牙齿比色仪

摘要

本发明公开了一种牙齿比色仪，其包括针对一个或多个目标牙齿摄像的摄像机、紧贴口腔的不透明口内隔舱、连接摄像机及口内隔舱的不透明遮罩、一个或多个供固定一个或多个比色片的支托座、以及连结至摄像机以获取包含目标牙齿及比色片颜色及透明度资讯的比色模组，该模组并依据内容特征演算法处理影像，针对各个提取得的目标牙齿与比色片影像进行比色，以期获得最佳义齿。本发明的成本低，所制作的义齿的牙色误差小。

权利要求

1.牙齿比色仪，其特征在于，包含：

摄像机，针对一颗或多颗目标牙齿进行摄像，其至少包含色光模组以发射色彩光；

不透明口内隔舱，其紧贴于口腔内，该口内隔舱包含软组织阻隔件，用以阻隔目标牙齿附近的软组织，以及挡板，用以将目标置于所需的方向及部份；

不透明遮罩，其一端紧连摄像机，另一端连接口内隔舱；

一个或多个支托座，用以固定一个或多个比色片，使该比色片得以可拆卸的方式装设于该口内隔舱的适当位置上；以及比色模组，其包含有微处理器，该比色模组连结至该摄像机以获取包含该目标牙齿及比色片颜色及透明度资讯，随后依据内容特征演算法处理影像，以自动针对各个提取得的目标牙齿与比色片影像进行比色，由此获得最佳义齿。

2.如权利要求1所述的牙齿比色仪，其特征在于，软组织阻隔件作为张口器并置于口腔内目标牙齿之上。

3.如权利要求1所述的牙齿比色仪，其特征在于，其进一步包含透明度照明模组，是置于该口内隔舱的挡板上。

4.如权利要求3所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中该挡板为切缘或咬合缘挡板，其具有凸出部往口腔延伸，该透明度照明模组置于该凸出部上。

5.如权利要求1所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中该色光模组以固定时间间隔提供特定频率的可见光，该摄像机在各照明期间分开地或连续地提取影像。

6.如权利要求1所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中该目标牙齿及/或色片样本的颜色及透明度资讯可被仪器内含的比色模组进行处理，亦可被电子传送至远端电脑、伺服器或技工室电脑系统进行处理。

7.如权利要求1所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中该色光模组以环状方式设于该摄像机的镜头周围。

8.如权利要求1所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中该支托座设计有支撑空间，用以固定该比色片的棒状或条状连杆。

9.如权利要求1所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中演算法包含：影像处理，其中各个影像被分解成多个区块且杂讯被移除；

色彩特征提取，其中影像的色彩特征被提取并重组成多个色彩特征组合；以及相似度衡量，其中该目标牙齿及资料库中比色片样本的内容经比较及分析后得出合适的选项。

10.如权利要求9所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中就每一个影像而言，仅有未被牙齿或比色片两侧及齿颈部的阴影影响的部份会被切割保留以显示色彩内容。

11.如权利要求10所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中因闪光灯过度反射而造成的杂讯被移除，以得到纯化的色彩内容供比色之用。

12.如权利要求9所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中目标牙齿影像的色彩内容被分割成一个方块阵列，用以使每一个方块均被分析并与比色片色彩特征进行比较。

13.如权利要求12所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中牙齿色彩测量的演算法中，使用了一个或多个虚拟色彩空间，各该色彩空间的色彩特征采自前述的各方块，并就使用分析各方块的色彩统计资料以描述齿色特征作为相似度测量之用。

14.如权利要求13所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中该虚拟色彩空间是使用不同色彩空间系统的一个或多个向量建构而成。

15.如权利要求13所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中该虚拟色彩空间为：Sa*b*色彩空间，其中S来自HSV空间，而a*及b*是来自L*a*b*空间；S代表饱和度，是指色彩饱和度；a*代表偏红度或偏绿度；b*代表偏黄度或偏蓝度。

16.如权利要求13所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中该比色模组使用统计基础模型的训练/预测方式，就上述各虚拟色彩空间进行计算，以比较色彩 特征的比色结果，并据以选择制作义齿的最佳色彩模型，其中该统计训练/预测方式以支持向量机为佳。

17.如权利要求13所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中内容间的距离被定义为各个方块间距离的总合，而二个内容的距离越少，其相似度越高，如内容s与内容t中的两对应方块的距离被定义为：s t 2 1/2

dist(s，t)=(∑i(b(i)-b(i)))

