CN103391747A - 3d数据采集中的空间雕刻 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了通过使用空间雕刻从处理和显示中排除某些扫描结果来改进三维扫描的方法。使用空间雕刻技术，维持空间矩阵以将数据存储在已知为空的体积区域(或体素)上。通过排除或修改对来自这些未占用体素内的异常数据的处理，三维重建过程的准确性和速度能够同时获得提高。另外，可以通过修改绘制此类异常值的方式改进扫描结果的实时显示。
Description
背景技术
1.技术领域
本发明涉及使用空间雕刻改进三维数据采集。
2.背景技术
在从主体采集三维数据方面存在多种技术。一大类技术是采用连续扫描，在这个过程中采集增量三维数据并将其组装到全三维模型中。在这后一类中，不管使用什么具体扫描技术，三维数据的计算和显示都会因扫描体积内的暂时性障碍物而受到妨碍。例如，在牙科扫描中，患者的舌头或其他软组织会暂时造成妨碍或移动至扫描表面附近。技术人员会相似地用手指、压舌板或其他器械妨碍扫描仪对扫描表面的观察。一直需要能排除三维扫描过程中的此类异常值的技术。
发明内容
本发明公开了通过使用空间雕刻从处理和显示中排除某些扫描结果来改进三维扫描的方法。使用空间雕刻技术，维持空间矩阵以将数据存储在已知为空的体积区域(或体素)上。通过排除或修改对这些未占用体素内的后续的异常数据的处理，三维重建过程可以同时提高准确性和速度。另外，可以通过修改绘制此类异常值的方式改进扫描结果的实时显示。
在一个方面，本文所公开的方法包括将空间矩阵存储在存储器中，空间矩阵包括扫描空间网格中的多个体素的信息；用扫描仪从所述扫描空间内的对象获得三维数据；识别所述网格中未占用的所述多个体素之一；将来自所述多个体素之一的数据的修改的处理的指示存储在所述空间矩阵中，从而识别所述扫描空间内的禁止体积；以及根据未修改的处理对不在禁止体积中的三维数据的一部分进行处理，并根据修改的处理对在禁止体积中的三维数据的第二部分进行处理。
识别多个体素之一可以包括识别扫描仪与对象之间的射线上的多个未占用的点之一。该方法可以包括提供与无法禁止对其进行处理的对象表面相邻的一个或多个体素的空间边际。空间边际可以是扫描仪的z-轴测量值的标准偏差的倍数。修改的处理可以包括检测禁止体积中的点以及以衰减时间显示该点。修改的处理可以包括从用三维数据创建的对象表面网格上删去禁止体积中的任何点。网格可以将扫描空间分成与用于创建表面网格的第二空间格栅基本上相同的空间格栅。修改的处理可以包括从三维数据的高精度细化中删去禁止体积中的任何点。可以将扫描空间的网格细分成具有大致立方体形状的体素。大致立方体形状的每个边缘的尺寸可以为约250微米。禁止体积可以包括多个体素中的不止一个。空间矩阵可以包括多个体素中的每一个的二进制标志，其指示是允许还是禁止对扫描空间的相应体积进行处理。
在另一方面，本文所公开的计算机程序产品包括包含在非瞬时性计算机可读介质上的计算机可执行代码，当在一台或多台计算设备上执行所述代码时，执行以下步骤：将空间矩阵存储在存储器中，所述空间矩阵存储扫描空间网格中的多个体素的信息；用扫描仪从所述扫描空间内的对象获得三维数据；识别所述扫描空间的所述网格中未占用的所述多个体素之一；将来自包含所述点的所述多个体素之一的数据的修改的处理的指示存储在所述空间矩阵中，从而识别所述扫描空间内的禁止体积；以及根据修改的处理对禁止体积中的三维数据的一部分进行处理，并根据未修改的处理对不在禁止体积中的三维数据的第二部分进行处理。
