CN103339660A - 用于可视化信息的方法、装置和配置 - Google Patents

Abstract

提供了用于至少部分地基于具有第一表示的第一数据来确定图像的方法、装置、配置和计算机可读存储介质。该方法包括：确定成像元件在该第一表示上的投影，该成像元件被配置为至少部分地与该第一表示重叠；确定数据的第一子集作为与该成像元件在该第一表示上的投影相对应的第一数据的子集；以及至少部分地基于该数据的第一子集确定该图像。

Description

用于可视化信息的方法、装置和配置

技术领域

本发明涉及可视化信息以及图像的确定。

背景技术

检查三维数据或具有分层结构的二维数据的细节往往涉及创建并且检查该三维数据的期望部分或具有分层结构的该二维数据的某层的二维提取物。这通常还涉及作为该数据的某个细节的检查的一部分的两个或更多个二维提取物之间的切换。

将三维数据或者具有多个视图的二维数据集合作为一个或多个二维图像来可视化并且显示通常需要掌握复杂的用户接口，从而使得探索该数据成为一项耗时的工作。用于探索该数据的现有技术方案通常涉及使用复杂的软件/硬件工具，其中对这些工具的控制需要使用鼠标、键盘和用户接口的其他可能的装置的动作的结合，故仍然可能提供对数据有限并且相当乏味的访问。

美国专利6,167,296公开了一种具有连接到手术装置或指针以及位置跟踪系统的具有存储器和显示器的计算机的手术导航系统。用例如来自患者的体积扫描的数据加载计算机存储器，并且利用该数据从指针的视角动态地显示患者的身体结构的三维透视图。因此，被设计用于手术应用的美国专利6,167,296的方法利用点状指针设备来确定对于在外部显示器上被可视化的数据的视角。

因此，本发明的一个目的在于提供一种说明性的、直观的并且容易使用的用于以有效的方式可视化任意信息特别是具有或者被配置为具有三维结构或具有分层结构的二维数据的信息的方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于至少部分地基于具有第一表示的第一数据来确定图像的方法，该方法包括：确定成像元件在该第一表示上的投影，其中该成像元件被配置为至少部分地与该第一表示重叠；确定数据的第一子集作为与该成像元件在该第一表示上的该投影相对应的第一数据的子集；并且至少部分地基于该数据的第一子集确定该图像。

根据本发明的一个实施方式，确定投影可以包括获得关于该成像元件在虚拟体积中的位置和/或方向的信息，例如从传感器(如加速计或电磁传感器)获得关于该位置和/或方向的传感数据。

根据本发明的一个实施方式，该第一表示可以包括空间中的虚拟体积，并且确定该投影可以包括确定该成像元件和该虚拟体积的二维相交。根据本发明的一个实施方式，该第一表示可以包括显示在表面上的二维图像，并且确定该投影可以包括确定该成像元件在该二维图像上的投影。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于至少部分地基于具有第一表示的第一数据来确定图像的成像装置，该装置包括用于在该第一表示上提供投影的成像元件和处理元件，该处理元件被配置为：确定成像元件在该第一表示上的投影，其中该成像元件被配置为至少部分地与该第一表示重叠；确定数据的第一子集作为与该成像元件在该第一表示上的该投影相对应的第一数据的子集；并且至少部分地基于该数据的第一子集确定该图像。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于可视化数据的配置，包括用于提供空间中的虚拟体积中的定位参考的装置以及根据本发明的第二方面的成像装置。

根据本发明的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括用于至少部分地基于具有第一表示的第一数据来确定图像的程序代码，该程序代码被配置为：确定成像元件在该第一表示上的投影，其中该成像元件被配置为至少部分地与该第一表示重叠；确定数据的第一子集作为与该成像元件在该第一表示上的该投影相对应的第一数据的子集；并且至少部分地基于该数据的第一子集确定该图像。

本发明提供一种提供了说明性的、直观的并且容易使用的用于以有效的方式可视化任意信息特别是复杂多维信息的方法的方法、装置、配置和计算机可读存储介质。

附图说明

图1提供了根据本发明的一个实施方式的成像装置的示意图。

图2提供了根据本发明的一个实施方式的成像元件的示例的示意图。

图3a提供了根据本发明的一个实施方式的用于可视化数据的配置的示例的示意图。

图3b提供了根据本发明的一个实施方式的用于可视化数据的配置的示例的示意图。

图4提供了示出了根据本发明的一些实施方式的方法的示例流程图。

图5a到图5c示出了根据本发明的一个实施方式的用于使用成像装置来可视化数据的配置的示例。

图6和图6b提供了关于具有包括空间中的虚拟体积的第一表示的第一数据的示例。

图7提供了根据本发明的一个实施方式的用于使用成像装置来可视化数据的配置的示例。

具体实施方式

在下文中，将参考本发明的各种实施方式和附图来详细描述本发明。

图1提供了根据本发明的一个实施方式的用于至少部分地基于具有第一表示的第一数据来确定图像的成像装置100的示意图。成像装置100包括成像元件104和处理元件106，处理元件106被连接到成像元件104以实现数据和控制信息的交换。此外，成像装置100通常还包括存储元件108，存储元件108被连接到处理元件106以实现访问可以被存储在存储元件108中的数据、配置/控制信息和程序代码。可以将成像元件104可选择地直接连接到存储元件108以实现例如访问存储在其中的数据和/或配置/控制信息。

根据本发明的一个实施方式，处理元件106和/或存储元件108可以与成像元件104耦接。

根据本发明的另一个实施方式，处理元件106和存储元件108被包括在与成像元件104(物理上)分离的处理单元中。该单元可以例如位于通用计算机中，其中可以通过无线或有线通信方式将成像元件104连接到该通用计算机。在该实施方式中，成像元件104可以包括除了处理元件106之外或代替处理元件106的处理元件306和/或除了存储元件108之外或代替存储元件108的存储元件308。

在本发明的实施方式中，处理元件106可以包括一个或多个处理单元(如微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)等等)。此外，在本发明的实施方式中，存储元件108可以包括任意合适的计算机可读存储介质。存储元件可以包括一个或多个存储单元。可以以固定的方式将存储单元耦合到成像装置100或者该存储单元可以是可去除的存储单元。存储元件108可以包括数据、控制信息和/或包括可执行指令的程序代码。

根据本发明的一个实施方式，成像装置100还包括用于提供数据的第一表示的装置102。可以将用于提供第一表示的装置102连接到处理元件106以允许从处理元件106向用于提供数据的第一表示的装置102提供数据和控制信息。可以可选择地将用于提供第一表示的装置102直接连接到存储元件108以实现访问存储器108中所存储的数据和/或配置/控制信息。根据本发明的一个实施方式，用于提供数据的第一表示的装置102可以不需要访问它为之提供表示的数据。在这种情况下，如下文所述，可以例如通过使用映射函数来确定数据及其表示之间的对应。

根据一个实施方式，通过无线或有线通信方式将成像装置100连接到充当用于提供数据的第一表示的装置102的装置。

用于提供数据的第一表示的装置102可以包括例如数据投影仪，该数据投影仪提供数据的第一表示作为显示在这样一种表面或显示器上的二维图像，其中在该表面或显示器上显示包括数据的第一表示的图像。

根据本发明的一个实施方式，成像装置100还包括用于提供定位参考的装置110以便允许提供这样一种空间中的第一虚拟体积，其中可以在该虚拟体积内确定成像元件104的位置。用于提供定位参考的装置110可以包括例如用于提供覆盖由第一虚拟体积所占用的空间的一个或多个磁场的装置、提供在由第一虚拟体积所占用的空间内可用的基于超声的定位配置的超声发射器/接收器/换能器装置或配置、在由第一虚拟体积所占用的空间内可用的用于光学定位的配置或者如本领域中已知的其他合适的定位配置。

根据本发明的一个实施方式，通过无线或有线通信方式将成像装置100连接到用于提供定位参考的装置110。

根据本发明的一个实施方式，由用于提供定位参考的装置110所提供的定位参考包括数据的第一表示。因此，由用于提供定位参考的装置110所提供的空间中的第一虚拟体积可以包括作为第二虚拟体积的数据的第一表示。在该配置中，用于提供定位参考的装置110也可以概念性地充当用于提供数据的第一表示的装置102。

可以将虚拟体积(例如可以由用于提供定位参考的装置110设置的第一虚拟体积或者构成数据的第一表示的第二虚拟体积)定义为空间内位置的集合。虚拟体积基本上可以具有任意形状(例如立方体、多面体、球体等等)。虚拟体积基本上可以具有任意大小。对于本发明的实施方式，用于虚拟体积的合适的大小可以例如依赖于以下因素之中的一个或多个：成像元件104的大小、被成像装置100用作用于确定图像的基础的数据类型、数据的第一表示的期望分辨率、用户偏好等等。

