具有数据收集反馈的三维扫描器的制作方法

具有数据收集反馈的三维扫描器
1.本技术是于2019年8月29日提交的名称为“具有数据收集反馈的三维扫描器”的中国专利申请201980061709.3(pct/ib2019/000989)的分案申请。
技术领域
2.本发明整体涉及三维扫描器，并且更具体地，涉及具有数据收集反馈的三维扫描器。


背景技术：

3.三维(3d)扫描器是构建物理对象的表面的3d模型的装置。三维扫描器在许多领域中具有应用，包括工业设计和制造、计算机动画、科学、教育、医学、艺术、设计等。


技术实现要素：

4.在一些情况下，手持式3d扫描器是有益的。例如，手持式3d扫描器具有彻底改变考古实地工作的潜力。试想一下研究在世界的偏远角落中发现的精细的考古学样品的结构的任务。在没有手持式3d扫描器的情况下，样品将需要在野外挖掘、封装、在崎岖地形上进行运输并且在实验室中进行研究。该过程费时费力，并且有损坏样品的风险。利用3d扫描器，可以在野外扫描对象的形状，从而减小或消除这些问题。
5.考古学仅仅是一个示例。在许多其他情况下，能够在不在实验室或工业设施中的情况下获得对象的3d模型是有益的。作为另一个示例，委托制作每位美国总统的官方半身像是一种传统。先前的总统的半身像是使用石膏完成的，这要求总统们通过其鼻孔中的吸管呼吸，同时使一层薄薄的石膏在他们的脸上干燥。相比之下，使用一对3d扫描器在数分钟内完成了对巴拉克
·
奥巴马的半身像的数据捕获。
6.然而，仍然存在某些问题。例如，3d扫描器的一个问题是，用户难以实时了解他或她是否已收集到足以获得一定质量的3d再现的数据。用户可能回到了实验室(该实验室可以例如距考古作业点数千英里)才意识到数据有缺陷，并且无法再现表面的完整3d模型。结果，常常需要大量时间训练用户正确使用3d扫描器，这限制了当前可用的3d扫描器的适用性。
7.所公开的装置和方法解决了与3d扫描器相关联的上述不足和其他问题。在一些实施方案中，装置为3d扫描器。在一些实施方案中，装置为便携式3d扫描器。在一些实施方案中，装置为手持式3d扫描器。在一些实施方案中，装置具有显示器，该显示器提供指示所获取的数据(例如，3d数据)的质量或数量的反馈(例如，与扫描对象同时进行)。在一些实施方案中，装置具有触敏显示器(也被称为“触摸显示屏”或“触屏显示器”)。在一些实施方案中，装置具有图形用户界面(gui)、一个或多个处理器、存储器和存储于存储器中以用于执行多个功能的一个或多个模块、程序或指令集。用于执行这些功能的可执行指令任选地被包括在非暂态计算机可读存储介质或被配置用于由一个或多个处理器执行的其他计算机程序产品中。
8.根据一些实施方案，在与显示器通信的三维(3d)扫描器处执行方法。3d扫描器包括一个或多个光学传感器。该方法包括使用该一个或多个光学传感器扫描具有表面的对象，其中扫描生成对应于对象的表面的至少一部分的3d形状的数据。该方法进一步包括使用该数据生成对象的表面的形状的至少一部分的3d再现。该方法进一步包括向显示器提供对象的表面的形状的至少一部分的3d再现的预览。该方法进一步包括向显示器提供对应于对象的表面的至少一部分的3d形状的数据的数量或质量的至少一者的指示，以用于与对象的表面的形状的至少一部分的3d再现的预览一起渲染。
9.根据一些实施方案，三维(3d)扫描器包括壳体、包封在壳体中的一个或多个激光器、包封在壳体中的一个或多个光学传感器和包封在壳体中的一个或多个处理器。该一个或多个处理器与该一个或多个激光器和该一个或多个光学传感器通信。3d扫描器进一步包括存储指令的存储器，这些指令在由一个或多个处理器执行时通过重复执行以下操作来使3d扫描器生成对应于对象的表面的至少一部分的3d形状的数据：使用该一个或多个激光器朝对象的表面投射结构光；以及，在朝对象的表面投射结构光的同时，使用该一个或多个光学传感器获取对象的表面的图像。
10.根据一些实施方案中，三维(3d)扫描器包括一个或多个光源；一个或多个光学传感器；与一个或多个光源和一个或多个光学传感器通信的多个处理器；以及存储器。存储器存储指令，这些指令在由多个处理器执行时通过重复执行以下操作来使3d扫描器生成对应于对象的表面的至少一部分的3d形状的数据：使用一个或多个光源朝对象的表面投射结构光；以及在朝对象的表面投射结构光的同时，使用一个或多个光学传感器获取对象的表面的图像。3d扫描器包括冷却歧管，该冷却歧管包括与一个或多个光源、一个或多个光学传感器和多个处理器热耦接的单个金属件。
11.根据一些实施方案，在包括一个或多个光学传感器的3d扫描器处执行方法。该方法包括使用一个或多个光学传感器扫描具有表面的对象。扫描生成对应于对象的表面的三维(3d)形状的第一数据。该方法进一步包括，针对对象的表面的多个相应部分中的每一者，确定第一数据的数量或质量是否满足预定阈值，该预定阈值对应于将对象的表面的部分的形状再现为预定精度所需的数据的数量或质量。该方法进一步包括，在针对对象的表面的多个部分的每个相应部分确定第一数据的数量或质量是否满足预定阈值之后，使用一个或多个光学传感器进一步扫描对象，该预定阈值对应于将对象的表面的该部分的形状再现为预定精度所需的数据的数据或质量。进一步扫描生成对应于对象的表面的三维形状的第二数据。该方法进一步包括弃置第二数据的至少一部分，其中第二数据的弃置部分对应于第一数据的数量或质量满足预定阈值的对象的表面的相应部分。
12.根据一些实施方案，3d扫描器包括一个或多个光源、一个或多个光学传感器、任选的显示器、一个或多个处理器和存储一个或多个程序的存储器；一个或多个程序被配置成由一个或多个处理器执行，并且一个或多个程序包括用于执行或导致执行本文所描述的方法中的任一者的操作的指令。根据一些实施方案，计算机可读存储介质具有存储于其中的指令，这些指令在由具有一个或多个光源、一个或多个光学传感器、任选的显示器和一个或多个处理器的3d扫描器执行时，使3d扫描器执行或导致执行本文所描述的方法中的任一者的操作。根据一些实施方案，具有一个或多个光源、一个或多个光学传感器、任选的显示器、一个或多个处理器和存储一个或多个程序的存储器的3d扫描器上的图形用户界面包括本
文所描述的方法中的任一者中显示的元件的中的一者或多者，如本文所描述的方法中的任一者中所描述的，这些元件响应于输入进行更新。根据一些实施方案，电子装置包括：一个或多个光源、一个或多个光学传感器、任选的显示器、以及用于执行或导致执行本文所描述的方法中的任一者的操作的装置。
13.因此，为3d扫描器提供了用于在3d扫描数据获取期间的数据收集反馈的改进的方法和界面，从而增加了有效性、效率以及用户对此类装置的满意度。
附图说明
14.为了更好地理解所描述的各种实施方案，应当结合以下附图参考下文的具体实施方式，在附图中类似的附图标识在所有附图中指代对应的部件。
15.图1a至图1b示出根据一些实施方案的3d扫描器的各种视图。
16.图2是根据一些实施方案的在获取3d数据的同时执行的用于分析来自3d扫描器的3d数据的方法的流程图。
17.图3是根据一些实施方案的3d扫描器的框图。
18.图4a至图4f示出根据一些实施方案的位于3d扫描器上的用于提供3d数据收集反馈的示例用户界面。
19.图5是示出根据一些实施方案的3d扫描器(包括冷却歧管)的剖视图的机械制图。