在另一方面，本文所公开的系统包括扫描仪，其被构造成从扫描空间内的对象获得三维数据；存储器，所述存储器被构造成存储空间矩阵，所述空间矩阵包括扫描空间网格中的多个体素的信息；以及处理器，其被构造成识别扫描空间中未占用的点，将来自包含所述点的多个体素之一的数据的修改的处理的指示存储在空间矩阵中，从而识别扫描空间内的禁止体积，根据未修改的处理对不在禁止体积中的三维数据的一部分进行处理，并根据修改的处理对禁止体积中的三维数据的第二部分进行处理。
在另一方面，本文所公开的系统包括存储装置，其用于存储包括扫描空间网格中的多个体素的信息的空间矩阵；扫描装置，所述扫描装置用于从所述扫描空间内的对象获得三维数据；以及处理装置，其用于识别扫描空间中未占用的点，将来自包含所述点的多个体素之一的数据的修改的处理的指示存储在存储装置中，从而识别扫描空间内的禁止体积，根据未修改的处理对不在禁止体积中的三维数据的一部分进行处理，并根据修改的处理对禁止体积中的三维数据的第二部分进行处理。
附图说明
参考下面的图，可理解本发明和下面本发明的某些实施方式的详细说明。
图1示出了牙科图像捕获系统。
图2示出了图像捕获系统的用户界面的视图。
图3示出了图像捕获系统的用户界面的视图。
图4示出了图像捕获系统在三维数据采集期间的用户界面的视图。
图5示出了用于空间雕刻的空间矩阵。
图6示出了用于识别未占用空间的射线跟踪。
图7为根据空间矩阵显示数据的处理的流程图。
具体实施方式
以下说明涉及使用空间雕刻技术改进从三维扫描仪采集的三维数据的处理。虽然本说明着重描述了连续扫描和牙科应用，但应当理解，本文所公开的发明构思并不限于本发明所公开的具体实施例。例如，本文所述的空间雕刻技术可用于改进三维数据的捕获发生在一段时间内的任何三维采集或处理，如结构光投射、x-射线计算机断层扫描、光学相干断层扫描、干涉测量法等。本文所述的技术可以相似地用于计算准确性或时间可以得益于异常数据的排除的任何三维处理环境。相似地，虽然以下说明着重描述了使用空间雕刻来避免处理已知的异常值，但该方法可以很容易地通过，例如，识别扫描体积中的多个对象并排除与扫描主体不严格相关联的对象来概括。对本领域普通技术人员显而易见的是所有这样的变型旨在处于本公开范围内。
在下面的说明中，术语“图像”通常是指在图像平面内形成主体的二维视图的二维像素集合。术语“图像集”通常是指可分解成三维数据的相关二维图像的集。术语“点云”通常是指形成例如可由多个二维视图重新构建的主体的三维视图的三维点的集合。在三维图像捕获系统中，多个这样的点云另外可以被对准并且组合成由(例如)移动相机捕获到的图像构造的聚集点云。因此，应当理解，除非另一个含义被具体说明或从上下文来看是清楚的，否则像素通常是指二维数据，并且点通常是指三维数据。
本文使用的术语“三维表面表示”、“数字表面表示”、“三维表面地图”等旨在指对象的任意三维表面地图，例如表面数据的点云、二维多边形集合、粒子系统或任何其他可绘制图元或表示对象的所有或一些表面的任意其他数据，这可通过三维扫描数据的捕获和/或处理来获得，除非明确地提供不同的含义或者从上下文清楚可见不同的含义。
除非其明确表达不同含义或者可从上下文中清楚其意，“三维表示”可包括上述所述的任何三维表面表示，以及体积、矢量和/或其他表示法。
通常，术语“绘制”是指例如用于监视器上显示的三维对象的二维可视化。然而，应当理解，存在立体、三维和其他绘制技术，并且它们可以有用地与本文所公开的系统和方法一起使用，以在三维空间中绘制对象。由此，绘制应该以广义的方式解释，除非明确提供较狭义的含义或者可从上下文中清楚其意。
