgebildet wird.One problem is the interpretation of the image as a prerequisite for a successful reconstruction. In the current procedure - as already mentioned at the beginning - the affected surface is first coated with an opaque, diffusely reflecting material and the object is then illuminated with a monochromatic light source. The monochrome image thus obtained of the object beneath this layer makes it difficult to identify the material depicted. It is therefore not always possible to clearly determine whether the part depicted is a tooth or gums, or whether diseased and healthy material is depicted.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die 3D-Bildinterpretation zu verbessern.The invention specified in claim 1 is based on the object of improving 3D image interpretation.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine 3D-Meßkamera vorzusehen, mit der man außer dem monochromatischen 3D-Meßbild auch Farbbilder aufnehmen und diese für die Bildinterpretation und Restauration nutzen kann, indem man die Farbbilder mit dem 3D-Meßbild zur Überlagerung bringt, wobei die beiden Aufnahmen mit ein und derselben Kamera erstellt werden. Hierzu kann wie folgt vorgegangen werden:According to the invention, it is proposed to provide a 3D measuring camera with which, in addition to the monochromatic 3D measuring image, color images can also be recorded and used for image interpretation and restoration by superimposing the color images with the 3D measuring image, with the two images being taken with one and the same camera. To do this, you can proceed as follows:

Das Objekt wird nicht mit monochromatischem Licht, sondern mit weißem Licht beleuchtet. Die Kamera enthält anstelle von einem Schwarz-Weiß-CCD einen Farb-CCD mit einer vorgesetzten Farbfiltermaske, wobei die vorgesetzte Farbfiltermaske jeweils für die spezifische Farbe des im CCD verwendeten Pixels und für die Farbe des Meßsystems (häufig im IR-Bereich durch-0 lässig) ist. Die Kameraoptik ist dabei farbkorrigiert, d.h. alle Linsen und Prismensysteme sind chromatisch korrigiert. Die Zufuhr des Lichts kann über einen Lichtleiter oder auch über eine externe Lichtquelle erfolgen.The object is not illuminated with monochromatic light, but with white light. Instead of a black and white CCD, the camera contains a color CCD with a color filter mask attached to it, whereby the color filter mask attached to it is for the specific color of the pixel used in the CCD and for the color of the measuring system (often transparent in the IR range). The camera optics are color-corrected, i.e. all lenses and prism systems are chromatically corrected. The light can be supplied via a light guide or via an external light source.

Alternativ kann das Meßobjekt bei der Farbaufnahme nacheinander mit den charakteristischen Farben rot, grün, blau be-Alternatively, the measuring object can be illuminated successively with the characteristic colors red, green, blue during color recording.

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leuchtet oder das vom Objekt reflektierte Licht sequentiell in den drei Farbben zerlegt werden. Die Kameraoptik ist hierzu wieder farbkorrigiert (Achromat). Der CCD ist über den sichtbaren Bereich bis zum Meßbereich empfindlich. Das reflektierte Licht wird in der Kamera sequentiell empfangen. Die dabei nacheinander entstehenden drei Bilder werden auf elektronischem Wege zu Farbbildern verrechnet. Die Beleuchtung in den drei Farben kann durch in oder außerhalb der Kamera angeordnete Lichtquellen erfolgen, wobei in letzterem Falle ein geeigneter Lichtleiter vorhanden sein muß. Vorteilhaft kann es sein, drei in verschiedenen Wellenlängen emittierende Laserdioden zu verwenden; alternativ kann auch ein rotierendes Farbfilter vor einer konventionellen Glühlampe angebracht sein. Die Schwarz-Weiß-3D-Bilder und die Farbbilder werden vorteilhafterweise gleichzeitig auf einem Bildschirm übereinander oder nebeneinander dargestellt. Besonders vorteilhaft ist es, beide Bilder überlagert auf einem Bildschirm darzustellen. Damit läßt sich ein Optimum an Interpretierbarkeit des Bildes erzielen, insbesondere lassen sich Linien, Kanten, Übergänge usw. wesentlich besser erkennen.lights up or the light reflected from the object is broken down sequentially into the three colors. The camera optics are color-corrected (achromatic) for this purpose. The CCD is sensitive from the visible range up to the measuring range. The reflected light is received sequentially in the camera. The three images that are created one after the other are electronically processed into color images. The illumination in the three colors can be provided by light sources arranged inside or outside the camera, whereby in the latter case a suitable light guide must be present. It can be advantageous to use three laser diodes emitting at different wavelengths; alternatively a rotating color filter can be attached in front of a conventional light bulb. The black and white 3D images and the color images are advantageously displayed simultaneously on a screen one above the other or next to each other. It is particularly advantageous to display both images superimposed on a screen. This allows an optimum level of interpretability of the image to be achieved, in particular lines, edges, transitions, etc. can be recognized much better.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.The invention is described below using embodiments.