根据本发明的各种实施方式，成像装置100还可以包括附加的组件或元件。作为一个示例，成像装置100可以包括例如包括键盘或按键、触摸屏、鼠标等等的用户接口、为了允许用户控制成像装置100的一些方面或特征的显示器、为了允许成像装置100访问外部组件、处理资源、信息资源等等的通信元件。

根据本发明的一个实施方式，成像装置100包括用于在第一表示210a、210b上提供投影的成像元件104。图2提供了根据本发明的一个实施方式的成像元件104的示例的示意图。

成像元件104通常基本上是矩形或者其它四边形。然而，任意形状是同样适用的。

根据本发明的一个实施方式的成像元件104可以包括显示器单元302、传感器单元304、处理元件306和存储元件308。此外，成像元件104还可以包括用户接口310，诸如(可与或可不与光笔一起使用的)触摸屏、触摸板、鼠标、按键、键盘或小键盘和/或允许由成像元件104的用户输入数据和命令的其他合适的配置。

显示器单元302可以包括在成像元件104的一侧的单个显示器元件，或者它可以包括例如在成像元件104的前面的一个显示器元件以及在成像元件104的背面的另一个显示器元件。根据本发明的一个实施方式，显示器单元302包括半透明显示器元件，该半透明显示器元件可以在显示器元件的两侧-即成像元件104的两侧显示图像。显示器单元302可以基本上覆盖成像元件104的整个表面，或者它可以仅覆盖成像元件104的一部分表面。

成像元件104的可选择的处理元件306可以是除了被包括在成像装置100中的处理元件106之外的附加处理元件，或者它可以替换处理元件106。可选择的存储元件308可以是除了存储元件108之外的附加存储元件，或者它可以充当成像装置100的唯一的存储元件。

作为一个示例，可以将成像元件104实现为膝上电脑、平板电脑、移动电话或者类似类型的装置。

根据本发明的一个实施方式，用于至少部分地基于具有第一表示210a、210b的第一数据来确定图像的成像装置100包括用于在该第一表示210a、210b上提供投影204a、204b的成像元件104和处理元件106、306，该处理元件106、306被配置为：确定成像元件104在该第一表示210a、210b上的投影204a、204b，其中该成像元件104被配置为至少部分地与该第一表示210a、210b重叠；确定数据的第一子集作为与该成像元件104在该第一表示210a、210b上的该投影204a、204b相对应的第一数据的子集；并且至少部分地基于该数据的第一子集确定该图像。

根据本发明的一个实施方式，用于至少部分地基于第一数据的第一表示来确定图像的成像装置100包括成像元件104和处理元件106、306，该处理元件106、306被配置为：确定该成像元件104在表示第一数据的虚拟体积内的位置和/或方向，基于成像元件104与表示第一数据的虚拟体积的至少部分相交来确定第一数据的投影，并且基于该投影确定该图像。

可以将第一数据存储在成像元件104的存储元件108和/或存储元件308中以通过成像元件104的处理元件106和/或处理元件306访问该数据。

第一数据可以是不随时间改变的预先确定的静态数据。可替换地，第一数据或第一数据的子集可以随时间改变或者被改变。作为一个示例，可以持续地更新第一数据或第一数据的子集。更新的数据可以经由成像装置100的通信元件被接收并且被存储在成像元件104的存储元件108和/或存储元件308中。

根据本发明的一个实施方式，处理元件106、306可以被配置为基于来自成像元件104或成像装置100的用户的输入改变或修改第一数据。此外，处理元件106、306可以被配置为适应第一表示210a、210b以说明修改的第一数据。例如，可以使用用户接口310或主控处理元件106的处理单元的用户接口来提供用户输入。

根据本发明的一个实施方式，除了第一数据之外，可以存在与第一数据相关联的第二数据。此外，可以存在任意数量的与第一数据和/或第二数据相关联的进一步的数据集合即第三数据、第四数据等等。第二数据和进一步的数据集合可以例如被存储在成像装置104的存储元件108和/或存储元件308中以通过成像元件104的处理元件106和/或处理元件306访问这些数据。

该数据(即第一数据、第二数据和/或进一步的数据集合)可以与任意真实对象或虚拟对象相关联。该数据可以例如是与二维对象相关联的二维数据或者与三维对象相关联的三维数据。作为一个进一步的示例，该数据可以表示二维对象或数据元素的时间序列或其它不同版本(例如(视频)图像序列)，从而形成概念上三维的数据表示。按照类似的方式，作为另一个进一步的示例，该数据可以表示三维对象或数据元素的时间序列或其它不同版本，从而形成概念上四维的数据表示。

根据本发明的一个实施方式的成像装置100可以用于例如在各种数据挖掘应用(例如，诸如磁共振图像(MRI)、x-射线图像等医疗成像数据、诸如建筑物等真实或虚拟的三维结构的模型、大气环流模型(GCM)、来自仿真模型的数据、视频图像的时间序列、地图数据等等)中的可视化。

根据本发明的一个实施方式，第一数据和第二数据可以描述对象的不同的方面或特征。作为一个示例，第一数据和第二数据可以分别表示对象的不同的层，例如对象的表面以及该对象的表面以下的结构或元素。作为另一个示例，第一数据和第二数据可以分别用于表示对象的正面和背面。作为一个进一步的示例，第一数据、第二数据和大量后续数据集合可以用于将对象表示为时间的函数，同时提供用于每个感兴趣的时刻的数据集合。

在下文中，仅讨论第一数据和第二数据，但是该讨论推广到任意数量的数据集合。

第一数据的第一表示210a、210b可以包括第一数据的二维表示或三维表示。作为一个示例，二维表示可以包括二维图像或数据的其他合适的二维表示。作为一个示例，三维表示可以包括在(三维)空间中由该空间内的某个位置所指定的虚拟体积或者其他合适的配置。三维表示可以是可视的或者不可视的表示。尤其在后一种情况中，可以使用外部装置指示空间内的三维表示的位置或者可以在其他方面已知该位置。

第一表示可以依赖于由用于提供定位参考的装置110所提供的定位参考配置。根据本发明的一个实施方式，提供第一表示作为由用于提供定位参考的装置110所提供的空间中的第一虚拟体积内的空间中的第二虚拟体积210a。根据本发明的一个实施方式，第一表示210a独立于定位参考配置。在该情况中，可以提供第二虚拟体积210a并且由用于提供第一表示的装置确定它的位置。

根据本发明的一个实施方式，一种用于可视化数据的配置包括成像装置100。此外，一种根据本发明的一个实施方式的配置可以包括空间中的第一虚拟体积内用于提供定位参考的装置110和/或用于提供数据的第一表示的装置102。

图3a提供了根据本发明的一个实施方式的用于可视化数据的第一示例性配置200a的示意图。在示例性配置200a中，示出了作为三维空间中的第二虚拟体积210a的第一数据的第一表示。此外，图3a示出了被配置在第二虚拟体积210a内的位置中的成像元件104。因此，被配置在虚拟体积210a内的位置中的成像元件提供成像元件104在第一表示210a上的投影204a。投影204a可用于确定数据的第一子集作为第一数据的与成像元件104在第一表示210a上的投影204a相对应的子集，并且至少部分地基于数据的第一子集确定图像。

如上所述，第二虚拟体积210a可以位于由用于提供定位参考的装置110所提供的第一虚拟体积内。因此，在该配置中，用于提供定位参考的装置110还概念性地充当用于提供数据的第一表示的装置102。可替换地，可以由成像元件104或成像装置100的用户确定第二虚拟体积210b的位置而无需使用提供定位参考的装置。在该配置中，成像元件104可以被视为还概念性地充当用于提供定位参考的装置110和/或用于提供数据的第一表示的装置102。

图3b提供了根据本发明的一个实施方式的用于可视化数据的第二示例性配置200b的示意图。在示例性配置200b中，用于提供第一表示的装置102b包括如本领域已知的被配置为提供第一数据的第一表示210b的数据投影仪装置，以及根据本发明的一个实施方式的包括成像元件104的成像装置100。

在用于可视化数据的示例性配置200b中，投影仪装置102b被配置为提供第一表示作为被显示在表面208上的二维图像210b，在该示例中表面208是基本上平坦的表面。此外，图3b示出了成像元件104在二维图像210b上的投影204b。

在第二示例性配置200b的变体中，用于提供第一表示的装置102可以包括显示器，其中在该显示器上显示二维图像210b。在第二示例性配置200b的该变体中，可以不需要数据投影仪装置。

根据本发明的一个实施方式，提供校准信息以便允许成像元件104在第一表示210a、210b上的投影204a、204b的确定，其中该校准信息包括允许第一表示210a、210b相对于预先确定的参考位置的位置的确定的信息。

校准信息可以包括关于预先确定的参考位置的信息。预先确定的参考位置可以是与用于可视化数据的配置200a、200b相关联的元件或组件之一的位置或者适用于与配置200a、200b相关联的元件或组件的相对位置的确定的任意其他位置。