如本文所用，术语“牙科对象”旨在广义代表牙科学特定的主体。这可以包括口内结构体，例如齿列，更通常是人类的齿列，例如单颗牙齿、象限、全弓、成对的弓(可以是单独或闭合的多种类型)、软组织等等，以及骨头和任何其他的支承结构体或环绕结构体。如本文所用，术语“口内结构体”指的是如上所述口内的天然结构和例如下面描述的可存在于口内的任何牙科对象的人工结构。牙科对象可以包括“修复件”，其通常可以被理解为包括修复现有齿列的结构或功能的组件(例如牙冠、牙桥、镶面、嵌体、高嵌体、汞合金、复合材料)、和多种亚结构体(例如牙内冠等)、以及在制造永久修复件时所使用的暂时修复件。牙科对象也可以包括用可移除结构或永久结构(例如整副假牙、部分假牙、植入物、固位假牙等等)替代齿列的“假体”牙科对象也可以包括用于校正、对准、或以其他方式暂时或永久地调整齿列的“器具”，例如可移动正畸器具、手术支架、磨牙器具、阻鼾器、间接支架安置器具等等。牙科对象也可以包括长时间固定到齿列的“硬件”，例如种植体定位器、种植体基牙、正畸托架和其他正畸组件。牙科对象也可以包括可以不是上述口内结构体的牙科制造中的“临时组件”，例如牙科模型(全部和/或部分的)、蜡形、包埋料模等等，以及托盘、基座、模具和修复件、假牙等制造中采用的其他组件。可以多种方式对牙科对象进行归类。例如，牙科对象另外可以被归类为天然牙科对象，例如牙齿、骨头，以及上述其他口内结构体和人工牙科对象，例如修复件、假牙、器具、硬件和上述牙科制造中的临时组件。相似地，牙科对象可被归类为口内牙科对象(其可以是天然的或人工的)和口外牙科对象(其通常是人工的，但不完全是人工的)。
除非其明确表达不同含义或者可从上下文中清楚其意，术语例如“数字牙科模型”、“数字牙科印模”等旨在代表牙科对象的三维表示，这些牙科对象的三维表示可用于采集、分析、临床和制造等各方面。术语例如“牙科模型”或“牙科印模”旨在表示物理模型，例如浇注、印刷或者说是加工的牙科对象的物理模型。除非明确指明或从上下文中清楚其意，否则术语“模型”在单独使用时可以指物理模型和数字模型中的任一者或两者。
图1示出了图像捕获系统。通常，系统100可以包括扫描仪102，其捕获图像平面106内的主体104的图像，并将该图像传送至计算机108，计算机可以包括显示器110和一个或多个用户输入设备，如鼠标112或键盘114。
扫描仪102可包括适用于捕获图像的任何相机或相机系统，三维点云可从上述图像中恢复。例如，扫描仪102可以采用例如授予Hart等人的美国专利公开No.20040155975中所公开的多光圈系统。虽然Hart公开了一种多光圈系统，但应当理解，可以相似地采用适用于用多个二维图形重构三维点云的任何多光圈系统，包括具有移动光圈、固定光圈和/或电子-机械快门光圈的系统。在一个多光圈实施例中，扫描仪102可包括多个光圈和任何相关成像硬件，多个光圈包括沿着透镜的中心光轴布置的中心光圈。或者，扫描仪102还可包括立体的、三维的、或其他多相机的或其他的设置，其中将多个相机或光路相对于彼此保持固定或移动，以从多个稍微不同的角度获得对象的二维图像。扫描仪102可包括用于从一个图像集或多个图像集衍生出三维点云的合适处理设备，或可将每个二维图像集传输到外部处理器，例如包含在下面所述的计算机108中的处理器。在其他实施例中，扫描仪102可以采用结构光、激光扫描、直接测距(例如，已知方向的飞行时间)或任何适用于采集三维数据或可被分解为三维数据的二维数据的其他技术。