Die Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer herkömmlichen Meßkamera, wie sie in der eingangs genannten US-PS 4 575 805 offenbart ist. Eine solche, allgemein mit 1 bezeichnete Meßkamera enthält eine möglichst punktförmige monochromatische Lichtquelle 2, vorzugsweise eine LED, die im Infrarotbereich 0 emittiert. Nach Durchgang durch einen kondensor 3 wird das Licht auf ein oszillierendes Strichgitter 4 geworfen. Das Strichgitter 4 wird über das eine (obere) Loch einer Zweilochblende 5, ein Objektiv 6, ein Kopfprisma 7 und eine Feldlinse 8 auf das zu messende Objekt projiziert. Das reflektierte Licht gelangt auf umgekehrtem Wege über das andere (untere) Loch der Zweilochblende 5, ein Umlenkprisma 9 aufFigure 1 shows an embodiment of a conventional measuring camera, as disclosed in the aforementioned US patent 4,575,805. Such a measuring camera, generally designated 1, contains a monochromatic light source 2 that is as point-shaped as possible, preferably an LED that emits in the infrared range. After passing through a condenser 3, the light is projected onto an oscillating grating 4. The grating 4 is projected onto the object to be measured via one (upper) hole of a two-hole aperture 5, an objective 6, a head prism 7 and a field lens 8. The reflected light passes in the opposite direction via the other (lower) hole of the two-hole aperture 5, a deflection prism 9 onto

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einen CCD-Sensor 10. Der CCD-Sensor ist hier ein Schwarz-Weiß-CCD-Sensor. In einer Bildelektronik 11 und einem nicht dargestellten, außerhalb der Kamera befindlichen Rechner werden die erhaltenen Bildinformationen zu 3D-Bildern verrechnet. a CCD sensor 10. The CCD sensor here is a black and white CCD sensor. The image information obtained is processed into 3D images in an image electronics unit 11 and a computer (not shown) located outside the camera.

Es gibt nun zwei grundsätzliche Wege, die vorbeschriebene 3D-Meßkamera zu einer Färb-Videokamera zu modifizieren.There are now two basic ways to modify the previously described 3D measuring camera into a color video camera.

Das Objekt wird anstelle mit monochromatischem Licht mit weißem Licht beleuchtet und der Schwarz-Weiß-CCD-Sensor 10 durch einen Farb-CCD-Sensor 10' mit vorgesetzter Farbfiltermaske ersetzt. Die in der Kamera vorhandenen Linsen- und Prismensysteme sind nach üblichen optischen Verfahren chromatisch korrigiert (Achromaten). Die Lichtquelle kann dabei, wie in Fig. 1 gezeigt, in der Kamera oder auch extern in einem entfernten Lichtmodul angeordnet sein.The object is illuminated with white light instead of monochromatic light and the black and white CCD sensor 10 is replaced by a color CCD sensor 10' with a color filter mask attached. The lens and prism systems in the camera are chromatically corrected using standard optical methods (achromats). The light source can be arranged in the camera or externally in a remote light module, as shown in Fig. 1.

Als zweiter Weg wird alternativ vorgeschlagen, das Objekt nicht mit weißem Licht zu beleuchten und die Bilder mit einem Farb-CCD-Sensor aufzunehmen, sondern einen beliebigen, vorzugsweise einen Schwarz-Weiß-CCD-Sensor, vorzusehen und das Objekt sequentiell mit wenigstens drei Farben zu beleuchten, oder das vom Objekt reflektierte Licht sequentiell in die drei Farben zu zerlegen Der Vorteil dieser Variante liegt unter anderem in einer wesentlichen höheren Auflösung des CCD's {ein Pixel pro Bildpunkt, im Gegensatz zu drei Pixeln pro Bildpunkt bei einem Farb-CCD).As a second alternative, it is suggested not to illuminate the object with white light and to take the pictures with a color CCD sensor, but to provide any CCD sensor, preferably a black and white one, and to illuminate the object sequentially with at least three colors, or to break down the light reflected from the object sequentially into the three colors. The advantage of this variant lies, among other things, in a significantly higher resolution of the CCD (one pixel per image point, as opposed to three pixels per image point with a color CCD).

Die Beleuchtung mit drei verschiedenen Farben kann, wie beschrieben, durch die Kameraoptik, über getrennte Lichtleiter, die an der Kameraoptik vorbeigeführt werden, oder auch mit Hilfe einer externen Lichtquelle erfolgen.The illumination with three different colors can, as described, be achieved through the camera optics, via separate light guides that are guided past the camera optics, or with the help of an external light source.