20.图6a至图6b示出根据一些实施方案的用于提供来自3d扫描器的3d数据收集反馈的方法的流程图。
21.图7示出根据一些实施方案的获取和存储来自3d扫描器的数据的方法的流程图。
具体实施方式
22.如下文所描述的，一些实施方案提供了一种提供数据收集反馈的3d扫描器。在一些实施方案中，当用户扫描对象以收集数据时，3d扫描器显示对象的3d再现的预览以及数据的质量或数量的指示(例如，显示于3d扫描器上的内置显示器中)。3d再现的预览和数据的数量或质量的指示随着用户获取更多数据进行持续地实时更新。在一些实施方案中，数据的质量或数量的指示被覆盖在对象的3d再现上。例如，对象的3d再现呈现为表面，并且该表面的颜色表示数据的数量或质量。用户因而可以在显示器上看出数据中存在空白的位置。例如，当针对对象的一部分完全不存在数据时，在一些实施方案中，3d再现的预览完全不显示针对对象的该部位的表面。当针对对象的一部分存在一些数据但是不足以形成对象的该部分的适当再现时，对象的该部分的3d再现被渲染为红色。因此，用户可以继续获取数据，直至对象的预览被数量或质量足以完全再现对象的3d模型的数据完全填充为止。在一些实施方案中，完全再现对象的3d模型的数据的数量或质量的充足度由不同颜色指示。在一些实施方案中，该不同颜色为绿色。
23.因此，用户可以确定他或她何时已收集足够的数据，并且还可以确定对象的哪个部分需要更多的数据收集。后一特征允许用户将扫描集中于对象中需要更多数据的那些部分。与所公开的实施方案相比，3d扫描的先前的系统和方法需要用户在没有足以了解何时已收集足够的数据的反馈的情况下收集数据。结果，为了保险起见，用户将获取过量的数据，这将导致对扫描器的存储器的过度使用以及扫描器内的热产生。因为存储器任务和热
产生任务将通常借助于有线连接被委托至外部计算机，所以过度存储器使用和热产生的问题使得难以产生真正独立的(self
‑
contained)手持式3d扫描器(例如，能够至少生成初始的3d再现的手持式3d扫描器)。因而，所公开的实施方案通过便于有效收集数据(这继而促成较小大小的3d扫描器及其可携带性)来改进3d扫描器。
24.另外，本公开的一些实施方案提供能够在户外日光条件下操作(例如，获得足以再现对象的3d形状的信噪比)的手持式3d扫描器，其中激光器作为1级激光器操作(例如，在所有正常使用条件下都是安全的)。用于确保激光器在1级范围内操作的正常方法是将激光器包封在大型壳体中，使得当光退出壳体时，光被衰减成足以被视为1级。因为手持式扫描器必须具有相对小的大小(例如，小于30cm x 30cm x 30cm)，所以该方法对手持式扫描器无效。本公开的一些实施方案，通过适当选择脉宽、峰值功率、重复率和/或占空比来将其光源操作为1级，使得激光为1级，与激光器的距离相对小(例如，25cm)。
25.另外，由于获得3d数据的方式(例如，从功率相当大的光源频闪地产生光、以及每秒收集并处理许多图像)，热产生和去除是设计能够实时预览对象的3d再现的手持式3d扫描器中的最大挑战之一。虽然保持相对低的温度是重要的，但是保持温度一致(在空间和时间两者上一致)至少是同等重要的。为此，一些实施方案提供了一种冷却歧管，该冷却歧管包括与扫描器的光源、光学传感器和处理器热耦接的单个金属件。冷却歧管通过提供扫描器的主要热生成部件之间的热连接，将扫描器的各个部件保持在一致且稳定的温度下。因此，冷却歧管降低了扫描器达到温度温度所需的“预热(warm
‑
up)”时间、允许更大的处理功率、并且增加了扫描器可收集数据的时间量。
26.在设计3d扫描器中的另外的挑战是，3d扫描器在扫描期间产生巨量数据。一些实施方案通过识别正在被扫描的对象中已收集到足够数据的区域，来改进存储来自3d扫描器的数据的过程。这些实施方案然后随着扫描继续弃置针对那些区域所收集的数据中的一些或全部。因此，这些实施方案降低了在扫描对象的同时收集的数据总量，这通过降低装置所需的存储量或者可替代地允许装置的存储装置被用在最需要的地方来改进装置，从而得到更高质量3d再现。
27.现在将参考实施方案，这些实施方案的示例在附图中示出。在下列描述中，为了提供对所描述的各种实施方案的透彻理解，阐述了许多具体细节。然而，对本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践所描述的各种实施方案。在其他实例中，未对熟知的方法、规程、部件、电路和网络进行详细描述以免不必要地模糊实施方案的发明方面。
28.图1a至图1b示出根据一些实施方案的3d扫描器100的各种视图。扫描器100包括主体壳体102、柄部108和电池壳体110(例如，该电池壳体包含电池)。在一些实施方案中，3d扫描器100是便携的手持式扫描器。为此，在一些实施方案中，3d扫描器100具有小于30cm x 30cm x 30cm的尺寸(例如，配合在具有30cm x 30cm x 30cm的尺寸的盒体内)。在一些实施方案中，3d扫描器100足够轻以由人用一只手携带(例如，3d扫描器100重约2.5kg)。
29.在一些实施方案中，主体壳体102可以与柄部108分开。在一些实施方案中，主体壳体102可以经由安装点112(例如，安装点112
‑
a至安装点112
‑
c)被安装(例如，在没有柄部108和电池壳体110的情况下)成单独设备(例如，机器人机动扫描臂)。因此，3d扫描器100可以从手持式扫描器转换成工业扫描器或实验室扫描器。
30.在一些实施方案中，3d扫描器100通过下列步骤生成对象的3d模型：将光的空间图案(本文中被称为“结构光”)投射到对象的表面上，并且在光的空间图案被投射到对象的表面上时，使用光学传感器(例如，相机)获取对象的表面的图像。为此，主体壳体102容置一个或多个内部光源(例如，图5中的竖直空腔表面发射激光器(vcsel)506)和源光学器件104。一个或多个内部光源以特定频率通过主体壳体102内部的空间图案化的滑块(例如，图5中的滑块516)通过源光学器件104将光频闪地投射(例如，投射脉冲光)到对象的表面上。通过由主体壳体102容置的相机光学器件106获取投射到对象的表面上的结构光的图像。一个或多个相机/传感器(例如，图5中的电荷耦合装置(ccd)检测器502)记录投射到对象的表面上的结构光的图像。如题为“(system and method for three
‑
dimensional measurement of the shape of material objects)”的美国专利号7,768,656中更详细地描述的，可以通过投射到对象的表面上的光的图案中的失真(即，其中失真由对象的表面的形状导致)确定对象的表面的形状的3d模型，该专利据此通过引用全文并入。
31.在一些实施方案中，内部光源是激光器。在一些实施方案中，内部光源是竖直空腔表面发射激光器(vcsel)。在一些实施方案中，3d扫描器作为1级光源操作，意味着激光器在主体壳体102之外的任何地方均被视为1级(即，截止到本公开的提交日期，如联邦法规第21条第1040部分所定义的)。