在一个实施例中，扫描仪102是可手持、能自由定位的探针，具有至少一个用户输入设备(例如按钮、控制杆、仪表盘、指轮、开关等)，用于用户控制图像捕获系统100，例如开始扫描以及停止扫描。在一个实施例中，可将扫描仪102的形状和尺寸设计为适于牙科扫描。更具体地讲，可将扫描仪的形状和尺寸设计为例如通过插入成像主体的口中并且以合适的距离经过一个或多个口内结构体上的成像平面106采集牙齿、牙龈等的表面数据，以用于口内扫描和数据捕获。通过这种连续的采集处理，扫描仪102可捕获具有足够空间分辨率和准确性的表面数据的点云，以直接或通过多种中间处理步骤制备例如假牙、硬件、器具等的牙科对象。在其他实施例中，可从例如假牙的牙科模型中采集表面数据，以确保使用对应牙列(例如用来制备假牙的牙齿表面)的先前扫描数据来正确贴合。
尽管未在图1中示出，应当理解在图像捕获过程中可有效采用多个辅助照明系统。例如，可用一个或多个点灯增强环境照明来照亮主体104，以加速图像采集并提高现场深度(或空间分辨率深度)。或者，扫描仪102还可包括频闪观测器、闪光灯或其他光源以在图像采集期间辅助照明主体104。在其他结构光系统中，照明可以是在表面上形成图案的一系列激光束的形式，可以用该图案从表面上恢复三维数据。其他系统采用单个激光束以及定向信息收集逐点方向和范围信息。所有此类成像系统都可用于如本文所述采集三维数据。
主体104可以是任何对象、对象集合、对象的一部分或其他主体。虽然图1中示出的主体104为简单几何形式，但主体104可以包括复杂得多的表面和任何数量的单独要素。例如，在牙科成像应用中，主体104可以包括一颗牙齿、一个象限的牙齿或包括两个相对的牙弓在内的全口牙齿，用其可以获得虚拟牙科印模。或者，主体104还可以包括假牙，如嵌体、牙冠或任何其他假牙、植入物等。主体104还可以包括牙科模型，例如石膏注体、蜡牙、印模或一个或多个牙齿、软组织的负像印模(negative impression)，或这些主体的一些组合。可以任选地将光学或纹理成像剂涂敷到主体104的表面上，以提高三维点的捕获。在其他实施例中，主体104可以是人体头部，或它的一部分，从其可以采集助听器、眼镜、护目镜等的定制配件的三维模型。在其他实施例中，主体104可以是数字动画中所用对象的物理模型，如用于三维数字动画过程的微型物理模型。通过前面的例子将显而易见的是，使用本文所述技术的系统可适用于多种相对较短距离、高分辨率的三维图像采集的应用。然而，本领域的技术人员将会知道，可以对图像捕获系统100进行适当的修改，以用于多种基于多光圈或多相机系统以及其他三维成像系统和技术的其他三维成像应用，所有此类变型形式均旨在处于本公开范围内。
图像平面106可以包括扫描仪102的二维视野。应当理解，如本段落所用，术语“图像平面”是指成像环境中的平面，而不是光学传感器(如胶片或传感器)中图像被捕获的平面。虽然示出的是矩形，但图像平面106可以，例如，形成正方形、圆形或扫描仪102提供的任何其他几何形状。通常，扫描仪102将具有景深或深度分辨率范围，其与视野106一起指定扫描仪102的测量体积。景深可以随环境条件，如照明(环境或人工)、成像主体的纹理或光学性质等而变化。还应当理解，如本文所用，术语“视野”可以指二维视野(如成像系统的光学元件内的内部平面、外部平面(如成像环境中的视野或显示器中的区域))，或可以指三维区域，如成像环境中的当前测量体积。因此，如本文所用，除非其明确表达更具体的含义或可从上下文中清楚其意，否则应在尽可能最广泛的意义上对“视野”进行解释。