Die drei Farben lassen sich z.B. durch drei gepulste LED's oder auch durch drei rotierende oder oszillierende Farbfil-The three colors can be created, for example, by three pulsed LEDs or by three rotating or oscillating color filters.

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terscheiben vor einer üblichen Glühbirne oder Bogenlampe erzeugen. discs in front of a standard light bulb or arc lamp.

Eine vorteilhafte Version dieser Alternativlösung wird anhand der Fig. 2 näher beschrieben. Extern der Kamera 1 ist ein Lichtmodul 12 angeordnet, welches mittels Kabel 13 mit der Kamera 1 verbunden ist. Im Lichtmodul 12 befindet sich eine übliche Lichtquelle 14, die weißes Licht emittiert. Das Licht wird über eine im Kabel 13 verlegte Faseroptik 15 (Lichtleiter) zur Kameraoptik {Fig. 1) geleitet. (Die Lichtquelle 2 in Fig. 1 ist dann nicht vorhanden). Das Licht der drei Farben kann mittels einer im Lichtmodul 12 angeordneten Filterscheibe 16 erzeugt werden, die rotierend zwischen Lichtquelle 14 und Lichteintritt in die Faseroptik 15 angeordnet ist. Die Filterscheibe 16 kann aus drei Sektoren oder Segmenten bestehen, die für drei verschiedene Farben durchlässig sind und z.B. durch einen Schrittmotor 17 gedreht werden. Die Position der Scheibe kann durch einen Winkelgeber 18 erfaßt werden. Im Meßmodus steht die Scheibe auf einer Farbe still. Im Suchbild-Modus rotiert die Scheibe, so daß das Objekt nacheinander mit den drei Farben beleuchtet wird. Der CCD-Sensor 10 in der Kamera nimmt die Bilder nacheinander auf. In einer Bildverarbeitungselektronik 20, die auch die Motorsteuerung beinhalten kann, werden diese drei Bilder zu Videosignalen verarbeitet, die anschließend in einem sogenannten Framegrabber eingefroren werden können.An advantageous version of this alternative solution is described in more detail with reference to Fig. 2. A light module 12 is arranged externally of the camera 1 and is connected to the camera 1 by means of a cable 13. The light module 12 contains a conventional light source 14 that emits white light. The light is guided to the camera optics (Fig. 1) via a fiber optic 15 (light guide) laid in the cable 13. (The light source 2 in Fig. 1 is then not present). The light of the three colors can be generated by means of a filter disk 16 arranged in the light module 12, which is arranged in a rotating manner between the light source 14 and the light entry into the fiber optic 15. The filter disk 16 can consist of three sectors or segments that are permeable to three different colors and are rotated, for example, by a stepper motor 17. The position of the disk can be detected by an angle sensor 18. In the measuring mode, the disk remains stationary on one color. In the search image mode, the disk rotates so that the object is illuminated in the three colors one after the other. The CCD sensor 10 in the camera records the images one after the other. In an image processing electronics 20, which can also contain the motor control, these three images are processed into video signals, which can then be frozen in a so-called frame grabber.

Claims

GR 95 G 3479 Protection claims

1. Device for computer-aided restoration of teeth, using a 3D measuring camera with which a strip grid can be projected onto the optionally surface-coated measuring object (tooth), recorded at a parallax angle and further processed into a monochrome 3D image, characterized in that the measuring camera is modified so that it can also record color images, so that both images can be taken with one and the same camera, and that the camera is connected to an evaluation device which is designed so that color video images generated by the object can be displayed on a screen for better image interpretation and can be superimposed on the 3D image.

2. Device according to claim 1, characterized in that a white light-emitting light source is present and the camera (1) is provided with a color CCD (10') and with a color filter mask placed in front, the color filter mask being transparent to the specific color of the pixel and to the color of the measuring system.

3. Device according to claim 1, characterized in that the camera contains any, preferably a black-and-white CCD sensor (10) and that means (16) are present by means of which the object can be sequentially illuminated with at least three colors or the light reflected from the object can be sequentially broken down into at least three colors.

4. Device according to claim 3, characterized in that

indicates that at least three pulsed LEDs are provided as the light source.

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5. Device according to claim 3, characterized in that a light source (14) emitting white light and in the illumination or reflection light beam path of which a rotating or oscillating color filter disk (16) can be brought, which is designed in separate segments to be permeable to at least three different colors.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the light source (14) is accommodated in a light module (12) arranged externally of the camera (1).

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that means are provided with which the SD images and video images to be related can be adjusted in terms of their size and projection direction.

8. Device according to claim 1, characterized in that a computer is provided with which the image superimposition is carried out.