32.注意，在一些实施方案中，扫描器100提供对象的表面的足够照度，使得在户外日光条件下获取的图像具有足以再现对象的至少一部分的3d形状的信噪比(例如，具有至少0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、或0.5mm的精度；或者，可替代地，具有0.25mm、0.5mm、0.75mm、或1mm的分辨率)。用于确保激光器在1级范围内操作的正常方法是，将激光器包封在大型壳体中，使得当光退出壳体时，光被衰减得足以被视为1级。因为手持式扫描器必须具有相对小的大小(例如，小于30cm x 30cm x 30cm)，所以该方法对手持式扫描器无效。本公开的一些实施方案通过适当选择脉宽、峰值功率、重复率和/或占空比来将包封于主体壳体102中的光源操作为1级，从而允许扫描器100是手持式的、安全的、并且能够在正常的日光条件(例如，在120,000勒克斯、100,000勒克斯、2,000勒克斯、或1,000勒克斯下)下操作。这还允许扫描器100具有相对短的最小工作距离(例如，不大于35mm的最小工作距离)。
33.此外，为了增加来自结构光数据的信噪，并区分结构光数据和纹理(例如，颜色)数据，在一些实施方案中，以可见光谱之外的频率(例如，红外(ir)频率)操作上述vcsel激光器。在此类实施方案中，除了相机镜头(例如，相机光学器件106)之外，主体壳体102还包封ir/可见分束器，该ir/可见分束器将ir光引导至第一光学传感器(例如，图5中的ccd检测器502
‑
a)，并且将可见光引导至第二光学传感器(例如，图5中的ccd检测器502
‑
b)。在一些实施方案中，同步检测来自第一光学传感器的数据与来自一个或多个光源的频闪光，使得优先于其他频率下的信息而检测频闪频率下的数据。这可以例如使用同步解调或通过门控第一光学传感器以与产生光的一个或多个光源同步地收集数据来完成。
34.在一些实施方案中，包封于主体壳体102中的第二光学传感器(例如，图5中的ccd检测器502
‑
b)获取纹理数据(例如，颜色数据)。在一些实施方案中，纹理数据用于用颜色渲染3d再现(例如，如下所描述的，在颜色未用于提供关于数据的数量或质量的反馈时)以及跟踪扫描器100的位置和/或旋转(例如，通过图像分析和配准)两者，该位置和/或旋转继而用于相对于对象配准(例如，对准)由扫描器100在不同位置处采集的结构光数据(例如，3d
形状数据)(例如，如下文参考图3所述)。
35.主体壳体102还包封一个或多个移动传感器，这些移动传感器跟踪扫描器100的移动。一个或多个移动传感器任选地包括3轴加速计、3轴陀螺仪和/或3轴磁力计以测量扫描器100的位置和/或旋转。在一些实施方案中，尽管扫描器100仅具有六个机械自由度(即，三个位置自由度和三个旋转自由度)，但是一个或多个移动传感器包括3轴加速计、3轴陀螺仪和3轴磁力计中的所有三者，并且因此被称为九(9)自由度(dof)传感器。来自一个或多个移动传感器的位置和/或旋转数据用于跟踪扫描器100的位置和/或旋转(例如，通过卡尔曼滤波器的应用)，该位置和/或旋转继而用于相对于对象配准(例如，对准)由扫描器100在不同位置处采集的结构光数据(例如，3d形状数据)(例如，如下文参考图3所述)。
36.为了便于机载自动处理(例如，为了至少产生对象的初始3d再现)，以便给予用户完全移动的扫描体验，在一些实施方案中，主体壳体102容置多个处理器，该多个处理器包括一个或多个场可编程门阵列、一个或多个图形处理单元(gpu)和/或一个或多个cpu。参考图2至图3对这些部件以及由这些部件中的每一者执行的任务进行了更详细的讨论。在这一点上，注意主体壳体102包含足够的处理以至少产生对象的3d模型的初始再现(例如，对象的3d模型的预览)就足够了。
37.主体壳体102进一步容置显示器114，该显示器114显示扫描器100的图形用户界面。其中，随着扫描器100扫描对象，扫描器100的图形用户界面显示对象的初始3d再现(例如，对象的3d再现的预览)。在一些实施方案中，显示器114为触敏显示器(有时称作触摸屏)，并且因此还可以接收用户输入(例如，以开始扫描、暂停扫描、终止扫描和以其他方式控制扫描器100)。
38.图2是根据一些实施方案的在获取3d数据的同时执行的用于分析来自3d扫描器的3d数据的方法200的流程图。方法200在3d扫描器(例如，图1、图3和图5中的3d扫描器100)处执行。任选地对方法200中的一些操作进行组合，和/或任选地改变一些操作的次序。为了便于解释，方法200被描述为由3d扫描器100执行。然而，方法200可以使用根据本公开构建的任何3d扫描器来实施。相反地，在其他实施方案中，3d扫描器100根据本公开的教导内容执行方法200以外的方法。在一些实施方案中，在获取3d数据的同时，连续实时地执行方法200。在一些实施方案中，方法200得到对象的形状的3d再现的预览，该预览在用户获取数据的同时被显示于3d扫描器的显示器上(例如，连续实时地生成对象的形状的3d再现的预览，并且随着扫描器100从传感器202获取附加数据而更新)。
39.扫描器100从多个传感器202获取数据。例如，第一光学传感器收集纹理(例如，颜色)数据204
‑
a(例如，第一ccd检测器，诸如图5中的ccd检测器502
‑
a)，第二光学传感器收集3d数据204
‑
b(例如，第二ccd检测器，诸如图5中的ccd检测器502
‑
b)，并且运动传感器收集移动数据204
‑
c(例如，9dof传感器，该传感器可以使用微电机械系统(mems)、陀螺仪或其他运动检测系统和一个或多个霍尔传感器来实现)。在一些实施方案中，在扫描期间并行地获得来自多个传感器202的数据。如本文所用的，并行地意指足够快地连续获得来自两个传感器202的测量值，使得来自第一传感器202的测量值和来自第二传感器202的测量值可以被视为是同时获取的(例如，出于下文所描述的跟踪操作212
‑
a和跟踪操作212
‑
c的目的)。
40.扫描器100对从传感器202获取的数据执行一个或多个第一处理操作。在一些实施方案中，第一处理操作由一个或多个场可编程门阵列(fpga)执行。为了简洁起见，第一处理
操作在本文中被描述为由单个fpga206执行，尽管在一些实施方案中，操作可以被分割在多个fpga中。
41.例如，fpga 206从第一光学传感器接收3d数据204
‑
b，并且生成表示对象的表面的形状的再现208
‑
b。在一些实施方案中，再现208
‑
b为包含三维点阵列的数据的数据结构(例如，再现208
‑
b为对象的表面的形状的点云再现，并且尚不是网格)。在一些实施方案中，fpga 206针对由第一光学传感器获取的每个图像生成再现208
‑
b(例如，其中每个图像对应于照射在对象的表面上并且由对象的表面失真的结构光的图案)。因此，在一些实施方案中，fpga206生成对象的表面的形状的多个表示，其中多个表示的表示尚未彼此对准(例如，配准)。
42.在一些实施方案中，fpga 206从第二光学传感器接收颜色数据204
‑
a。颜色数据204
‑
a用于生成去马赛克208
‑
a。在一些实施方案中，fpga 206接收对象的表面的多个彩色图像。在一些实施方案中，如本文中其他地方所描述的，在不同时间频闪地获得3d数据和彩色图像(例如，彼此交织)。
43.在一些实施方案中，fpga206接收移动数据204
‑
c并且将卡尔曼滤波器应用于该移动数据以确定扫描器100的位置和/或旋转208
‑
c。在一些实施方案中，相对于参考位置和/或旋转确定扫描器100的位置和/或旋转208
‑