根据本发明的一个实施方式，校准信息还包括允许由用于提供定位参考的装置所提供的第一虚拟体积相对于预先确定的参考位置的位置的确定的信息。该信息允许将所确定的相对于第一虚拟体积的位置映射到相对于第一表示的位置。

根据本发明的一个实施方式，校准信息还包括允许相对于预先确定的参考位置确定观察位置的信息。该观察位置可以例如是用于提供第一表示的装置102(例如数据投影仪)的位置，或者观察第一表示210a、210b的人员的假定的或已知的位置。

作为一个示例，校准信息可以包括允许包括二维图像210b的第一表示的位置以及预先确定的坐标系内的观察位置的确定的信息，例如限定二维图像210a的拐角的位置以及预先确定的坐标系内的观察位置的信息。作为另一个示例，校准信息可以包括在预先确定的坐标系内限定包括第二虚拟体积210b的第一表示的拐角的位置的信息。可替换地或附加地，校准信息可以包括这样一种信息，基于该信息可以确定上述位置，例如在预先确定的坐标系内限定第二虚拟体积的一个拐角的位置的信息以及确定第二虚拟体积相对于预先确定的坐标系的轴的方向和大小的信息。

根据本发明的各种实施方式，可以将空间内的任意位置表示为例如元组(x，y，z)，元组(x，y，z)表示沿预先确定的坐标系的三个轴相对于预先确定的坐标系的原点的坐标。作为另一个示例，可以将位置表示为元组(d，α，β，

)，其中d表示距预先确定的坐标系的原点的距离，以及α、β、

表示相对于预先确定的坐标系的三个轴的角度。作为一个示例，预先确定的参考位置可以是预先确定的坐标系的原点。校准信息还可以包括关于预先确定的坐标系的轴的信息。

在下文中，除非另外明确声明，则将位置作为预先确定的坐标系内的位置来讨论。然而，在本发明的实施方式中可以等效地使用可用于指定空间内的位置的任意信息。

根据一个实施方式，第一表示210a、210b具有相对于观察位置的固定位置，因而就这点而言允许预先确定的校准信息的使用。

根据另一个实施方式，相对于第一表示210a、210b的观察位置可以随时间改变。第一表示210a、210b的位置可以例如响应于来自成像装置100和/或成像元件104的用户的输入而改变。此外，可以移动或改变观察位置，可以移动第一表示或者可以在不同的方向和/或以不同的距离移动观察位置和第一表示210a、210b。更新校准信息而不管移动的属性，以反映改变的位置，以便允许确定成像元件104在第一表示210a、210b上的投影。

可以通过配置成像元件104以至少部分地与第一表示210a、210b重叠来提供成像元件104在第一表示210a、210b上的投影。

在本发明的第一表示包括显示在表面208上的二维图像210b的一个实施方式中，该配置可以包括以这样一种方式将成像元件104定位在观察位置与二维图像210b之间，其中在该方式中该成像元件104至少部分地覆盖二维图像210b上的观察。

在本发明的第一表示包括空间中的虚拟体积210a的一个实施方式中，该配置可以包括以这样一种方式定位成像元件104，其中在该方式中该成像元件104至少部分地位于虚拟体积210a内。当以该方式将成像元件104配置在虚拟体积210a内时，成像元件104(的表面)确定在虚拟体积210b上的二维投影(即相交)。

根据本发明的一个实施方式，处理元件106、306被配置为确定成像元件104在该第一表示210a、210b上的投影204a、204b，该成像元件104被配置为至少部分地与第一表示210a、210b重叠。

在本发明的一个实施方式中，处理元件106、306被配置为确定成像元件104在该第一表示210a、210b上的投影204a、204b，其中该确定包括获得关于在空间中的虚拟体积内的成像元件104的位置和/或成像元件104的方向的信息。这可以包括确定由用于提供定位参考的装置提供的第一虚拟体积210a内的成像元件104的位置和/或方向。

根据本发明的一个实施方式，确定投影204a、204b还可以包括获得关于成像元件104相对于第一表示210a、210b的位置和/或方向的信息。这可以例如包括确定成像元件104相对于第二虚拟体积210a的位置和/或方向。

获得成像元件104相对于第一表示210a、210b的位置和/或方向可以包括确定成像元件104在预先确定的坐标系内的位置和/或方向，并且使用所确定信息与校准信息一起确定成像元件104相对于第一表示210a、210b的位置和/或方向，因而可以由处理元件106、306使用所获得的关于成像元件104相对于第一表示210a、210b的位置和/或方向的信息来确定成像元件104在该第一表示210a、210b上的投影204a、204b。

另外，确定成像元件104在该第一表示210a、210b上的投影204a、204b可以包括获得关于成像元件104相对于观察位置的位置和/或方向的信息。这可以包括确定成像元件104在预先确定的坐标系内的位置和/或方向，并且使用所确定信息与校准信息一起确定成像元件104相对于观察位置的位置和/或方向，因而可以由处理元件106、306使用所获得的关于成像元件104相对于第一表示210a、210b的位置和/或方向的信息来确定成像元件104在该第一表示210a、210b上的投影204a、204b。

作为一个示例，第一表示可以包括显示在表面208上的二维图像210b。在该情况中，处理元件106、306可以基于观察位置，基于成像元件104的边缘的位置并且基于二维图像210b的边缘的位置，计算确定二维图像210b上的投影204b的位置。如果例如成像元件104和二维图像210b都具有矩形形状，则可以基于成像元件104的拐角的位置确定成像元件104的边缘的位置，并且可以基于二维图像210b的拐角的位置确定二维图像210b的边缘的位置。

作为另一个示例，第一表示可以包括空间中的虚拟体积210a。在该情况中，处理元件106、306可以基于成像元件104的外边缘的位置并且基于二维图像210b的外边缘的位置，计算确定第二虚拟体积210a上的投影204a的位置。换句话说，处理元件106、306确定投影204a作为成像元件104与第二虚拟体积210a的相交。例如，如果成像元件104具有矩形形状并且第二虚拟体积210a具有立方体形状，则可以基于成像元件104的拐角的位置确定成像元件104的边缘的位置，并且可以基于第二虚拟体积210a的拐角的位置确定第二虚拟体积210a的边缘的位置。

根据本发明的一个实施方式，确定成像元件104在该第一表示210a、210b上的投影204a、204b包括确定成像元件104的显示器单元302在第一表示210a、210b上的投影。上文关于成像元件104的投影的确定的讨论适用于成像元件104的显示器单元302的投影的确定。

根据本发明的一个实施方式，在三维第一表示210a的情况中，处理元件106、306被配置为相对于空间中的虚拟体积210a内的轴，确定成像元件104在该第一表示210a上的投影204a。可以例如将投影确定为在与所述轴垂直的平面上的二维投影。假设可以由表示相对于预先确定的坐标系的原点沿预先确定的坐标系的三个轴的坐标的元组(x，y，z)来表示在预先确定的坐标系内并且因此在虚拟体积内的位置的示例，可以例如相对于z轴确定该投影，从而提供与由x和y轴所确定的平面平行的投影。这可以被视为将第一表示210a上的投影204a“锁定”以相对于一个轴而被确定。

根据本发明的一个实施方式，可以经由成像元件104的用户接口310控制该“锁定”。在本发明的另一个实施方式中，可以经由包括处理元件106的处理单元的用户接口控制该“锁定”。作为一个示例，用户接口310或包括处理元件106的处理单元的用户接口可以允许用户选择一个轴或一个方向，其中该“锁定”相对于该轴或该方向被用以“锁定”投影204a和/或“解锁”投影204a。

根据一个实施方式，成像元件104包括传感器单元304，传感器单元304提供关于成像元件104的位置和/或方向的信息。可以例如相对于由用于提供定位参考的装置所提供的第一虚拟体积来确定位置和/或方向信息。由传感器单元304所提供的关于成像元件104的位置和/或方向的信息可用于确定成像元件104在该第一表示210a、210b上的投影204a、204b。传感器单元304可以包括一个或多个传感器。此外，该一个或多个传感器可以包括相似类型的传感器或者两个或更多个不同类型的传感器。

根据本发明的一个实施方式，传感器相对于成像元件104的外边缘的位置和方向是已知的，并且它们作为配置信息被存储在例如成像元件104中的存储单元306中或存储单元106中。与关于传感器相对于成像元件104的外边缘的位置和方向的配置信息一起使用由传感器所提供的位置和方向信息，可能确定成像元件104的外边缘的位置。由传感器所提供的关于成像元件的位置和/或方向的信息以及该配置信息被提供给处理单元106、306，处理单元106、306可以使用该信息来确定成像元件104的位置。作为一个示例，在成像元件104具有矩形形状的情况中，这可以允许确定成像元件104的拐角的位置。