其中i为内容中方块的标号，1≤i≤X x Y，其中，X、Y分别为方块阵列的行数及列数，s t而b 与b 分别为内容s及内容t中的方块。

18.如权利要求9所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中演算法为：支持向量机、神经元网路、K近邻算法、高斯混合模型、高斯演算法、贝氏分类法定理、决策树、幅状基底函数分类其中之一或其组合。

19.如权利要求9所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中该比色模组被设计为依据事先储存的资料产生多种义齿颜色模型，获得的颜色及透明度资讯直接与该义齿模型进行比较分析，以进行目标牙齿及比色片的自动比色。

20.如权利要求1所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中该摄像机为CCD或CMOS型式的数位摄像机。

21.如权利要求1所述的牙齿比色仪，其特征在于，其中该内容特征演算法为影像内容检索方法。

说明书

牙齿比色仪

技术领域

[0001] 本发明涉及制作义齿时颜色及透明度的选择，尤其涉及一种牙齿比色仪。

背景技术

[0002] 牙齿比色为义齿补缀疗程的重要程序，为达到最佳修补质量，义齿颜色的选择应与其他牙色一致。传统上，牙医使用商业的牙色片以目视方式进行牙齿比色，然而，以此目视方式进行选色常因过于依赖专业人士本身的色感而导致误差。

[0003] 近来，在牙医临床上使用昂贵的接触型仪器，大部分现有仪器使用分光仪或色度计以测量在La*b*色彩空间或HSV色彩空间的颜色特征。

[0004] 使用分光仪或色度计包括以下一项或多项的缺点：

[0005] 1、由于牙齿表面并非平面，故不适合使用分光仪或色度计等平面测量工具测量牙齿表面；

[0006] 2、现有仪器的视窗过小，无法涵盖全牙齿表面，故无法提供整体色彩变化阶的基本资讯；

[0007] 3、现有仪器的代数运算不足以提供牙表纹理的色彩描述；

[0008] 4、现有仪器无法提供邻近牙齿的影像以供比对；

[0009] 5、现有仪器难以被正确地置放于目标牙齿不同区域上比对颜色的变化差异；

[0010] 6、仅使用一种色彩空间以获取色彩资讯，在某些情形上可能因光线、环境等因素造成误差。

[0011] 另有其他如美国专利公开号20030148243A1及20070141528A1等设备亦被使用。

[0012] 美国专利公开号20030148243A1的设备包含牙齿摄像机及口腔附着件。该摄像机包含光源及光线接收元件以接收反射光线并用以产生影像，该口腔附着件上可供安置该摄像机并被设计为可接触患着口腔以使摄像机可对准至少口腔的一部分；该口腔附着件包含与光源连接的通道，可供发射光线使患者口腔内牙齿，并将产生的反射光线送至接收元件；设计为可置于患者嘴唇及牙齿间的侧翼自该光线通道径向地向外延伸，该侧翼可有效隔绝其他光线进入光线通道；在该设备上架有与接收元件连结的显示器以显示影像；该设备上另有声音接收元件以利牙医录制与影像相关的语音评论。

[0013] 在美国专利公开号20070141528A1的设备则揭露与牙科用牙齿测量装置摄像机上盖连结的接触罩，当摄像时，牙齿的定位是通过紧邻旁侧的两颗牙齿些微咬住咬合部分，且邻接牙齿的内侧与摄像机的侧面凸面接触。因此，定位摄像机以测量标的牙齿及邻接牙齿的精确度需予提高，不应受制于使用者因素的干扰。

发明内容

[0014] 基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种牙齿比色仪，本发明的成本低，所制作的义齿的牙色误差小。

[0015] 其技术方案如下：

[0016] 牙齿比色仪，包含：

[0017] 摄像机，针对一颗或多颗目标牙齿进行摄像，其至少包含色光模组以发射色彩光；

[0018] 不透明口内隔舱，其紧贴于口腔内，该口内隔舱包含软组织阻隔件，用以阻隔目标牙齿附近的软组织，以及挡板，用以将目标置于所需的方向及部份；

[0019] 不透明遮罩，其一端紧连摄像机，另一端连接口内隔舱；

[0020] 一个或多个支托座，用以固定一个或多个比色片，使该比色片得以可拆卸的方式装设于该口内隔舱的适当位置上；以及

[0021] 比色模组，其包含有微处理器，该比色模组连结至该摄像机以获取包含该目标牙齿及比色片颜色及透明度资讯，随后依据内容特征演算法处理影像，以自动针对各个提取得的目标牙齿与比色片影像进行比色，由此获得最佳义齿。