c。在一些实施方案中，参考位置和/或旋转为扫描开始时扫描器100的位置和/或旋转。在一些实施方案中，参考位置和/或旋转是相对于被测量的对象的。
44.卡尔曼滤波器基于这一假设操作：移动数据204
‑
c充满噪声并且包含误差。实质上，卡尔曼滤波器校平移动数据204
‑
c以用比取原始的测量位置和/或旋转作为扫描器100的位置和/或旋转的实际值更精确地方式确定扫描器100的位置和/或旋转208
‑
c。为此，扫描器100的确定位置和/或旋转208
‑
c是如传感器202测量的(例如，如9dof传感器测量的)扫描器100的多个测量位置和/或旋转的函数。当fpga206接收到位置和/或旋转的新测量值时，位置和/或旋转的新测量值用于更新而不是完全撤销扫描器100的现有的确定位置和/或旋转208
‑
c。例如，扫描器100的多个现有的测量的位置和/或旋转用于确定扫描器100的速度(例如，和/或角速度)。扫描器100的速度和/或角速度用于确定扫描器100的内插位置和/或旋转，该内插位置和/或旋转利用新的测量位置和/或旋转加权以产生扫描器100的确定位置和/或旋转208
‑
c。在一些实施方案中，相对于测量位置和/或旋转的权重，内插位置和/或旋转的权重取决于最近测量位置(例如，最近10个测量值)的变化性，该变化性被示为最近10个测量值的噪声的指示。
45.扫描器100对第一处理操作的结果执行一个或多个第二处理操作。在一些实施方案中，第二处理操作由一个或多个图形处理单元210执行。在一些实施方案中，图形处理单元(gpu)210从fpga206接收第一处理操作的结果。为了简洁起见，第二处理操作在本文中被描述为由单个gpu 210执行，尽管在一些实施方案中，操作可以被分割在多个gpu 210中。
46.在一些实施方案中，gpu 210应用两个跟踪操作(跟踪操作212
‑
a和跟踪操作212
‑
c)，这些跟踪操作用于执行再现208
‑
b的3d配准(例如，对准)212
‑
b。3d配准212
‑
b将相应的再现208
‑
b(例如，点云)移位到公共参考系上。例如，在一些实施方案中，公共参考系是对象的表面的现有的体素表示212
‑
f的参考系(例如，再现208
‑
b被移位到现有对象的渲染几何结构212
‑
e上)。注意，尽管术语配准和对准是可互换使用的，但是应当理解，在一些实施方
案中，在完成扫描之后，任选地离线执行附加的对准和其他后处理。
47.注意，再现208
‑
b和体素表示212
‑
f均为对象的表面的形状的“3d再现”的示例。即，对象的表面的形状的3d再现可以为点云、体素表示或任何其他类型的再现。
48.跟踪操作212
‑
a分析去马赛克208
‑
a以识别去马赛克中对应的特征。然后，该对应特征用于确定第一去马赛克和第二去马赛克之间应用的相对移位，以便将第一去马赛克移位到公共参考系上作为第二去马赛克(例如，通过执行图像对准和配准)。然后，第一去马赛克和第二去马赛克之间的相对移位用于确定第一再现(例如，对应于第一去马赛克并且与第一去马赛克基本上同时获取)和第二再现(例如，对应于第二去马赛克并且与第二去马赛克基本上同时获取)之间的相对移位。
49.类似地，跟踪操作212
‑
c使用扫描器100的确定位置和/或旋转208
‑
c确定再现208
‑
b之间的相对移位。例如，第一再现(例如，对应于扫描器100的第一确定位置和/或旋转，并且与该第一确定位置和/或旋转基本上同时获取)和第二再现(例如，对应于扫描器100的第二确定位置和/或旋转，并且与该第二确定位置和/或旋转基本上同时获取)之间的相对移位得以确定。
50.在一些实施方案中，来自跟踪操作212
‑
a和跟踪操作212
‑
c的相对移位在3d配准212
‑
b处用于(例如，对彼此加权)确定应用于每个再现208
‑
b的总相对移位，使得经移位的再现208
‑
b被放置到公共参考系上。
51.gpu 210执行融合操作212
‑
d，在该融合操作中由3d配准操作212
‑
b产生的经移位的再现208
‑
b被合并成单个融合体素表示212
‑
f(该单个融合体素表示可以为由先前获取的数据生成的现有体素表示)。例如，融合操作212
‑
d产生经移位的再现的平均值(或加权平均值)以生成对象的表面的3d形状的融合体素表示212
‑
f。在一些实施方案中，在获取到附加数据时，实时更新融合体素表示212
‑
f(例如，通过将附加获取的再现208
‑
b移位到对象的表面的3d形状的融合体素表示的参考系上，并且然后将附加获取的再现208
‑
b与融合体素表示合并以产生更新的融合体素表示)。
52.体素表示212
‑
f中的每个点被称为体素，并且表示一定体积的三维空间(例如，与像素相比，该像素表示一定面积的二维空间)。在一些实施方案中，体素表示212
‑
f中的每个体素包括指示该体素是否表示对象的表面的值(例如，如果体素表示对象的表面，则为“1”，并且如果体素不表示对象的表面，则为“0”)。
53.在一些实施方案中，融合体素表示212
‑
f还针对每个体素存储对应于针对该体素所收集的数据的质量和/或数量的统计信息。如下文参考方法600所描述的，对应于数据的质量和/或数量的统计信息用于显示数据的数量和/或质量的实时指示。
54.在一些实施方案中，来自去马赛克208
‑
a的纹理(例如，颜色)被添加至融合体素表示212
‑
f。为此，来自去马赛克208
‑
a的纹理数据经历了颜色统一(例如，其中公共点在去马赛克208
‑
a中被识别，并且纹理数据被移位成使得公共点具有相同颜色)和颜色校准(例如，其中在去马赛克208
‑
a之间校准了去马赛克208
‑
a的平衡和亮度)。然后，统一的校准的去马赛克信息被添加至由融合操作212
‑
d产生的融合体素表示212
‑
f，以产生纹理化的融合体素表示。纹理化的融合体素表示被渲染并作为对象的3d再现的实时预览显示于显示器(例如，图1b中的显示器114)上。
55.图3是根据一些实施方案的3d扫描器100的框图。扫描器100通常包括存储器304、
一个或多个处理器302、电源306、用户输入/输出(i/o)子系统308、传感器202、光源311和用于将这些部件互连的通信总线310。一个或多个处理器302执行存储于存储器304中的模块、程序和/或指令，并且因此执行处理操作。
56.在一些实施方案中，一个或多个处理器302包括至少一个图形处理单元(例如，图2中的gpu 210)。在一些实施方案中，一个或多个处理器302包括至少一个场可编程门阵列(例如，图2中的fpga 206)。
57.在一些实施方案中，存储器304存储一个或多个程序(例如，指令集)和/或数据结构。在一些实施方案中，存储器304或存储器304的非暂态计算机可读存储介质存储下列程序、模块、和数据结构或它们的子集或超集，其中一些包括用于执行上文参考图2所描述的对应操作的指令：
58.·
操作系统312；
59.·
卡尔曼滤波器模块314；
60.·
运动跟踪模块316；
61.·
颜色跟踪模块318；
62.·
颜色统一模块320；
63.·
融合模块324；
64.·
颜色校准模块326；
65.·
纹理化模块328；以及
66.·
存储装置330，该存储装置包括一个或多个缓冲器、ram、rom和/
67.或存储由扫描器100使用和生成的数据的其他存储器。