根据一个实施方式，可以将传感器单元304的一个或多个传感器配置在成像元件104的边缘上，以便允许更加直接确定成像元件104的外边缘的位置。例如，具有矩形或四边形形状的成像元件104可以具有被配置在每个或一些它的拐角中的传感器，以允许基于成像元件104的拐角的位置的知识确定成像元件104的外边缘的位置。

根据本发明的一个实施方式，传感器单元304的一个或多个传感器和各自的配置信息可以被配置用于成像元件104的显示器单元302的投影而不是成像元件104作为整体的投影的确定。

根据本发明的一个实施方式，使用基于一个或多个磁场的定位配置来获得关于成像元件104的位置和/或方向的信息。在该配置中，传感器单元304包括提供关于成像元件104相对于磁场的位置和/或方向的数据的电磁传感器。电磁传感器可以被称为磁力计。可以例如由用于提供定位参考的装置110在空间中的第一虚拟体积内提供磁场。作为一个示例，如本领域已知的，可以提供具有横跨空间内所期望位置的预先确定的特征的磁场，并且可以确定磁场内的电磁传感器的位置和/或方向。

根据本发明的一个实施方式，用于提供定位参考的装置可以提供三个磁场，该三个磁场被配置为使得它们跨越第一虚拟体积内的三个相互正交的磁场。成像元件104的传感器单元304中所包括的一个或多个磁力计提供这样一种数据，该数据允许确定成像元件104在三个磁场中的每一个磁场内的位置和/或方向-并且因此允许确定成像元件104在第一虚拟体积内的位置和/或方向。在第一虚拟体积内的位置与校准信息一起允许确定在预先确定的坐标系内和/或关于第一表示210a、210b的位置。

根据本发明的一个实施方式，使用如本领域已知的基于超声的定位配置来获得关于成像元件104的位置和/或方向的信息。作为该配置的一个示例，传感器单元304包括超声传感器，该超声传感器提供关于成像元件104相对于第一虚拟体积的位置和/或方向的数据，其中由用于提供定位参考的装置110中所包括的一个或多个超声发射器提供该第一虚拟体积。因此，超声传感器和一个或多个超声发射器构成基于超声的定位配置。根据本发明的一个实施方式的传感器单元304可以包括一个或多个超声传感器。作为一个示例，可以使用允许确定三维空间内的所期望位置内的超声传感器的位置和/或方向的一个或多个超声发射器。如本领域已知的，可以基于观察到的超声发射器与超声传感器之间的声音传播时间来确定超声传感器相对于超声发射器的位置。根据本发明的一个实施方式，传感器单元304包括用于提供这样一种数据的一个或多个超声传感器，其中该数据允许确定成像元件104在预先确定的坐标系内的位置和/或方向。

根据本发明的进一步的实施方式，任意其他合适的定位配置(例如基于光学定位或罗盘的定位配置)可以被用来确定成像元件104的位置和/或方向。

根据本发明的一个实施方式，由用于提供定位参考的装置(例如磁场、一个或多个超声发射器或等效的定位配置)所提供的第一虚拟体积包括提供数据的第一表示210a的第二虚拟体积。

根据本发明的一个实施方式，传感器单元304包括加速计，加速计提供关于成像元件104的相对位置和/或方向的数据。根据本发明的一个实施方式的传感器单元304可以包括一个或多个加速计，例如三个加速计可用于确保获得沿预先确定的坐标系的每个轴的信息。如本领域已知的，加速计提供关于位置和/或方向中的相对改变的信息。因此，根据本发明的该实施方式，相对于成像元件104的参考位置和/或方向，确定位置和/或方向信息。可以在成像装置100或成像元件104的激活或重新激活之后确定成像元件104的参考位置和/或方向。此外，可以重新确定成像元件104的参考位置和/或方向。该重新确定可以是自动的并且周期性地发生，或者可以由成像装置100或成像元件104的用户经由用户接口310或成像装置100的用户接口来开始该重新确定。可以将成像元件104的参考位置和/或方向包括在上文所讨论的成像元件104的校准信息中。

根据本发明的一个实施方式，成像元件104的参考位置和/或方向确定包括第一表示210a作为第二虚拟体积的空间中的位置。因此，根据该实施方式，成像元件104相对于成像元件104的参考位置和/或方向的位置和/或方向可以被用来确定成像元件104在第二虚拟体积上并且因此在第一表示210a、210b上的投影204a、204b。

在本发明的一些实施方式中，传感器单元304可以包括被认为适于提供关于成像元件104的位置和/或方向的数据的本领域已知的其他类型的传感器。此外，根据本发明的一个实施方式，成像元件104可以例如通过使用如上文所讨论的合适类型的传感器被耦接到可以提供关于成像元件104的位置和/或方向的信息的铰接臂。

根据本发明的一个实施方式，处理元件106、306被配置为确定数据的第一子集作为与成像元件104在第一表示210a、210b上的投影204a、204b相对应的第一数据的子集。

根据本发明的一个实施方式，投影204a、204b是第一表示210a、210b的二维子集。作为一个示例，在第一表示包括显示在表面208上的二维图像210b的情况中，投影204b是二维图像210b的子集。因此，投影204b对应于第一数据的与二维图像210b的子集相对应的子集。作为另一个示例，在第一表示包括在空间中的虚拟体积210a的情况中，投影204a是虚拟体积210a的二维相交。因此，投影204a对应于第一数据的与虚拟体积210a的相交相对应的子集。

可以通过使用映射函数和/或逆映射函数确定成像元件104在第一表示210a、210b上的投影204a、204b与第一数据的对应关系。换句话说，由第一表示中的某个位置表示第一数据的给定元素，其中可以将某个位置表示为预先确定的坐标系内的三维空间内的坐标。逆的关系也是有效的，即第一表示中的给定位置表示第一数据的某个元素。此外，可以使用第一映射函数f()限定第一数据的元素与第一表示中的对应位置之间的关系，而第一逆映射函数f^-1()可用于限定第一表示中的位置与第一数据的对应元素之间的逆关系。

因此，根据本发明的一个实施方式，处理单元106、306被配置为使用第一映射函数和/或第一逆映射函数来确定数据的第一子集作为与成像元件104在第一表示210a、210b上的投影204a、204b相对应的第一数据的子集。

该第一数据、第一映射函数和第一逆映射函数可以被存储在存储器108、308中，并且由处理元件106、306确定第一数据与第一表示210a、210b上的投影204a、204b之间的对应关系。

作为第一数据与至少部分地基于该第一数据的第一表示210a、210b之间的对应的示例，可以由坐标x、y和z标识被概念性地配置在三维数组中的第一数据的数据元素，其中x表示数据元素在该数组的第一维度中的位置，y表示数据元素在该数组的第二维度中的位置以及z表示数据元素在该数组的第三维度中的位置。将与三维数组的位置(x，y，z)中的数据元素相对应的第一表示210a、210b中的位置表示为(X，Y，Z)，并且可以将第一映射函数f()用作(X，Y，Z)＝f(x，y，z)而得到(X，Y，Z)。另一方面，可以通过将第一逆映射函数f^-1()用作(x，y，z)＝f^-1(X，Y，Z)而将第一表示210a、210b中的位置映射到三维数组中的数据元素。

可以将第一逆映射函数f^-1(X，Y，Z)可以被应用到的X、Y和Z的有效值的集合限制为这样一种集合，其中可以使用第一映射函数f(x，y，z)从x、y和z的有效值直接定义该集合。因此，第一表示210a、210b的位置(X，Y，Z)可以横跨稀疏的三维网格(X，Y，Z)∈V，该三维网格可用于例如确定第一表示210a、210b中的有效位置的集合。在该情况中，在第一表示210a、210b内但是不具有有效位置(即

)的位置(X′，Y′，Z′)首先在应用第一逆映射函数f^-1()之前被变换到有效位置(X″，Y ″，Z″)∈V，并且与第一表示210a、210b内的变换位置相对应的三维数组的数据元素被发现为(x，y，z)＝f^-1(X″，Y″，Z″)。该变换可以包括确定第一表示210a、210b内的有效位置中最小化成本函数的位置。作为一个示例，该变换可以包括确定最小化第一表示210a、210b内的无效位置(X′，Y′，Z′)与有效位置之间的欧氏距离的位置(X″，Y″，Z″)。

上文的示例讨论了将被配置为三维数组的数据映射成三维表示的特殊情况。然而，类似的考虑对于不同维数的数据和/或表示是同样有效的，例如对于二维数据和数据的二维表示。此外，数据和对应的数据的表示的维度无需相同。作为一个示例，可以使用合适的第一映射函数f()和第一逆映射函数f^-1()至少部分地基于二维数据将二维数据映射到三维表示-并且基本上数据维数和对应的数据表示的维度的任意组合都是适用的。