[0022] 软组织阻隔件作为张口器并置于口腔内目标牙齿之上。

[0023] 其进一步包含透明度照明模组，是置于该口内隔舱的挡板上。

[0024] 其中该挡板为切缘或咬合缘挡板，其具有凸出部往口腔延伸，该透明度照明模组置于该凸出部上。

[0025] 其中该色光模组以固定时间间隔提供特定频率的可见光，该摄像机在各照明期间分开地或连续地提取影像。

[0026] 其中该目标牙齿及/或色片样本的颜色及透明度资讯可被仪器内含的比色模组进行处理，亦可被电子传送至远端电脑、伺服器或技工室电脑系统进行处理。

[0027] 其中该色光模组以环状方式设于该摄像机的镜头周围。

[0028] 其中该支托座设计有支撑空间，用以固定该比色片的棒状或条状连杆。

[0029] 其中演算法包含：

[0030] 影像处理，其中各个影像被分解成多个区块且杂讯被移除；

[0031] 色彩特征提取，其中影像的色彩特征被提取并重组成多个色彩特征组合；以及[0032] 相似度衡量，其中该目标牙齿及资料库中比色片样本的内容经比较及分析后得出合适的选项。

[0033] 其中就每一个影像而言，仅有未被牙齿或比色片两侧及齿颈部的阴影影响的部份会被切割保留以显示色彩内容。

[0034] 其中因闪光灯过度反射而造成的杂讯被移除，以得到纯化的色彩内容供比色之用。

[0035] 其中目标牙齿影像的色彩内容被分割成一个方块阵列，用以使每一个方块均被分析并与比色片色彩特征进行比较。

[0036] 其中牙齿色彩测量的演算法中，使用了一个或多个虚拟色彩空间，各该色彩空间的色彩特征采自前述的各方块，并就使用分析各方块的色彩统计资料以描述齿色特征作为相似度测量之用。

[0037] 其中该虚拟色彩空间是使用不同色彩空间系统的一个或多个向量建构而成。

[0038] 其中该虚拟色彩空间为：

[0039] Sa*b*色彩空间，其中S来自HSV空间，而a*及b*是来自L*a*b*空间；S代表饱和度，是指色彩饱和度；a*代表偏红度(+a*)或偏绿度(-a*)；b*代表偏黄度(+b*)或偏蓝度(-b*)。

[0040] 其中该比色模组使用统计基础模型的训练/预测方式，就上述各虚拟色彩空间进行计算，以比较色彩特征的比色结果，并据以选择制作义齿的最佳色彩模型，其中该统计训练/预测方式以支持向量机(SVM)为佳。

[0041] 其中内容间的距离被定义为各个方块间距离的总合，而二个内容的距离越少，其相似度越高，如内容s与内容t中的两对应方块的距离被定义为：

[0042] dist(s，t)＝(∑i(bs(i)-bt(i))2)1/2

[0043] 其中i为内容中方块的标号，1≤i≤X x Y，而bs与bt分别为内容s及内容t中的方块。

[0044] 其中演算法为：支持向量机(SVM)、神经元网路(多层认知法)、K近邻算法、高斯混合模型、高斯演算法、贝氏分类法定理、决策树、幅状基底函数分类其中之一或其组合。

[0045] 其中该比色模组被设计为依据事先储存的资料产生多种义齿颜色模型，获得的颜色及透明度等资讯直接与义齿模型进行比较分析，以进行目标牙齿及比色片的自动比色。

[0046] 其中该摄像机为CCD或CMOS型式的数位摄像机。

[0047] 其中该内容特征演算法为影像内容检索方法(CBIR)。

[0048] 本发明的牙齿比色仪具有下列优点：

[0049] 使用非接触式的CCD(电荷藕合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)感应器提取牙齿全部表面以进行牙色分析及比较；