68.上述所识别的模块(例如，包括指令集的数据结构和/或程序)不需要被实现为单独的软件程序、规程或模块，并且因此在各种实施方案中可以对这些模块的各种子集进行组合或以其他方式重新布置。在一些实施方案中，存储器304存储上文所识别的模块的子集。此外，存储器304可以存储上文未加以描述的附加模块。在一些实施方案中，存储于存储器304或存储器304的非暂态计算机可读存储介质中的模块提供用于实施下文所描述的方法中的相应操作的指令。在一些实施方案中，这些模块中的一些或所有可以用包含(subsume)模块功能中的部分或所有的专用硬件电路(例如，图2中的fpga206)来实现。上述所识别元件中的一者或多者可以由一个或多个处理器302中的一者或多者执行。
69.在一些实施方案中，i/o子系统308经由通信网络350和/或经由有线或无线连接将扫描器100通信地耦接至一个或多个装置(诸如一个或多个远程装置336)。在一些实施方案中，通信网络350为因特网。在一些实施方案中，i/o子系统308将扫描器100通信地耦接至一个或多个集成或外围装置(诸如触敏显示器114)。
70.在一些实施方案中，传感器202包括收集3d数据的第一光学传感器(例如，第一ccd检测器，诸如图5中的ccd检测器502
‑
a)和收集纹理(例如，颜色)数据的第二光学传感器(例如，第二ccd检测器，诸如图5的ccd检测器502
‑
b)以及运动传感器(例如，9dof传感器，该传感器可以使用微电机械系统(mems)、陀螺仪和一个或多个霍尔传感器来实现)。
71.在一些实施方案中，光源311包括一个或多个激光器。在一些实施方案中，该一个或多个激光器包括竖直空腔表面发射激光器(vcsel)。在一些实施方案中，光源311还包括产生可见光的发光二极管(led)阵列。
72.通信总线310任选地包括电路系统(有时称作芯片组(chipset))，该电路系统互连并控制系统部件之间的通信。
73.图4a至图4f示出根据一些实施方案的位于3d扫描器(例如，图1和图3的3d扫描器100)上用于提供3d数据收集反馈的示例用户接口。在一些实施方案中，在对对象进行扫描期间(例如，当扫描器100收集数据时，如上文参考图2所描述的)实时显示和更新图4a至图4f中所示的用户界面。在一些实施方案中，图4a至图4f中所示的用户界面被显示于显示器上，该显示器被集成到3d扫描器中。在一些实施方案中，图4a至图4f中示出的用户界面被显示于远程显示器上，该远程显示器与3d扫描器通信(例如，3d扫描器向远程显示器无线地发射信息以显示图4a至图4f中所示的用户界面)。
74.图4a示出显示对象的表面的形状的至少一部分的3d再现的预览400
‑
a的用户界面。在这种情况下，对象为瓷质羊。预览400
‑
a示出第一时刻处对象的表面的形状的部分的3d再现(例如，包括在扫描开始直到第一时刻为止期间所获取的所有数据)。
75.注意，使用相同数字(例如，400)标记的预览对应于同一预览(即，在扫描过程中所显示的单个预览)。为了指代预定时刻处的预览快照，将字面附于数字(如上文预览400
‑
a的情况)。
76.此外，用户界面显示对应于对象的表面的3d形状的数据的数量或质量中的至少一者的指示。例如，数据的数量或质量中的至少一者的指示被显示为对象的表面的形状的至少一部分的3d再现的预览400
‑
a的一部分(例如，数据的数量或质量中的至少一者的指示被显示为表面的部分的预览400
‑
a的颜色)。在一些实施方案中，预览400中表示对象的表面的相应点(例如，表示对象的表面的每个体素)显示针对该相应点(例如，相应体素)的数据的质量和/或数量的对应指示。因此，在一些实施方案中，预览400提供了对对象的表面的数据的数量和/或质量的3d可视化。
77.在图4a至图4d中示出的示例中，预览400中具有不同数量和/或质量的数据的部分使用不同的填充图案显示(例如，根据附图中提供的图例)。可替代地，预览400中具有不同数量和/或质量的数据的部分使用不同颜色显示。例如，预览400中具有不同数量和/或质量的数据的部分根据色标显示，该色标可以为几乎连续的(例如，具有表示不同数量和/或质量的数据的256种不同颜色)。例如，预览400中具有少量数据和/或较差(低质量)数据质量的部分可以用红色显示。预览400中具有较多数据和/或较好(中等)质量数据的部分可以用黄色示出。然而，预览400中用黄色示出的部分可能没有足够的数据以根据预定精度规格来再现对象。预览400中具有高质量数据和/或较好质量数据的部分可以用绿色示出。在一些实施方案中，高数量和/或质量的数据指示可以用预定精度规格再现对象(例如，以0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、或0.5mm的精度；或者，可替代地，以0.25mm、0.5mm、0.75mm、或1mm的分辨率)。在其他实施方案中，除了红色、黄色和绿色以外的颜色和/或阴影和/或更少或更多颜色用于向用户提供关于收集数据的数量和/或质量的反馈。在一个实施方案中，一个或多个阴影中的单一颜色用于向用户提供关于收集数据的数量和/或质量的反馈。在另一个实施方案中，两种或更多种颜色用于向用户提供关于收集数据的数量和/或质量的反馈。
78.在图4a中所示的示例中，预览400
‑
a的部分402
‑
a具有足够的数据以确定对象的表面的定位，但是该数据在其他方面是不足够的和/或较差的。这允许用户实时看出数据质量不足和/或质量较差的地方。
79.在一些情况下，对象的表面的其他部分(例如部分402
‑
b)可能完全没有数据(并且因此未确定定位)。这些部分在对象的表面的3d再现的预览400
‑
a中被渲染为空白。这允许用户实时看出扫描中丢失数据的地方。
80.图4b示出显示对象的表面的形状的3d再现的预览400
‑
b的用户界面。预览400
‑
b是预览400
‑
a的更新。即，预览400
‑
b示出在第一时刻稍后的第二时刻处的对象的表面的形状的部分的3d再现(例如，包括在扫描开始直至第二时刻为止期间所获取的所有数据)。因此，与预览400
‑
a相比，已为预览400
‑
b获取了更多的数据。结果，与预览400
‑
a相比，预览400
‑
b示出具有更多和/或改进数据的区域。例如，部分402
‑
c用指示高数量和/或质量的数据(例如，指示针对对象的该区域的充足的数据)的填充图案显示；部分402
‑
d用指示中等数量和/或质量的数据(例如，指示针对对象的该区域的数据好于预览400
‑
b中的数据，但是仍然不够)的填充图案显示；并且部分402
‑
e用指示低数量和/或质量的数据(例如，指示针对对象的该区域的数据质量不足和/或较差)的填充图案显示。部分402
‑
b仍指示数据中的空白。因此，预览400
‑
b向用户提议重新定位扫描器以完成扫描的地方(例如，用户应移动扫描器以更直接地面对缺失部和/或较差数据区域)。
81.图4c示出显示对象的表面的形状的3d再现的预览400
‑
c的用户界面。预览400
‑
c为预览400
‑
b的更新。即，预览400
‑
c示出在第二时刻稍后的第三时刻处的对象的表面的形状的部分的3d再现(例如，包括在扫描开始直至第三时刻为止期间所获取的所有数据)。
82.图4d示出显示对象的表面的形状的3d再现的预览400
‑
d的用户界面。预览400
‑
d是预览400
‑
c的更新。即，预览400
‑