第一数据与至少部分地基于该第一数据的第一表示210a、210b之间的对应关系可以是固定的或自适应的。在固定对应关系的情况中，映射函数和对应的逆映射函数保持固定。在对应关系是自适应的情况中，可以通过自适应映射函数和对应的逆映射函数来实现自适应以导致期望的自适应量。作为一个示例，以这样一种方式自适应映射函数和对应的逆映射函数可用于提供覆盖较大数量的第一数据的视图/表示(即“缩小”功能)，其中在该方式中沿第一表示的全部维度彼此更加接近地移动第一表示210a、210b的有效位置。作为另一个示例，以这样一种方式自适应映射函数和对应的逆映射函数可用于提供该数据的更详细的视图/表示(即“放大”功能)，其中在该方式中沿第一表示的全部维度彼此更加远离地移动第一表示210a、210b的有效位置。作为进一步的示例，可以用这样一种方式自适应映射函数和逆映射函数，其中在该方式中仅自适应第一表示210a、210b的一些维度并且/或者沿第一维度使得第一表示210a、210b的有效位置彼此更加靠近而沿第二维度使得第一表示210a、210b的有效位置彼此更加远离。该自适应可以允许对沿感兴趣的轴的数据提供更大的或更详细的视图并且/或者允许提供沿第一维度的数据的更大的视图以及沿第二维度的数据的更详细的视图。

作为用于提供覆盖更大数量的第一数据的视图/表示或者为了提供第一数据的更详细的视图/表示的另一个或补充的可能性将修改用于提供第一表示210a、210b的装置的特征和/或位置。在该方法中，可以不需要映射函数和/或逆映射函数的自适应以便提供“缩放”功能。

根据本发明的一个实施方式，可以经由成像元件104控制第一表示中的“缩放”。作为一个示例，用户接口310可用于控制该“缩放”。在本发明的另一个实施方式中，可以经由包括处理元件106的处理单元的用户接口控制“缩放”功能。

第一表示210a、210b可以仅覆盖第一数据的一部分。这可以是例如由于为了得到与初始第一表示相比更详细的第一数据的视图/表示的“缩放”或者由于不能以合适的粒度容纳在第一表示中的第一数据的大集合而产生的情况。因此，根据本发明的一个实施方式，处理元件106、306可以被配置为“移位”第一表示210a、210b中所包括的第一数据的一部分以便改变第一表示210a、210b中所包括的第一数据的该部分。此外，在本发明的一个实施方式中，用于提供数据的第一表示的装置102可以被配置为基于来自处理元件106、306的指令修改第一表示210a、210b。例如，如果第一表示包括第二虚拟体积210a，其中第二虚拟体积210a表示被概念性地配置成覆盖第一数据的第一部分的三维数组的第一数据，则该“移位”可以包括改变该第一表示210a以覆盖该第一数据的第二部分。

作为一个示例，假设第一数据被概念性地配置成三维数组并且由坐标x、y和z识别第一数据的元素，则第一数据的第一部分可以包括沿数组的第一维度的数据位置x₁到x₂，沿数组的第二维度的数据位置y₁到y₂以及沿数组的第三维度的数据位置z₁到z₂。数据的“移位”可用于得到第一数据的第二部分，该第二部分包括沿数组的第一维度的数据位置x’₁和x’₂，沿数组的第二维度的数据位置y’₁和y’₂，沿数组的第三维度的数据位置z’₁和z’₂。该“移位”可以仅涉及第一数据的维度的子集，可以例如仅沿该数组的第一维度对第一数据进行“移位”。

根据本发明的一个实施方式，可以经由成像元件104的用户接口310控制“移位”。在本发明的另一个实施方式中，可以经由包括处理元件106的处理单元的用户接口控制“移位”功能。

根据本发明的一个实施方式，处理元件106、306被配置为至少部分地基于与投影204a、204b相对应的数据的第一子集确定图像。处理元件106、306可以从存储元件108、308获取数据的第一子集，至少部分地基于该第一子集确定图像，并且提供用于成像元件104的图像。该图像可以被视为至少部分地基于第一数据的第二表示。

处理元件106、306可以被配置为自动地确定图像以对应于成像元件104的当前位置和/或方向。作为另一个示例，处理元件可以被配置为一旦成像元件104已经在预先确定的时间内基本上处于相同的位置和/或方向之后确定图像。作为进一步的示例，处理元件106、306可以被配置为在经由用户接口310或成像装置100的用户接口所提供的命令之后确定图像。

根据本发明的一个实施方式，成像元件104被配置为在显示器单元302上显示由处理元件106、306所提供的图像。除了在显示器单元302上显示该图像之外，可以改为或另外将该图像存储在存储元件108、308中用于后续使用或者处理元件106、306可以例如向另一个(外部的)显示器元件提供该图像以便显示。

在经由用户接口310或成像装置100的用户接口所提供的命令之后，该图像可以被显示并且/或者被存储在存储元件108、308中。此外，成像元件可以被配置为在显示器单元302上显示图像直到经由用户接口310或成像装置100的用户接口发出进一步的命令为止。

根据本发明的一个实施方式，可以移动或改变第一表示的位置和/或方向。作为一个示例，可以由成像元件104和/或成像装置100的用户通过经由用户接口310或成像装置100的用户接口提供命令来移动该第一表示。就这点而言，作为一个示例，第一表示的移动可以包括用户将成像元件104配置到第一位置并且发出第一命令以便导致成像装置100确定成像元件104在第一表示210a上的投影204a，以及如前文所述确定并且显示与成像元件104的显示器单元302的投影相对应的图像。与此同时，处理元件106、306被配置为“冻结”投影204a与第一表示210a之间的关系。因此，用户将显示图像的成像元件104移动到第二位置并且发出第二命令以“解冻”投影204a与第一表示210a之间的关系。现在，成像元件104的第二位置和方向确定在成像元件104的第一位置中“冻结”的投影的新位置和方向，并且处理元件被配置为相应地重新确定第一表示210a的位置和/或方向。第一表示210a的位置和/或方向的重新确定可以包括例如重新确定上述映射函数或逆映射函数以导致第一表示210a的重新确定的位置和/或方向。

根据本发明的一个实施方式，除了第一数据之外，可以存在与该第一数据相关联的第二数据。此外，可以存在与该第一数据相关联的任意数量的进一步的数据集合即第三数据、第四数据等等。在下文中，讨论第一数据和第二数据，但是该讨论推广到任意数量的数据集合。

根据本发明的一个实施方式，成像装置100可以被配置为允许确定数据的第二子集作为与第一数据相关联的第二数据的子集，并且因此基于数据的第二子集而不是数据的第一子集确定图像。因此，该图像可以被视为至少部分地基于与第一数据相关联的第二数据的第二表示。

可以由用户例如通过使用成像元件104的用户接口310做出基于第一子集还是第二子集来确定图像之间的选择。作为一个示例，这可以包括使用触摸屏、按键、键盘或小键盘或者允许由所包括的用户进行的数据和命令的输入的其他合适的配置。

根据本发明的一个实施方式，成像元件104的方向可用于控制基于第一子集还是第二子集来确定图像之间的选择。例如，如果成像元件104包括显示器单元302，其中显示器单元302包括透明的显示器元件，其中该透明显示器元件可以在显示器元件的两侧显示图像，则可以基于该显示器单元302的哪个侧面当前正面对预先确定的观察点(例如校准信息中所确定的观察位置)来做出数据的第一子集与第二子集之间的选择。可以例如基于从传感器单元304所获得的数据来确定成像单元104的方向并且因此确定显示器单元302相对于该观察点的方向。可以例如通过使用一个或多个映射函数和/或逆映射函数直接地或者经由第一表示来确定第一数据与第二数据之间的对应关系，如下文所详细讨论的。

根据一个实施方式，可以例如由第二映射函数g()确定第一数据与第二数据之间的对应关系，其中第二映射函数g()描述从第一数据的元素到第二数据的对应元素的映射。相反，第二逆映射函数g^-1()可以确定第二数据的元素与第一数据的对应元素之间的映射。因此，可以通过首先通过使用第二逆映射函数g^-1()确定第一数据的与第二数据的给定元素相对应的元素并且随后通过使用第一映射函数f()确定与第一数据的所确定的元素相对应的第一表示210a、210b中的位置来建立与第一数据相关联的第二数据的给定元素与至少部分地基于第一数据的第一表示210a、210b中的位置之间的对应关系。类似地，可以通过首先通过使用第一逆映射函数f^-1()确定第一数据的与第一表示210a、210b中的给定位置相对应的元素并且随后通过使用第二映射函数g()确定第二数据的与第一数据的所确定的元素相对应的元素来建立至少部分地基于第一数据的第一表示210a、210b中的给定位置和与第一数据相关联的第二数据的元素之间的对应关系。

因此根据本发明的一个实施方式，处理单元106、306被配置为使用第一和第二映射函数和/或第一和第二逆映射函数以确定数据的第一子集作为与成像元件104在第一表示210a、210b上的投影204a、204b相对应的第一数据的子集，并且确定数据的第二子集作为与第一数据相关联的第二数据的子集，数据的第二子集对应于数据的第一子集。换句话说，确定与第一表示210a、210b上的投影204a、204b相对应的第二数据的子集，并且基于第二子集确定该图像。