[0050] 使用不同色彩光源照射牙齿表面，以就珐琅质、牙本质或不同性质的牙齿材料的条件配色效果进行比对；

[0051] 使用先进的比色演算法以获取更好的牙齿颜色及透明度等资讯；

[0052] 本发明通过清楚传送同时提取的牙齿及适当置放比色片的影像，有效解决现阶段远端义齿制造时，技师及牙医师于牙色沟通上所遭遇的瓶颈。在经由远端技师制作义齿的情形下，本发明可控制远端牙科技工所所产生的牙色误差极小化。

附图说明

[0053] 图1a)为本发明实施例所述牙齿比色仪的具体实施例的内视图；

[0054] 图1b)为图1a)的牙齿比色仪侧视图；

[0055] 图2a)为图1a)的牙齿比色仪的口内隔舱内视图；

[0056] 图2b)为图1a)的牙齿比色仪背侧图；

[0057] 图3a)为图1a)的牙齿比色仪摄像机前视图；

[0058] 图3b)为图3a)的摄像机后视图；

[0059] 图4a)为目标牙齿经由自动色彩内容提取及比色演算法；

[0060] 图4b)为依据图4a)的演算法得出的与目标牙齿合适的色片；

[0061] 图5a)及5b)为使用本发明实施例所述的牙齿比色仪的透明度比较特性，制造的金属烤瓷牙冠及全瓷牙冠的透明度比较，其中图5a)使用不透明义齿材料，而图5b)使用半透明义齿材料；以及

[0062] 图6为使用本发明实施例所述的牙齿比色仪的工作流程图。

[0063] 附图标记说明：

[0064] 1、摄像机，2、色光模组，3、遮罩，4、软组织阻隔件，5、切缘或咬合缘挡板，6、比色片，7、目标牙齿，8、透明度照明模组，9、支托座，10、控制板，11、快门按钮，12、镜头。

具体实施方式

[0065] 下面对本发明的实施例进行详细说明：

[0066] 本发明牙齿比色仪的特色及优点将于下列实施范例中被进一步举例与说明，并可能使用于很多形式、结构和材料的修改。

[0067] 如图1a)至2b)所示的牙齿比色仪是本发明的具体实施例，在本实施例中，该牙齿比色仪包括数位摄像机1、遮罩3及口内隔舱，均为不透明。

[0068] 该摄像机1宜为非接触式数位摄像机，及/或使用CCD/CMOS图像传感技术。在此实施例中，摄像机另外附有多个色光模组2，该模组特别设计为可在连续时间间隔下，发出特定频率的可见光(如白、红、蓝及/或黄光)。该多个色光模组2是以环状架设于摄像机镜头的周围，或可以环状闪光灯代替。在该色光模组照明下，可分别地或连续地提取目标牙齿的多个影像。

[0069] 该摄像机1可进一步包含数位连接界面，使目标牙齿及/或比色片的色彩及透明度等资讯可电子传输至外部系统，如处理资讯的个人电脑、网际网路或技工室电脑系统。如果资讯可通过架设于摄像机内部的控制板就地处理则更佳，该控制板的设计应予简化以便利临床使用。

[0070] 该遮罩3是设计为消除口腔外部光线干扰，且可为任何适合口内隔舱的形状置放于患者口中，并隔绝外来光源的透入。该遮罩3的一端紧连该摄像机1，以确保外部光源无法射入该仪器内部并对获取的影像造成干扰。

[0071] 该口内隔舱包括软组织阻隔件4以阻隔摄像目标牙齿7周围的软组织，该阻隔件与遮罩3的另一端连接。在此实施例中，该阻隔件4是作为张口器使用以便于将遮罩3置于口腔内，该口内隔舱并进一步包含切缘或咬合缘挡板5以便放将目标牙齿7置于所需的方向及部份，例如于影像的中心。在该切缘或咬合缘挡板5下，支托座9内置有选择的比色片6以作为比色参考之用。在此实施例中，该支托座9形成有支撑空间，以固定该比色片6的棒状或条状连杆，其中，该连杆可由金属、树脂或塑胶材料所构成。该比色片6可被机械式地架装于该支托座9上，例如：使用卡榫或螺栓，以使摄像机1可提取比色片6的影像。

[0072] 如图1a)所示，该切缘或咬合缘挡板5有向口腔延伸的凸出部，该凸出部上架有透明度照明模组8，该透明度照明模组提供的后照光源为获取目标牙齿的透明度以制作义齿的重要依据。由于该透明度照明模组8设于目标牙齿7及比色片6后方，本申请人获取的目标牙齿及比色片透明度资讯将有助于制作更精确色调的义齿。在修复性义齿产业中，该取得透明度资讯的设计是第一次被提出。