d示出在第三时刻稍后的第四时刻处的对象的表面的形状的部分的3d再现(例如，包括在扫描开始直至第三时刻为止期间所获取的所有数据)。预览400
‑
d指示几乎全部对象具有足够的数据以再现对象的3d形状。
83.图4e至图4f示出不同场景(与图4a至图4d相比)的预览404。具体地，随着扫描人体，预览404示出人体的3d再现的预览。除了下文列出的差异之外，图4e至图4f中示出的预览404很大程度上类似于上文所描述的图4a至图4d中所示的预览400。
84.具体地，预览404显示扫描的活动区域406(例如，基于3d扫描器相对于对象的位置当前收集数据的区域)的指示。例如，预览404示出指示扫描的活动区域406的矩形框。在一些实施方案中，预览404的活动区域406内的填充图案或颜色指示距正在被扫描的对象的距离(例如，而不是显示数据的数量/质量)，而如上文参考图4a至图4d所描述的，预览404的活动区域之外的颜色指示数据的数量和/或质量。在一些情况下，因为用户已经在扫描活动区域406并且因此无法重新定位扫描器来扫描活动区域406，所以针对活动区域406提供距对象的距离为用户提供活动区域406的更多相关信息。然而，用户可以调整距对象的距离以更有效地收集活动区域406的数据。
85.此外，图4e至图4f示出，在一些情况下，用户可以在示出具有数据的质量和数量的指示的预览404
‑
a和示出对象的自然纹理(例如，颜色)的预览404
‑
b之间切换。后者可有助于让用户了解最终的3d再现将会是什么样子。
86.受益于本公开的本领域技术人员将理解，存在许多方法来提供指示对于再现的区域足够数量和/或质量的数据的反馈。例如，需要较多数据的部位可以在屏幕上勾勒出来，或者由箭头指出。可替代地，听觉和/或触觉提示可用于提供此类反馈。例如，可以给出听觉或触觉提示来指示当前获取区域已累积足够的数据，表明用户应移动扫描器。
87.图5是示出根据一些实施方案的3d扫描器(包括冷却歧管)的各种部件的机械制图。具体地，图5示出主体壳体102(图1)的剖视图。如图5所示，扫描器100包括(除了其他部件之外)：
88.·
第一光学传感器502
‑
a(例如，第一电荷耦合装置(ccd)检测器)，该第一光学传感器收集正在被扫描的对象的3d数据(例如，收集照射在对象的表面上并且由对象的表面失真的结构光的图像，由此可以确定对象的3d形状的再现)。在一些实施方案中，第一光学传感器502
‑
a对红外(ir)光敏感(尽管第一光学传感器502
‑
a还可以对可见光敏感)；
89.·
第二光学传感器502
‑
b(例如，第二ccd检测器)，该第二光学传感器从正在被扫描的对象收集纹理(例如，颜色)数据(例如，当结构光未被显示于对象的表面上的同时收集图像，例如收集照射在对象上的结构光的频闪脉冲之间的图像)。在一些实施方案中，第二光学传感器502
‑
b对可见光敏感(尽管第二光学传感器502
‑
b还可以对ir光敏感)；
90.·
分束器504，该分束器将可见光和ir光分开。分束器504优选地将通过相机光学器件106接收的ir光引导至第一光学传感器502
‑
a，并且优选地将通过相机光学器件106接收的可见光引导至第二光学传感器502
‑
b；
91.·
光源506。在一些实施方案中，光源506为脉冲光源(例如，频闪光源)。在一些实施方案中，光源506为红外光源。在一些实施方案，光源506为激光器。在一些实施方案中，光源506为竖直空腔表面发射激光器。在一些实施方案中，光源506被配置成在主体壳体102之外的任何地方均作为1级激光器操作(例如，通过适当选择脉宽、峰值功率、重复率和/或占空比)；
92.·
滑块516，该滑块已形成(例如，打印或蚀刻在其上)空间图案，光通过该空间图案被投射到对象的表面上(例如，空间图案被形成为滑块的不透明部分和半透明部分)。因此，由光源506产生的光穿过滑块516并且投射穿过源光学器件104作为朝向对象的表面(到该表面上)的结构光；以及
93.·
冷却歧管508(在附图中的若干地点中进行标记)，该冷却歧管包括单个金属件，该单个金属件与光源506、光学传感器502和多个处理器(包括定位在位置514处的gpu(例如，图2的gpu 210)和定位在位置512处的fpga(例如，图2的fpga206))热耦接。
94.由于获取3d数据的方式(例如，从功率相当大的光源频闪地产生光、以及每秒收集并处理许多图像)，热产生和去除是设计能够实时预览对象的3d再现的手持式3d扫描器中的最大挑战之一。虽然保持相对低的温度是重要的，但是保持温度一致(在空间和时间两者上一致)至少是同等重要的。冷却歧管508通过提供3d扫描器的主要热生成部件之间的热连接，将3d扫描器100的各个部件保持在一致且稳定的温度下。因此，冷却歧管508降低了3d扫描器达到稳定温度所需的“预热”时间、允许更大的处理功率、并且增加了3d扫描器可收集数据的时间量。
95.图6a至图6b示出根据一些实施方案的提供来自3d扫描器的3d数据收集反馈的方法600的流程图。方法600在与显示器通信的3d扫描器(例如，图1、图3和图5中的3d扫描器100)处执行。3d扫描器包括一个或多个光学传感器。在一些实施方案中，3d扫描器包括显示器。在一些实施方案中，3d扫描器包括用于生成对象的表面的形状的至少一部分的3d再现。在一些实施方案中，3d扫描器为便携的手持式3d扫描器(例如，具有小于30cm x 30cm x 30cm的大小，使得整个装置将配合在为30cm x 30cm x 30cm的盒体内)。任选地将方法600
中的一些操作加以组合，和/或任选地改变一些操作的次序。为了便于解释，方法600被描述为由3d扫描器100执行。然而，方法600可以使用根据本公开构建的任何3d扫描器来实施。相反地，在其他实施方案中，3d扫描器100执行除了根据本公开的教导内容的方法600之外的方法。
96.如下文所描述的，方法600提供来自3d扫描器100的3d数据收集反馈。在一些实施方案中，当用户扫描对象以收集数据的同时，3d扫描器100显示对象的3d再现的预览以及数据的质量或数量的指示。在其他实施方案中，数据的质量或数量的指示被覆盖在对象的3d再现上。例如，对象的3d再现呈现为表面，并且该表面的颜色表示数据的数量或质量。用户因而可以在显示器上看出数据中存在空白的地方。例如，当完全不存在针对对象的一部分的数据时，在一些实施方案中，3d再现的预览完全不显示针对对象的该部位的表面。当存在针对对象的一部分的一些数据但是不足以形成对象的该部分的适当再现时，对象的该部分的3d再现被渲染为红色。
97.因此，用户可以确定他或她何时收集到足够的数据，并且还可以确定对象的哪个部分需要更多的数据收集。后一特征允许用户将扫描集中于对象中需要更多数据的那些部分。与方法600相比，先前的3d扫描方法需要用户在没有足以了解何时已收集到足够的数据的反馈的情况下收集数据。结果，为了保险起见，用户将获取过量的数据，这将导致对扫描器的存储器的过度使用以及热产生。因为存储器和热产生任务将通常借助于有线连接被委托至外部计算机，所以过度存储器使用和热产生的问题使得难以产生真正独立的手持式3d扫描器。因而，方法600通过便于有效收集数据(这继而促成较小大小的3d扫描器)来改进3d扫描器自身。对于电池供电的电子装置，使用户能够更快更有效地获取3d扫描数据可以节省电能并增加电池充电之间的时间。