根据本发明的一个实施方式，经由至少部分地基于第一数据的第一表示210a、210b确定第一数据和与第一数据相关联的第二数据之间的对应关系。在该方法中，第一映射函数f()和第一逆映射函数f^-1()确定第一数据与第一表示210a、210b之间的对应关系，并且以类似的方式，第三映射函数h()和第三逆映射函数h^-1()确定第二数据与第一表示210a、210b之间的对应关系。因此，可以通过首先通过使用第一映射函数f()确定在与第一数据的给定元素相对应的第一表示210a、210b中的位置并且随后通过使用第三逆映射函数h^-1()确定与所确定的位置相对应的第二数据的元素来确定第一数据的给定元素与第二数据中的对应元素之间的对应关系。以类似的方式，可以通过首先通过使用第三映射函数h()确定与第二数据的给定元素相对应的第一表示210a、210b的位置并且随后通过使用第一逆映射函数f^-1()确定与所确定的位置相对应的第一数据的元素来发现与第二数据的给定元素相对应的第一数据的元素。如果第一数据和第二数据表现出类似的结构，例如类似大小的类似维度数量，则第一映射函数f()与第三映射函数h()以及第一逆映射函数f^-1()与第三逆映射函数h^-1()可以分别是相同的，仅需要使用适用于两个数据集合的单个映射函数和单个逆映射函数。

因此，根据本发明的一个实施方式，处理单元106、306被配置为使用第一和第三映射函数和/或第一和第三逆映射函数来确定数据的第一子集作为与成像元件104在第一表示210a、210b上的投影204a、204b相对应的第一数据的子集，并且确定数据的第二子集作为与第一数据相关联的第二数据的子集，其中数据的第二子集与数据的第一子集相对应并且基于数据的第二子集确定图像。

第一数据、第二数据、映射函数和逆映射函数可以被存储在存储元件108、308中，并且由处理元件106、306确定第一数据/第二数据与第一表示上的投影204a、204b之间的对应关系。

图4提供了根据本发明的一些实施方式的说明用于至少部分地基于具有第一表示的第一数据来确定图像的方法400的示例性流程图。

在本发明的一个实施方式中，方法400可以可选地包括如步骤402中所示的提供第一数据的第一表示。在步骤404中，确定成像元件在第一表示上的投影，该成像元件被配置为至少部分地与第一表示重叠。投影的确定可以包括获得关于在空间中的虚拟体积内成像元件的位置和/或成像元件的方向的信息。此外，确定投影还可以包括获得关于成像元件相对于第一表示的位置和/或方向的信息。

根据一个实施方式，获得关于该成像元件在虚拟体积内的位置和/或方向的信息包括获得传感数据，例如来自加速计的关于位置和/或方向的数据。

根据本发明的一个实施方式，获得传感数据包括获得关于成像元件相对于定位参考的位置和/或方向的信息，例如来自磁力计的关于相对于磁场的位置和/或方向的数据。

在步骤406中，确定数据的第一子集作为与成像元件在第一表示上的投影相对应的第一数据的子集，并且在步骤408中，确定至少部分地基于数据的第一子集的图像。根据本发明的一个实施方式，确定图像包括确定数据的第二子集作为与第一数据相关联的第二数据的子集，其中数据的第二子集与数据的第一子集相对应，并且基于数据的第二子集确定图像。在本发明的一个实施方式中，第一表示包括显示在表面上的二维图像，并且确定投影可以包括确定成像元件在该二维图像上的投影。在另一个实施方式中，第一表示包括三维空间中的虚拟体积。此外，根据本发明的一个实施方式，确定投影包括确定成像元件与虚拟体积的二维相交。

根据一个实施方式，如由步骤410所示的，可以在成像元件上显示所确定的图像。

可以将方法400实现为硬件、软件或硬件和软件的组合。作为一个示例，可以将方法400实现为被配置为实现方法400的步骤的程序代码，该程序代码被存储在计算机可读存储介质(例如固定的或可移除的硬盘驱动器、光盘驱动器、记忆棒、CD-ROM、DVD-ROM或适用于存储程序代码的其他类型的计算机可读存储介质)上。

图5a到图5c示出了根据本发明的一个实施方式的用于使用成像装置100来可视化数据的配置的一个示例。图5a示出了一系列二维图像，该一系列二维图像提供表示患者头部的MRI扫描的图像作为第一数据。这些二维图像被配置为形成该第一数据的第一表示作为空间中的虚拟体积210a，从而提供第一数据的三维表示。图5b示出了与由虚拟体积210a所表示的数据相对应的真实的对象——即患者的头部，以及使用成像元件104来提供成像元件104在第一表示210a上的投影204a的概念。图5c示出了配置成像元件104以与第一表示210a至少部分地重叠并且在成像元件104上显示图像的两个示例，其中至少部分地基于与成像元件104在第一表示210a上的投影204a相对应的数据的第一子集确定该图像。

图6a和图6b提供了关于具有包括空间中的虚拟体积210a的第一表示的第一数据的进一步的示例。图6a示出了使用根据本发明的一个实施方式的配置和/或成像装置100来可视化地球的结构的概念。示出了提供第一数据的地球的相交的一系列二维图像被配置进空间中的虚拟体积210a中，以提供第一数据的第一表示。此外，成像元件104被配置为提供在第一表示210a上的投影204a作为第一表示210a的相交。图6b进一步示出了在成像元件104上显示至少部分地基于与成像元件104在第一表示210a上的投影204a相对应的数据的第一子集所确定的图像。

图7提供了根据本发明的一个实施方式的用于使用成像装置100可视化数据的配置的一个示例。在该示例中，第一数据确定与第一时间点相对应的地图的图像。提供第一数据的第一表示作为显示在表面上的二维图像210b。成像元件104被配置为与第一表示210b重叠，并且在成像元件104上显示至少部分地基于与成像元件104在第一表示210b上的投影204b相对应的数据的第一子集所确定的图像。此外，在该示例中，该图像基于第二数据，其中基于数据的第二子集确定该图像，数据的第二子集是与第一数据相关联的第二数据的子集，数据的第二子集与数据的第一子集相对应。此外，第二数据确定与第二时间点相对应的与第一数据相同的区域的地图的图像。

图8示出了根据本发明的一个实施方式的用于使用成像装置可视化数据的配置的另一个示例。作为一个具体的示例，我们假设将要被可视化的数据表示人体的一部分(例如人脑)的三维图像。可能已经例如通过NMR成像获得了作为所谓的体素(“体积像素”)数据值的大量集合的所谓的第一数据。所述第一数据被存储在计算机801的存储器内，或者在计算机801得以访问的一些其他的存储装置内。

为了提供定位参考，存在磁场生成单元802，磁场生成单元802被配置为在房间803内创建不均匀的磁场。因此房间803的内部对应于前文所述的“第一虚拟体积”的概念。没有必要使磁场覆盖整个房间；也没有必要完全使用磁场作为定位参考。作为替换，可以使用前文所述的光学定位或任意其他的定位方法。

使用电磁传感器804作为传感器单元。电磁传感器804被依附到充当成像元件的便携式屏幕805。从电磁传感器804所获得的传感数据告知电磁传感器804在房间803内的确切位置和方向。由于电磁传感器在便携式屏幕805中的依附位置是已知的，所以从电磁传感器804所获得的传感数据可以用来计算便携式屏幕805的确切位置和方向。便携式屏幕805可以是优选地通过漫反射来反射光线的任意合适材料的平面件。例如，塑料或金属板可以被用作便携式屏幕805。漫反射率好于镜面反射率，因为仅可以从不同的观察方向适当地观察在镜面反射屏幕上所投影的图像。

通过定义三维图像即第一数据的第一表示“出现”在第二虚拟体积806内已经在房间803的一部分内定义了第二虚拟体积806。因此，与计算机存储器中的体素数据值相关联的每个体素数据值具有在第二虚拟体积806内非模糊地定义的位置。如果可以同时使得第一数据的整个第一表示对于人眼是可视的，则讨论中的人脑的完整三维图像将实际出现在定义第二虚拟体积806的箱体内部。

根据本发明的一个实施方式，并非使得整个第一数据而是使得第一数据的第一子集是可视的并且作为图像来提供。这是通过检测第二虚拟体积806内便携式屏幕805的位置和方向，通过从第一数据选择那些位于便携式屏幕805与第二虚拟体积806的平面相交内的体素，并且通过使得所选择的体素的体素数据值作为便携式屏幕805上的色度和/或亮度值可视来完成的。为了实现上述步骤，使用数据投影仪807。计算机801使用合适的映射函数以计算如果从便携式屏幕805的检测瞬间位置和方向看来该三维图像的横截面看起来应该如何。在已经计算了合适的投影即三维图像的期望横截面的合适外观之后，该计算机指示数据投影仪807通过将该横截面光学地投影到便携式屏幕805上以使得该横截面是可视的。