[0073] 该牙齿比色仪更进一步地包含可以新型比色演算法处理摄影机所提取的目标牙齿7及比色片6的数位影像的比色模组，该演算法将稍后说明。该比色模组可内建或外设，例如内建于摄像机1上或外架于远端伺服器上。

[0074] 图2a及2b分别为该口内隔舱的内视及背视图，可自荧幕及控制板10看见目标牙齿7及比色片6的影像。在此实施例中，荧幕及控制板10可为LCD或LED触控屏幕，另外，控制板10及该LCD或LED荧幕可分别设置于摄像机上。一个快门按钮11被设于摄像机1上以便提取影像。

[0075] 如图2a所示，软组织阻隔件4将唇组织自牙上移除以便将遮罩3置入口中，在图2a及2b的上方列为目标牙齿7而下方列为支托座所装载的比色片6；切缘或咬合缘挡板5置于目标牙齿7及比色片6之间，以便将目标牙齿7置于所需的方向及部分。遮罩3则设于摄像机1的一端，如图2b所示。

[0076] 本实施例所揭示的牙齿比色仪可提取目标牙齿、邻近牙齿及比色片的影像。因此，目标牙齿及比色片的颜色及透明度即时比对及配色可被迅速进行。

[0077] 图3a为移除遮罩3后的摄像机1的前视图，图3b为该摄像机1的后视图。该遮罩3可被如镙丝、嵌合扣件、粘着剂或其他现有且为一般人可轻易操作的合适方法，机械式的架设于摄像机1上。该摄像机1包含镜头12及环状的多个色光模组2。

[0078] 关于本实施例的内容特征演算法

[0079] 在牙科临床上，义齿牙色选择为重要且困难的任务。牙医所面临的一大挑战为选择正确而符合正常牙齿的义齿牙色，以符合患者对于美观的要求。大部分牙科专业人员缺乏色彩学及色彩比较的相关训练，而在牙齿比色过程中，有些先决条件必需要达到才能达到义齿完全与其他自然牙齿颜色符合。在义齿制作过程中，牙医与牙技师需要就牙色进行沟通，然而口语沟通有其限制存在。一般来说，临床牙医需依据患者本身牙色选择适当比色片，牙医对色彩的描述愈精确，义齿的瓷色将愈准确，由此，配色结果为义齿质量的重要决定因素，高质量的义齿必须与邻近牙齿的齿色和谐一致且不容易辨别，因此，完美的牙色选择极为重要。

[0080] 近来，很多关于义齿制造的新技术及数位影像产品被开发，最常见的例子是百万像素的摄像机被使用于提取口内影响及电脑被使用于评估义齿可选用的比色片或比色范围。

[0081] 在色彩学上，可见光谱上的颜色应由三维色彩像素特征组合而成，大部分人眼可见光可由特定的色彩空间向量特征描述。在科学界使用的色彩空间中，最常用的VGA投影技术使用RGB色彩空间，该空间使用红、绿及蓝三向量特征表示特定颜色。孟塞尔提出使用色相、明度及色度(饱和度)描述的HSV色彩空间，其中色相是同一系列的颜色，如红、及蓝；明度是在白与黑之间的亮度；而色度或饱和度是色彩的饱和程度。在1931年，国际照明委员会建立了XYZ色彩空间标准，是以人类视对特定颜色的反应所产生的「三色刺激值」。在1976年，国际照明委员会进一步依据人眼对颜色的反应，制定了L*a*b*色彩空间，L*表示物体的亮度；a*表示红度(+a*)至绿度(-a*)的测量值；而b*表示黄度(+b*)至蓝度(-b*)的测量值。美国牙医协会(ADA)公布使用L*a*b*色彩空间的ΔE以测量牙科用料的
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颜色差别相关规范，ΔE定义为ΔE＝{(L*i-L*j)+(a*i-a*j)+(b*i-b*j)} 。

[0082] 本实施例提供使用内容特征演算法的系统，例如影像内容检索方法(CBIR)，以应用于牙科自动比色。该系统包括三个主要的部分：影像处理、色彩特征提取及相似度测量。在影像处理部分，每一个比色片影像均被分割多个小区以便进一步分析及移除杂讯；在色彩特征提取部分，色彩特征被提取且组合成多个有用的色彩特征组；在相似度测量部分，以距离测量演算法找出符合测试区块的资料库中比色片样本(稍后将进一步说明)，在相似度测量后，一个与所得的测试区块差异最小的比色片样本将被选择。