98.扫描器100使用一个或多个光学传感器扫描(602)具有表面的对象。扫描生成对应于对象的表面的至少一部分的三维(3d)形状的数据。在一些实施方案中，一个或多个传感器包括(604)相机(例如，图5的光学传感器502)。扫描对象包括反复执行以下操作：将光的空间图案投射到对象的表面(例如，使用图5的光源506和滑块516)；以及在光的空间图案被投射到对象的表面上的同时，使用相机获取对象的表面的图像。在一些实施方案中，扫描对象还包括收集颜色数据(例如，如参考图2中的颜色数据204
‑
a所描述的)和收集运动数据(例如，如参考图2中的移动数据204
‑
c所描述的)。
99.扫描器100使用数据生成(606)对象的表面的形状的至少一部分的3d再现(例如，如参考图2中由fpga206和gpu 210执行的操作所描述的)。在一些实施方案中，对象的表面的形状的至少一部分的所生成的3d再现是初始的再现，而不是最终的再现。例如，在扫描完成之后，可以执行附加的扫描后处理操作(例如，进一步对准)以改进3d再现。
100.扫描器100向显示器提供(608)对象的表面的形状的至少一部分的3d再现的预览(例如，图4a至图4d中的预览400、图4e至图4f中的预览404)。在一些实施方案中，显示对象的表面的形状的至少一部分的3d再现的预览包括显示参考图2所描述的融合体素表示。
101.扫描器100向显示器提供(610)对应于对象的表面的至少一部分的3d形状的数据的数量或质量的至少一者的指示，以用于对对象的表面的形状的至少一部分的3d再现的预览进行渲染。
102.在一些实施方案中，扫描器100向显示器提供对应于对象的表面的至少一部分的
3d形状的数据的质量的指示，以用于对对象的表面的形状的至少一部分的3d再现的预览进行渲染。在一些实施方案中，数据的质量的指示为数据的精度或分辨率的指示。在一些实施方案中，数据的精度的指示指示对象的表面的实际形状和对象的表面的形状的3d再现之间的统计上可能的差异(例如，最大值或中值差异)(例如，数据的精度的指示表示再现误差倒数的近似值)。
103.在一些实施方案中，扫描器100向显示器提供对应于对象的表面的至少一部分的3d形状的数据的数量的指示，以用于对对象的表面的形状的至少一部分的3d再现的预览进行渲染。在一些实施方案中，数据的数量的指示由每个体素在扫描过程中累积的样品(例如，点)数来测量。
104.在一些实施方案中，扫描器100向显示器提供对应于对象的表面的至少一部分的3d形状的数据的数量和质量的组合矩阵(例如，基于数据的数量和质量两者的矩阵)的指示，以用于对对象的表面的形状的至少一部分的3d再现的预览进行渲染。例如，在一些实施方案中，扫描器100向显示器提供数据的数量和质量的乘积(例如，每个相应体素的再现误差倒数和相应体素所累积的样品数的乘积)的指示，以用于对对象的表面的形状的至少一部分的3d再现的预览进行渲染。
105.在一些实施方案中，扫描器100向显示器提供(612)对应于对象的表面的不同部分的数据的数量或质量中的至少一者的多个不同标志(例如，针对每个体素的指示)。在一些实施方案中，数据的数量或质量中的至少一者的指示被显示(614)为对象的表面的形状的至少一部分的3d再现的预览的一部分。在一些实施方案中，数据的数量或质量中的至少一者的指示被显示(616)为表面的部分的预览的颜色(例如，如参考图4a至图4d中的预览400、图4e至图4f中的预览404所描述的)。例如，在3d再现的预览中，表示对象的表面的每个体素用表示对应于该相应体素的数据的数量和/或质量的颜色显示。
106.在一些实施方案中，扫描器100被配置成向显示器提供对应于对象的表面的至少一部分的3d形状的数据的数量和/或质量的多个不同的可替代标志(例如，指示3d再现的不同特性的可替代标志)，以用于与对象的表面的形状的至少一部分的3d再现的预览一起渲染。在一些实施方案中，用户可以在数据的数量和/或质量的不同的可替代标志之间切换(例如，一次显示一种指示)。例如，在一些实施方案中，3d扫描器100接收用户输入以从显示数据的数量的指示改为显示数据的质量的指示。如上所述(例如，参考图4e至图4f)，在一些实施方案中，用户还可以在显示数据的数量和/或质量的指示和显示具有其自然纹理的3d再现之间切换。
107.在一些实施方案中，数据的数量或质量中的至少一者的指示被提供用于输出(例如，通过音频和/或视频信号或其他方式被显示)。例如，在一些实施方案中，指示为可听指示(例如，在获得足够数据时的“叮”)。在一些实施方案中，指示包括指向需要附加数据的对象区域的箭头。在其他实施方案中，数据的数量或质量的充足由一个或多个警笛声或一个或多个闪光来指示。
108.在一些实施方案中，扫描器100进一步扫描(618)对象以生成对应于对象的表面的至少一部分的形状的附加数据。扫描器100更新(620)对象的表面的形状的至少一部分的3d再现的预览。扫描器100更新(622)对应于对象的表面的至少一部分的3d形状的数据的数量或质量中的至少一者的指示。例如，预览400
‑
b(图4b)是预览400
‑
a(图4a)的更新。
109.在一些实施方案中，扫描器100确定(624)数据的数量或质量中的至少一者是否满足预定阈值。在一些实施方案中，预定阈值对应于再现对象的表面的至少一部分的形状达到预定精度(或分辨率)所需的数据的数量或质量。该指示指示数据的数量或质量中的至少一者是否满足预定阈值。
110.例如，参考图4d，扫描器100确定数据的数量和/或质量是否满足针对对象的表面的相应部分的预定精度和/或分辨率标准(例如，在逐体素的基础上)。表示对象的表面并且满足预定标准的体素用对应于满足预定标准的数据的填充图案渲染。
111.在一些实施方案中，用户可以配置预定标准。例如，用户可以配置3d扫描器以设定所需的精度和/或分辨率。例如，用户可以配置扫描器100以获得具有至少0.1mm、0.2mm、0,3mm、0.4mm、或0.5mm的精度；或者，可替代地具有0.25mm、0.5mm、0.75mm、或1mm的分辨率的3d再现。基于由用户提供的精度和/或分辨率，调整数据的数量或质量的指示。例如，当用户设定扫描器100以获得具有0.5mm的精度的3d再现时，在存在足够数据使得相应的体素以0.5mm的精度表示对象的表面时，预览中的代表体素用绿色渲染。然而，如果用户设定扫描器100以获得具有0.1mm的精度的3d再现，则在存在足够数据使得相应的体素以0.1mm的精度表示对象的表面时，预览中的代表体素用绿色渲染。向用户提供基于用户的精度和/或分辨率需求的数量和/或质量反馈有助于扫描器100获得令人满意的扫描，同时降低为达到此目标所需的存储器(例如，存储装置)的数量。
112.在一些实施方案中，扫描器100向显示器实时发射(626)对象的表面的形状的至少一部分的3d再现的预览和对应于对象的表面的至少一部分的3d形状的数据的数量或质量中的至少一者的指示。例如，在一些实施方案中，显示器独立于扫描器100，并且扫描器100向显示器实时无线发射(例如，通过蓝牙、wi
‑
fi或因特网)对象的表面的形状的至少一部分的3d再现的预览和对应于对象的表面的至少一部分的3d形状的数据的数量或质量中的至少一者的指示。