如果计算机801具有足够的处理能力，则可能随着便携式屏幕805在第二虚拟体积806内转动和/或移动实时地重新计算该投影。对于在他的或她的手头上具有便携式屏幕805的人类用户，这呈现了检查三维图像的各种细节和横截面的特别直观的方式。与许多现有技术的图像可视化配置截然相反，本发明的一些实施方式允许人类用户使用实际的成像元件即物理设备，其中用户在该物理设备的表面上看到即将出现的图像，同时作为控制器，该设备的真实移动与被显示图像的改变方式具有一一对应的关系。

图8中所示的配置的可以被人类用户作为限制而经历的一个特征是用于光学地将图像投影到便携式屏幕805上的单个数据投影仪807的使用。仅仅可以从屏幕的同一侧观察被投影在不透明屏幕上的图像；然而，通过使用透明屏幕可以克服该限制。如果侧向转动便携式屏幕805即使得它的法线方向与投影仪波束808的中心方向形成直角，则图像几乎不能以清晰可辨别的方式被投影到屏幕上。作为对于该问题(并且还对于与不透明屏幕相关的问题)的补救，可以使用两个或多个投影仪。计算机801以任意方式被配置为考虑到便携式屏幕805的被检测的瞬间方向，因而它可以被配置为总是选择处于用于在每个时刻将最有可能的图像投影到屏幕上的最合适的方向上的投影仪(或者甚至同时两个或多个投影仪)。

通过实现直接在成像元件内产生可视图像可以避免可能与光学投影相关联的所有问题。换句话说，例如在图8中所示的实施方式中，可以用便携式显示器替换数据投影仪807与便携式屏幕805的组合，其中电磁传感器804(或用于检测成像元件的瞬间位置和方向的其他传感器)被依附到该便携式显示器。从外部看来，该配置与图8中所示的配置的不同之处仅仅在于来自计算机801的输出电缆将去向在图8中看起来作为便携式屏幕805而不是数据投影仪807的元件。处理图像以便直接显示在显示器上与处理图像以便通过数据投影仪来显示仅仅在相对直接的方式中有差别，但是必须考虑到如果屏幕的法线方向不直接指向投影仪，则对于投影仪可视的(并且因此必须投影图像到其上的)屏幕的表面区域变得更窄。

经过光学投影在屏幕上产生可视图像使其特别有利于在需要无菌的环境中应用本发明。考虑图8中所示的实施方式，我们可以假设房间803是医院的手术室。为了在手术期间得到合适的指导，外科医生应该有检查患者体内的感兴趣区域中的可视图像的可能性。该可视图像可以是早期获得的图像，并且/或者其可以包括随着手术进行而通过一些成像装置连续地获得的、动态地更新的元素。无菌化整个电子显示器以便外科医生可以在手术期间把握它可能是困难的或不切实际的，而无菌化用作便携式屏幕的简单的金属或塑料平面片段是非常直接的。如果一个便携式屏幕变得被血染或弄脏，则外科医生可以简单地丢弃它并且拿取另一个。如果认为电磁传感器笨重或者不适用于与无菌便携式屏幕一起使用，则存在大量除了磁场之外的用于提供定位参考的其他方式。

用于将图像光学地投影到便携式屏幕上的数据投影仪可以位于距实际手术区域安全距离处，或者甚至在手术室外部，在玻璃窗格或其他透明分离器的后面。便携式屏幕无需字面上的“便携式”，就该意义而言它们应该一直被保持在手中。如果外科医生想要来自手术区域的同时来自大量观察角度的可视反馈，则可以将两个或多个屏幕放置在第二虚拟体积内的支架中，每个屏幕显示第一数据的子集，该子集在第一表示中的位置与第二虚拟体积的相交重合。还可以在第一虚拟体积中建立两个或多个“第二虚拟体积”，具有可用于在它们中的每一个的检查的不同的图像。

在撰写本说明书时，加速计和其他类型的位置和移动传感器在平板电脑中变得日益普遍。将本发明的一个实施方式所需要的全部功能集成在单个设备中对于本发明而言打开了全新的应用领域。图9a示出了平板电脑901，其中在平板电脑901的存储器(未独立地示出)中存储第一数据。在该情况中，第一数据表示用于进行电子游戏的三维场景。游戏场景的每个细节具有在该场景中确切地定义的位置，但是因为该场景在物理上不存在，不像是以计算机存储器内的像素(或体素)值的形式，所以不可能呈现它的实际物理图像。出于示例的目的，我们假设游戏场景的第一表示将它放置在立方体虚拟体积902中，并且游戏场景包括隧道，其中已经在图9a中用虚线903示出了一些隧道。平板电脑901的显示器中所示出的椭圆线条是当被显示器的平面相交时隧道壁的横截面。图9b示出了直接从一个侧面(图9a中的右前方的侧面)所看到的相同的虚拟体积902。

可能需要校准信息以确定第一表示相对于预先确定的参考位置的位置(即虚拟体积902的位置)，在该情况中，该预先确定的参考位置是平板电脑901内非常公知的已知参考点。可以例如实现这个以便当游戏应用被打开(或当校准功能被激活)的时刻，使得虚拟体积902直接从平板电脑901的后面开始。经过集成加速计或者其他运动传感器检测平板电脑901的物理移动。每当物理移动使得平板电脑901来到这样一种位置处，其中该位置处平板电脑901的显示器的至少一部分与虚拟体积902相交，选择第一数据的第一子集。这通过注意第一数据的哪些像素或体素位于虚拟体积902的与平板电脑901的显示器的检测位置重合的那部分处(或者相距预先确定的小距离)。

所选择的第一数据的第一子集用于在平板电脑901的显示器的合适位置上显示其投影。这意味着通过物理地移动虚拟体积902内的平板电脑901，用户可以在游戏场景内自由地导航。每个时刻他在显示器上看到的是在这样一种平面上的游戏场景的横截面，其中显示器当前正好在该平面上。可以将该方式的经过游戏场景的导航与游戏的无数其他功能如移动并且如若不然与游戏图像交互、操作游戏对象等等。除了物理地移动平板电脑之外，玩家可以用大量其他方式与游戏交互，比如说大声的语音命令、按压按钮、操纵游戏杆、叩击或挥击跨显示器的触敏部分，等等。

在许多上述实施方式中，已经假设，为了确定图像而选择的第一数据的第一子集严格地是第一表示在成像元件的平面中的平面横截面。这不是本发明所需要的，而是可以不同地选择第一子集。在图10、图11和图12中示意性地示出了一些替换。

图10示出了以位于虚拟体积1002内的四面体1001的形式存在的某个第一数据的第一表示。将成像元件1003放置在相对于虚拟体积1002的某个位置中导致成像元件1003与该四面体相交；该相交的线作为图10的中心部分的虚线是可视的。但是，不是仅选择刚好在相交平面内的四面体的那些像素或体素以便显示，它们改为被选择作为第一数据的全部那些部分的第一子集，其中，如果沿成像元件1003的平面进行切割，则可以基于该第一数据的那些部分渲染在切割平面之下仍然可视的图像。为了保持图形清晰，对于被显示图像的直接来自相交平面的部分使用一些强调如不同的颜色或色调是有利的。在图10中的右边，在成像元件上看到两个可能的图像，上一个图像示出了如果四面体是固体的示例并且下一个图像示出了如果四面体中空或者包括在沿成像元件的平面取得的横截面图像中变得可视的其他内部结构的示例。

图11示出了一个替换，在该替换中第一子集被选择为使其包括第一数据的全部那些部分，其中可以基于那些部分渲染在切割平面之上而不是之下仍然可视的图像。图12示出了另一个替换，在该替换中第一子集被选择为使其包括第一数据的全部那些部分，其中可以距切割平面一定的距离，基于那些部分渲染在切割平面之上和之下仍然可视的图像。在切割平面的不同侧面上该距离可以不同。在图12的中下部分中用点线显示了限制平面和这样一种线条，其中可以直到该限制平面选择第一子集并且该限制平面沿该线条切割所示对象。图12的最右部分显示了在成像元件上显示的图像，其中虚线用于显示成像元件的原始平面切割虚拟体积中的图像数据的表示。

与图10、图11和图12中的那些实施方式类似的本发明的一些实施方式可能特别有利于3D游戏(见例如之前在图9a和图9b中所示的情况)，其中在该实施方式中不仅显示相交平面中的像素或体素而且还显示其他像素或体素的投影。例如，玩家可以看到他的游戏人物和/或其他重要对象在显示器上的投影，即使该人物或对象当前不位于相交平面上。