[0083] 依据本实施例，在正确地置放牙齿比色仪的口内隔舱于口内后，使用者仅需按下摄像机上的快门按钮11，即可提取一系列影像作为色彩比较之用。

[0084] 在每一个被提取的影像中，仅一部分的目标牙齿或比色片区域被切割保留以表现其内容，切割影像的主要目的是为防范该内容受比色片的侧缘或颈缘造成的阴影影响，该切割内容的宽边与高边应尽可能地宽与高，并不应使角落超过牙齿或比色片大小。

[0085] 在过凸区域的色彩内容主要会受到过度反光或闪光的影响，会有杂讯产生，因此该区域需被移除以免影响色彩特征。移除超过某一设定强度门槛的杂讯(该门槛是由影像样本得出)，以过滤过度反光区域，接下来将进一步处理该纯化过的色彩内容。

[0086] 为了更有效率地比较，影像中的目标牙齿内容被分割成X×Y个小方块，每一个小方块均被分析以与合适比色片比较色彩特征，该分割越精细虽有助于细部比较，然而会增加计算的复杂度。如图4a及4b所示，该影像被切成5×8个小区块，亦即X＝5而Y＝8。

[0087] 图4a及4b为使用自动切割色彩内容特征及距离测量演算法比较目标牙齿及比色片样本。在图4a中的目标牙齿7与图4b中的比色片均切成5×8个小方块，其中每一方块的颜色均被测量、检索并在目标牙齿及比色片间比较，以选择制作义齿的最佳比色片。

[0088] 本实施例并研究并评估使用不同色彩空间比较牙色的测量法的效果，每一个别区块的色彩内容在四个常用色彩空间(RGB、HSV、XYZ及L*a*b*)的色彩特征均被提取，相似度测量是就每一方块色彩特征的统计测量(平均值)进行计算。

[0089] 内容距离定义为内容中每一个别方块间距离的总合，而二个内容的距离越少，其相似度越高，如内容s与内容t中的两对应方块的距离被定义为：

[0090] dist(s，t)＝(∑i(bs(i)-bt(i))2)1/2

[0091] 其中i为内容中方块的标号，1≤i≤X x Y，而bs与bt分别为内容s及内容t中的方块。

[0092] 为在四个常用色彩空间中找到合适的色彩空间特征，本申请人使用第一组样本就四种常用色彩空间的比色精确度进行比较，其中比色精确度被定义为测试中出现正确配色的机率，该过程有助于确认适用的色彩空间，比较结果显示，HSV及L*a*b*的精确度较其他色彩空间为高。

[0093] 本申请人进一步仅针对HSV及L*a*b*二色彩空间的色彩特征进行探索，个别特征比较结果示，HSV色彩空间的S特征的配对精确度较高。虽然L*a*b*色彩空间的配对成效亦佳，但L*特征总体而言并无良好加乘效果，所以不认为是一个适用特征。

[0094] 最后，HSV色彩空间的S特征及L*a*b*色彩空间的a*及b*特征被选为新虚拟色彩空间S a*b*的代表特征，其中S为饱和度，代表颜色饱和程度；a*表示红度(+a*)至绿度(-a*)的测量值；而b*表示黄度(+b*)至蓝度(-b*)的测量值。亦即S、a*及b*三特征被选用为新特征组合，该新特征组合并非习有色彩学中真正存在的色彩空间。

[0095] 另外，S a*b*或其他能组成的新特征组合并不一定为习有色彩学中真正存在的色彩空间。

[0096] 另外，本申请人可使用不同色彩空间系统(如：四个常用色彩空间RGB、HSV、XYZ及L*a*b*)的向量进行组合，而形成可用于牙齿比色的新虚拟色彩空间。本实施例所揭示的比色模组是被设计为可使用距离测量方式，或以统计基模型的训练/预测方式(如支持向量机SVM)，比较新虚拟色彩空间或色彩组合的比色精确度，以选择制作义齿的最佳比色片。