113.应当理解，图6a至图6b中描述操作的特定次序仅为示例，并且并非旨在指示所描述次序为可执行操作的唯一次序。本领域技术人员将认出将本文所描述操作重新排序的各种方式。附加地，应当注意，相对于本文所描述其他方法(例如，方法200和方法700)，本文所描述的其他过程的细节还以类似方式适用于上文关于图6a至图6b所描述的方法600。
114.图7示出根据一些实施方案的获取和存储来自3d扫描器的数据的方法700的流程图。方法700在3d扫描器(例如，图1、图3和图5中的3d扫描器100)处执行。3d扫描器包括一个或多个光学传感器。在一些实施方案中，3d扫描器包括用于生成对象的表面的形状的至少一部分的3d再现的处理器。在一些实施方案中，3d扫描器是便携的手持式3d扫描器(例如，具有小于30cm x 30cm x 30cm的大小，使得整个装置将配合在为30cm x 30cm的盒体内)。任选地对方法700中的一些操作加以组合，和/或任选地改变一些操作的次序。为了便于解释，方法700被描述为由3d扫描器100执行。
115.设计3d扫描器中的另外挑战是，3d扫描器在扫描期间产生巨量数据。方法700通过识别正在被扫描的对象中的已收集到足够数据的区域，来改进存储来自3d扫描器的数据的过程。方法700然后随着继续扫描弃置针对那些区域所收集的数据中的一些或所有。因此，方法700降低了在扫描对象的同时所收集的数据的总量，这通过降低装置所需的存储量或者可替代地允许存在于装置上的存储装置被用在最需要的地方来改进装置，从而得到更高
质量的3d再现。
116.为此，扫描器100使用一个或多个光学传感器扫描(702)具有表面的对象。扫描生成对应于对象的表面的三维(3d)形状的第一数据。
117.在一些实施方案中，一个或多个传感器包括相机。在一些实施方案中，扫描对象包括执行下列操作的第一组迭代(例如，多次迭代)：将光的空间图案投射到对象的表面上；以及，在光的空间图案被投射到对象的表面上的同时，使用相机获取对象的表面的相应图像。在一些实施方案中，扫描对象包括由在第一组迭代中所获取的相应图像生成对象的表面的形状的至少一部分的3d再现。
118.对于对象的表面的多个相应部分中的每一者，扫描器100确定(704)第一数据的数量或质量是否满足预定阈值，该预定阈值对应于再现对象的表面的部分的形状达到预定精度(或分辨率)所需的数据的数量或质量。
119.在一些实施方案中，用户可以配置预定精度(或分辨率)。例如，用户可以配置3d扫描器以设定所需的精度和/或分辨率。例如，用户可以配置扫描器100以获得具有至少0.1mm、0.2mm、0,3mm、0.4mm或0.5mm的精度或者可替代地具有0.25mm、0.5mm、0.75mm或1mm的分辨率的3d再现。基于由用户提供的精度和/或分辨率调整数据的数量或质量的指示。例如，当用户设定扫描器100以获得具有0.5mm的精度的3d再现时，在存在足够数据使得相应的体素以0.5mm的精度表示对象的表面时，预览中的代表体素用绿色渲染。然而，如果用户设定扫描器100以获得具有0.1mm的精度的3d再现，则在存在足够数据使得相应的体素以0.1mm的精度表示对象的表面时，预览中的代表体素用绿色渲染。向用户提供基于用户的精度和/或分辨率需求的数量和/或质量反馈有助于扫描器100获得令人满意的扫描，同时降低为达到此目标所需的存储器(例如，存储装置)的数量。
120.在针对对象的表面的多个部分中的每个相应部分确定第一数据的数量或质量是否满足预定阈值(该预定阈值对应于再现对象的表面的部分的形状达到预定精度所需的数据的数量或质量)之后，扫描器100使用一个或多个光学传感器进一步扫描(706)对象。该进一步扫描生成对应于对象的表面的三维形状的第二数据。
121.在一些实施方案中，进一步扫描对象包括执行下列操作的第二组迭代(例如，一次或多次迭代)：将光的空间图案投射到对象的表面上；以及，在光的空间图案被投射到对象的表面上的同时，使用相机获取对象的表面的相应图像。在一些实施方案中，进一步扫描对象包括由在第二组一次或多次迭代中所获取的一个或多个相应图像生成对象的表面的形状的至少一部分的3d再现。在一些实施方案中，在识别对应于第一数据的数量或质量满足预定阈值的对象的表面的相应部分的第二数据的部分之前，扫描器100将得自第二组一次或多次迭代的3d再现与得自第一组一次或多次迭代的3d再现配准(例如，如上文关于图2中的3d配准操作212
‑
b所描述的)。在一些实施方案中，扫描器100使用得自第二组一次或多次迭代的经配准的3d再现来识别对应于第一数据的数量或质量满足预定阈值的对象的表面的相应部分的第二数据的部分。
122.扫描器100弃置(708)第二数据中的至少一部分。第二数据的弃置部分对应于第一数据的数量或质量满足预定阈值的对象的表面的相应部分(例如，所描述的识别部分)。在一些实施方案中，扫描器100存储(例如，存储于存储器中)对应于第一数据的数量或质量未满足预定阈值的对象的表面的相应部分的第二数据的补充部分。
123.应当理解，图7中描述操作的特定次序仅为示例，并且并非旨在指示所述次序为可执行操作的唯一次序。本领域技术人员将认出将本文所描述的操作重新排序的各种方式。附加地，应当注意，相对于本文所描述的其他方法(例如，方法200和方法600)，本文所描述的其他过程的细节还以类似方式适用于上文关于图7所描述的方法700。
124.出于解释目的，已参考具体的实施方案描述了前面的描述。然而，上面的例示性讨论并非旨在为穷举性或将发明限制于所公开的精确形式。鉴于上述教导内容，许多修改和变型是可能的。选择和描述这些实施方案是为了最佳地解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域技术人员能够最佳地使用本发明和具有各种修改的各种所述实施方案，以适合预期的特定用途。
125.还应理解，尽管术语第一、第二等在本文中一些实例中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。例如，在不脱离各种所描述的实施方案的范围的情况下，第一传感器可以被称为第二传感器，并且，类似地，第二传感器可以被称为第一传感器。第一传感器和第二传感器均为传感器，除非上下文清楚地另外指出，否则它们不是同一传感器。
126.在描述本文的各种所描述的实施方案时所使用的术语均仅出于描述特定实施方案的目的，并且并非旨在为限制性的。如各种所描述的实施方案和所附权利要求的描述中所使用的，除非上下文清楚地另外指出，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”旨在也包括复数形式。还应理解，术语“和/或”如本文所用指代并且涵括相关联的所列项中的一者或多者的任何和所有可能组合。应进一步理解的是，术语“包括”、“正在包括”、“包含”和/或“正在包含”在用于本说明书时，指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。
127.如本文所用，术语“如果”根据上下文任选地被解释成意指“当
…
时”或“在
…
时”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果[所陈述的条件或事件]被检测到”根据上下文任选地被解释成意指“在确定时”或“响应于确定”或“在检测到[所陈述的条件或事件]时”或“响应于检测到[所陈述的条件或事件]”。