图13是本发明的一个方案的示意图，在本说明书的前文中已经提及了该方案，并且根据该方案，虚拟体积的维度无需对应于第一数据的空间维度。在该情况中，第一数据是在图13的顶部按时间次序显示的视频帧的集合1301。为了图形清晰的目的，在这里考虑非常简单的示例：视频剪辑显示垂直定向的圆柱形对象跨该视图从左到右水平地移动。同样为了图形清晰的目的，示出了视频帧的非常有限的子集；在实际视频剪辑中，将容易地存在数打、数百、数千个连续的视频帧。图13中所示出的8个视频帧可以被认为表示例如视频剪辑中的每百个视频帧。

通过使用每个视频帧的时间值作为一个坐标构成第一数据的第一表示1302。在概念上可以想到每个视频帧具有一定的有限厚度，并且视频帧被堆叠在一起以形成矩形棱柱。该矩形棱柱然后与虚拟体积1303相对应。当成像元件被放置以便使其与虚拟体积1303相交时，看到什么不仅依赖于成像元件的位置而且依赖于它相对于虚拟体积1303的不同的轴的方向。

在图13中的左下方，我们假设使得成像元件1304沿与虚拟体积的用于表示时间的维度成直角的平面与虚拟体积相交。这意味着为了确定图像所选择的整个第一子集来自相同的时刻，因而所显示图像本质上等于共同构成第一数据的视频帧中的一个视频帧。如果在如双头箭头1305所指示的方向在移动成像元件1304，则将在成像元件上来回播放实质上是视频剪辑的东西，其中该视频帧来自该视频剪辑。在该特定示例中，这将导致垂直定向的圆柱形对象从左到右移动，如双头箭头1306所指示的。

在图1303的右下方，我们假设使得成像元件1307沿与虚拟体积的用于表示时间的维度成非直角的平面与虚拟体积相交。这导致用于确定图像的数据的第一集合被选择以便其包括来自在不同的时刻取得的视频帧的数据。在所示出的情况中，该图像变得包括在每个水平位置上的移动对象的小片段，其中在成像元件1307横切的那些视频帧中移动对象移动经过该水平位置。如果视频帧包括人类观测者将容易可视地识别的移动对象的说明(例如简单的几何形状或例如人类)，则所确定图像可以在观察周期期间提供它的移动的非常直观的图形表示。

本发明特别在医疗成像中提供显著的优点，因为在本发明的典型的实施方式中，变得对于人类观测者可视的图像是截面图即横截面视图。内科医生以前已经发现截面图便于工作并且受到从它们获取信息的良好训练。本发明提供了附加优点，内科医生可以利用使用起来格外直观并且易于应用于无菌环境的用户接口，自行导航经过三维数据的不同截面图的实际上无限的集合。

可以被用来获得基本数据的成像方法包括但不限于：诸如磁共振成像(MRI)或功能性MRI(fMRI)等的磁成像；诸如脑电图(EEG)或心电图(EKG)等的激活成像；诸如正电子发射断层摄影术(PET)或X射线计算机断层摄影术(XCT)等的辐射成像；或者超声成像。

本发明的实施方式的医疗应用包括但不限于：解剖和生理结构成像；大脑诊断如羊癫疯手术的计划和语言和其他功能区域的局部化；通常的外科手术；肠胃病；牙科检查和牙科手术；移植；整形和运动医疗；放射学；心血管检查；组织结构；以及病理学。

本发明的实施方式的其他应用领域(除了医疗之外)包括但不限于：多维统计数据、时间序列和通用多维数据集合的可视化；民用工程如数据-、电子-、结构-、HPAC-(加热、管道、空调)和维修制图中数据的可视化；电子游戏和动画片；气候数据的可视化；土壤-、矿石-、矿物-、石油-和天然气储量调查和开矿工业；空中交通控制和空中管制；工业过程的扩展和监管；导航；以及当涉及多维数据集合时的教学应用(例如任意一个上述应用领域中的教学)。

已经为了说明和描述的目的提供了本发明的实施方式的前文描述。其不旨在穷举本发明或将本发明限于所公开的精确形式，并且鉴于上文的教导，修改和变形是可行的或者从本发明的实施中需要修改和变形。选择并且描述实施方式，以便解释本发明的原理和它的实际应用，以允许本领域的熟练技术人员在各种实施方式中并且利用适合于所想到的特定使用的各种修改来利用本发明。此外，可以将与特定实施方式相关联的特征与其他实施方式的特征自由地组合，除非另外明确声明。当结合附图和所附权利要求来阅读时，鉴于前文的描述，各种各样的修改和变形对于相关领域的熟练技术人员而言可以变得显而易见。然而，本发明的教导的所有这种修改和类似修改将仍然落入如所附权利要求中所限定的本发明的范围中。

在本发明中，术语“包括”及其派生词用于表示开放式结尾的结构，即包括特定元件或功能的实体可以包括或可以不包括任意数量的进一步的元件或功能。

Claims (24)

1.一种用于至少部分地基于具有第一表示的第一数据来确定图像的方法，所述方法包括：

确定成像元件在所述第一表示上的投影，所述成像元件被配置为至少部分地与所述第一表示重叠，

确定数据的第一子集作为与所述成像元件在所述第一表示上的所述投影相对应的所述第一数据的子集，以及

至少部分地基于所述数据的第一子集确定所述图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述投影包括获得关于在空间中的虚拟体积内的所述成像元件的位置和/或所述成像元件的方向的信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其中确定所述投影还包括获得关于所述成像元件相对于所述第一表示的所述位置和/或方向的信息。

4.根据权利要求2所述的方法，其中获得关于所述成像元件在所述虚拟体积内的所述位置和/或所述方向的信息包括获得传感数据。

5.根据权利要求4所述的方法，其中获得传感数据包括从加速计获得关于位置和/或方向的数据。

6.根据权利要求4所述的方法，其中获得传感数据包括获得关于相对于定位参考的位置和/或方向的数据。

7.根据权利要求6所述的方法，其中获得传感数据包括从电磁传感器获得关于相对于磁场的位置和/或方向的数据。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一表示包括显示在表面上的二维图像，以及其中确定所述投影包括确定所述成像元件在所述二维图像上的所述投影。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一表示包括空间中的虚拟体积，以及其中确定所述投影包括确定所述成像元件和所述虚拟体积的二维相交。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括提供所述第一表示。

11.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述图像包括确定数据的第二子集作为与所述第一数据相关联的第二数据的子集，所述数据的第二子集对应于所述数据的第一子集，以及基于所述数据的第二子集确定所述图像。

12.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述成像元件上显示所述确定的图像。

13.一种用于至少部分地基于具有第一表示的第一数据来确定图像的成像装置，所述装置包括：

用于提供在所述第一表示上的投影的成像元件；

处理元件，被配置为：

确定所述成像元件在所述第一表示上的投影，所述成像元件被配置为至少部分地与所述第一表示重叠，

确定数据的第一子集作为与所述成像元件在所述第一表示上的所述投影相对应的所述第一数据的子集，以及

至少部分地基于所述数据的第一子集确定所述图像。

14.根据权利要求13所述的成像装置，其中确定投影包括获得关于相对于空间中的虚拟体积的所述成像元件的位置和/或所述成像元件的方向的信息。

15.根据权利要求14所述的成像装置，其中所述成像元件还包括传感器，所述传感器提供关于所述成像元件在所述虚拟体积内的所述位置和/或所述方向的信息。

16.根据权利要求15所述的成像装置，其中所述传感器是加速计。

17.根据权利要求15所述的成像装置，其中所述传感器被配置为关于相对于定位参考的所述位置和/或所述方向的信息。

18.根据权利要求17所述的成像装置，其中所述传感器是提供关于相对于磁场的位置和/或方向的数据的电磁传感器。

19.根据权利要求13所述的成像装置，其中所述第一表示包括显示在表面上的二维图像，以及其中确定所述投影包括确定所述成像元件在所述二维图像上的所述投影。

20.根据权利要求13所述的成像装置，其中所述第一表示包括空间中的虚拟体积，以及其中确定所述投影包括确定所述成像元件和所述虚拟体积的二维相交。

21.根据权利要求13所述的成像装置，其中确定所述图像包括确定数据的第二子集作为与所述第一数据相关联的第二数据的子集，所述数据的第二子集对应于所述数据的第一子集，以及基于所述数据的第二子集确定所述图像。

22.根据权利要求13所述的成像装置，其中所述成像元件包括显示器，所述显示器被配置为显示所确定的图像。

23.一种用于可视化数据的配置，包括：

用于提供空间中的虚拟体积内的定位参考的装置，以及

根据权利要求13所述的成像装置。

24.一种计算机可读存储介质，包括用于至少部分地基于具有第一表示的第一数据来确定图像的程序代码，所述程序代码被配置为：

确定成像元件在所述第一表示上的投影，所述成像元件被配置为至少部分地与所述第一表示重叠，

确定数据的第一子集作为与所述成像元件在所述第一表示上的所述投影相对应的所述第一数据的子集，以及

至少部分地基于所述数据的第一子集确定所述图像。

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