[0097] 经测量与分析不同色彩空间各新特征组合后，本申请人发现该新色彩空间Sa*b*较习用的色彩空间(如RGB、XYZ、HSV、L*a*b*或L*a*b*的ΔE)可得较高的比色精度。本实施例显示，在牙医色彩学上，色彩饱和度及强度值对比色精准度均有影响，亦即稍高饱和度及稍底强度齿色的配色精准度较高。

[0098] 本实施例使用的比色过程可由包含微处理器的比色模组自动进行，该微处理器可内含于比色仪中或远端设于牙科技工室电脑系统，牙表色彩分析与配对是以距离测量及模型比色演算法的自动色彩内容检索或模型比对方式。该内容特征演算法可在开放/未控制的环境下，得出良好的比色结果，该比色结果可与接触式分光仪测量效果媲美。本实施例改善内容特征演算法的使用条件，使得本实施例可使用于在临床环境中。由于本仪器可将外在因素隔绝并排除，在其他参数均可控制的情形下，本实施例所得的比色准确度将大幅提升。

[0099] 为达到完美比色，目标牙齿可清楚地置于影像的中央，影像并包含周围组织的资讯。在某些需要色片影像以作为参考或确认的情形下，摄像机则提取色片影像。义齿的透明度内容亦为选择完全适合的瓷层的重要因素，该功能可由口内隔舱的设计达成。

[0100] 图5a及5b为使用透明度照明模组8照明下，使用该牙齿比色仪进行金属烤瓷冠及全瓷冠透明度比较情形。制作义齿时应考虑该透明度资讯，以期达到更好效果。透明度主要取决于义齿材料，图5a中的黑色区域表示该材料为非透明，图5b中的材料则具透光性。

[0101] 在牙医界，此为首次使用不同色片的透明度比较或目标牙齿与色片的透明度比较作为制作为修复义齿的依据。现有的技术使用灰阶资讯来表示义齿材料的透明度，由于具相似反射性质的色片可能具有不同的透明度，该现有技术易产生错误的透明度资讯。例如，金属材料色片的颜色可能与塑胶材料色片的颜色相似，然而前者通常不透光，而后者一般可透光。本实施例的透明度照明模组8的背部照明，成功解决此一难题。除了反射属性外，本实施例的仪器可测得选用色片的透明度资讯，使得相对于目标牙齿的最佳色片可以被选择，亦使得义齿与目标牙齿可被正确比较。

[0102] 依据本实施例目标牙齿与色片的颜色比较可为模型基础或距离测量来实现。该模型基础仪器被设计为可自动测知预设的色彩空间的色彩特征。更特别的是，该比色模组是设计为可依预存的资料产生多种义齿色彩模型，而自提取影像所获得的颜色及透明度等资讯，被直接与产生的模型进行比较与分析，以找到最符合的模型，由此减少比色所需时间，并提高制作最佳义齿的精确度。

[0103] 如上所述，距离测量是以衡量二色彩内容间的内容距离以判定相似度。距离测量是计算内容间各个方块间距离总合而得。

[0104] 图6为本实施例的牙齿比色仪的模型基础分类例示工作流程图。

[0105] 在步骤61中，口内牙齿的外观及纪录是以摄像机1提取，目标牙齿，亦即被治疗的牙齿在摄像过程中，将不会与摄像机1接触。目标牙齿、邻近牙齿，亦或一个或多个色片可被提取于单一影像中以便进行比较。在此步骤中，摄像机1可在色光模组2发射不同可见光，以及置于色片6后的透明度照明模组8照明下，拍摄多个影像。

[0106] 目标牙齿及/或色片样本的颜色及透明度资讯可被仪器内含的比色模组进行处理，亦可被电子传送至远端电脑、伺服器或技工室电脑系统进行处理。首先，该影像的色彩内容将被自动分割成如步骤62所示的X×Y个小方块，如图4a及4b所示。

[0107] 接下来，在步骤63中，依据前述的自动色彩内容特征提取，本申请人可自色彩内容提取的色彩特征建构关于目标牙齿的内容特征描述项。尤其是，组合色彩特征将被提取以建构该内容描述项，例如：HSV空间的S，以及L*a*b*空间的a*及b*。

[0108] 在步骤64中，颜色或色片描述项依统计分类演算被分类至最接近的训练例中，在分类演算(步骤67)中，统计分类样本训练主要利用原有色片训练出不同色彩内容类别。本实施例的统计分类演算以使用支持向量机(SVM)为佳，其他如神经元网路(多层认知法)、K近邻算法、高斯混合模型、高斯演算法、贝氏分类法、决策树、幅状基底函数分类等统计分类演算法亦可为本实施例所用。

[0109] 在步骤65中，选择与目标牙齿最相近的三至五个比色片，以便进一步于临床或义齿制作技工室的目视比较之用。

[0110] 如果需强化牙医与牙技师间的沟通，可重复前述步骤，在支托座9分别置放选取的三至五个色片，再次拍摄更精确的影像，以在该色片中选择最佳色片。

[0111] 本实施例的技术效果：

[0112] 本实施例的牙齿比色仪有助于牙医与牙技师间在义齿制作的沟通。牙医仅需提取目标牙齿及周边牙齿的影像，而毋须具备色彩学相关知识，本实施例的牙齿比色仪将依据牙色测量演算程式，自动地选择最适合的颜色及透明度。如果牙医认为需要的话，色片亦可置于影像中以便即时比较。另外，在沟通过程中，牙技师可于义齿完成并送予牙医诊所前，在技工室中使用相同仪器提取影像比较义齿成品颜色。该仪器包含下列一个或多个优点：

[0113] 1.使用非接触式的CCD(电荷藕合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)感应器提供牙科专业人员简易(如同使用消费性数位摄像机)及低成本的解决方案。且该提取的影像包含许多资讯，包括比色目标牙齿区域的资讯、表面纹路、附近牙齿及软组织形态等制作完美义齿所需的重要资讯。色片亦可被纳入该影像中以便进行比较及确认。

[0114] 2.提取影像目标区外的光源干扰被移除，不受不同诊所或技工室的影响。提取影像目标区被不透明的遮罩隔绝，因此可避免比色表面受到外来光源的影响。

[0115] 3.使用多个色彩光源照射牙齿表面。本实施例的仪器的色光模组提供不同色彩光源，以不同的可见光频率照射，以强化比色效果。该设计有助于选择在不同可见光频率下的相似牙色，亦即不论晴天、阴天、晚上、暖光、萤光下均可得相似牙色。更进一步地，本实施例解决牙齿与不同牙科用材因同色异谱效应而造成反光度不同的问题，以确保使用的瓷料或修复料在不同光线下，均有相似反光特性。

[0116] 4.本实施例特别设计的透明度特征。透明度照明模组可提供目标牙齿及义齿的透明度资讯。

[0117] 5.该仪器操作简便。该仪器设计为即插即用，而且可使用触控屏或控制板操作，因此可减少临床操作时间。

[0118] 6.该数位化影像及资讯可电子传送至外部系统，如电脑、伺服器或使用WIFI、蓝芽或GPRS传输协议传送置网路上。

[0119] 7.本实施例的仪器可使本申请人获取目标牙齿及色片的颜色及透明度资讯，或在无色片的情形下，获取目标牙齿的颜色及透明度资讯。本实施例的仪器亦可提供目标牙齿与义齿的颜色及透明度比较资讯，因此在制作义齿完成后，即地修正任何可能的误差。

[0120] 因此，本实施例提升牙科义齿治疗的质量，并提供牙医合适且简便的义齿牙色决定方式。通过本实施例的仪器，临床专业人员与技师间关于牙色的沟通可以加强，且可实现在牙色比较上使用非接触式的CCD(电荷藕合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)感应器。

[0121] 相对于现存昂贵的牙科用分光仪，本实施例的仪器所需的成本实质地降低。新开发的牙色比较演算法，可有效减低环境光源的变数，因此本实施例可提供更好的比色准确度。

[0122] 更进一步地，本实施例提供多个色彩光源的比色新概念，可使完成义齿的异光源色差极小，该设置于目标牙齿及色片后的透明度照明模组，可使完成的牙冠不仅在颜色方面符合，且在透明度方面亦较现知的所有比色仪器为佳。此实施例提供的特性，提供本地牙技师接收海外的义齿订单，而毋须与患者面对面接触。鉴于牙齿修整为当今的热门产业，且占牙科治疗的大部分，本实施例可使牙医提供高质量义齿，以符合患者对美观的需求。

[0123] 本实施例的仪器使用低成本的非接触式的CCD(电荷藕合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)感应器以进行牙色比较。该仪器在并同前述新式比色计算方式使用时，可提供较现有技术更准确的成果。表一为本实施例的仪器较现有商用产品的一览表。

[0124] 表一

[0125]

[0126] 以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。