计算机108可例如是个人计算机或其他处理设备。在一个实施例中，计算机108包括带有双核2.8GHz Opteron中央处理器，2G随机存取存储器，TYAN Thunder K8WE主板和250G、10,000rpm硬盘的个人计算机。使用上述所述的技术可操作上述系统以实时捕获大约1,500个点每图像集，并储存超过一百万点的聚集点云。如本文所用，术语“实时”一般是指在处理和显示之间没有可观察到的延迟。在视频型扫描系统中，实时更具体地讲是指在视频数据帧之间的时间内的处理，视频数据帧根据具体视频技术可能有所不同，但对于本文所述的多种应用而言，通常可被视为在约10帧/秒与约30帧/秒之间。更具体地讲，计算机108的处理能力可根据主体104的大小、图像采集的速度以及三维点的所需空间分辨率来变化。计算机108还可以包括用于与相机系统100进行用户交互的周边设备，如键盘114、显示器110和鼠标112。显示器110可以是能够通过与显示器110的直接物理交互接收用户输入信息的触摸屏式显示器。
计算机108与扫描仪102之间的通信可以使用任何合适的通信链路，包括(例如)有线连接或根据(例如)IEEE802.11的无线连接(另外称为无线以太网)、蓝牙、或任何其他合适的使用(如)射频、红外、超声或其他无线通信介质的无线标准。在医疗成像或其他感应应用中，可固定从扫描仪102到计算机108的无线图像传输。计算机108可向扫描仪102生成控制信号，除了图像采集指令外，控制信号可包括传统的相机控制，例如焦距或缩放。
在三维图像捕获系统100的一般操作实例中，扫描仪102可在帧频率下采集二维图像集，同时扫描仪102通过主体的表面上方。可将二维图像集发送到计算机108，用于衍生三维点云。对于每个新采集的二维图像集可衍生出三维数据，并可使用多种不同技术，将三维数据装到或“缝合”到现有的三维数据。此类技术的一个可用的例子在提交于200年11月9日的共同拥有的美国专利No.11/270,135中有所描述。然而，应当理解该实例不是限制性的，并且本文所述的原理可应用到宽范围的三维图像捕获系统。还将会理解的是，术语(如)“视频”或“视频速率”暗示与此类视频相关的宽范围的可能的帧速率。虽然最新的视频格式采用25至30帧/秒的帧速率，但早期视频采用的帧速率低至8帧/秒，并且1900年代早期的电影在12至18帧/秒之间变化。另外，专用的成像设备通常采用适合具体成像和绘制技术的计算要求的速率，某些视频系统在任何地方都采用4帧/秒(对于计算量大的成像系统而言)至100帧/秒或更高(对于高速视频系统而言)的帧速率。如本文所用，术语视频速率和帧速率应被广义地解释。尽管采用这种广义的含义，但应当指出的是，根据上述构造的可用的和视觉效果好的三维成像系统具有至少10帧/秒、至少20帧/秒的帧速率和25与30帧/秒之间的帧速率。
应当理解，某些系统(如，多光圈相机系统)由二维视频图像集获得三维数据的能力可能部分地取决于建立图像对(或三个图像等)之间的表面点的对应关系的能力。可以通过在处理系统内识别作为对应关系基础的表面的独特特征来改进建立点对应关系的过程。在某些方面，可以采用区分不同层次的细节的牙齿特征来强化该过程。然而，该过程取决于找出此类可区分特征的能力。或者，还可以通过在其上添加光学可检测的特征来强化建立点对应关系的过程，其中所述特征可以是分布在白色或相对浅的表面上的简单的人造黑点。在牙科环境下，这可以用在齿列或其他要扫描的牙科对象上散布光学可检测物质的喷雾、粉末、漱口水等来实现。通过在表面上随机散布此类可分辨的小点，可以显著提高在具体图像集中找出可分辨特征的可能性，从而提高整个三维数据采集处理的速度和准确性。
有时，在连续或增量数据采集系统中，两个帧之间的拟合或拼接可能会因下文所详述的原因而失败。在这种情况下，可以通过进入修复模式的视觉反馈通知用户。在修复模式中，系统100可以试图通过将新扫描数据测试拟合到先前采集的数据上，并向用户提供视觉反馈以有助于返回主体上正在尝试重新采集的扫描位置，从而重新采集先前的扫描数据。在相关着陆模式中，用户可以尝试开始对准或连接到现有的三维模型上的新扫描。可以提供类似的视觉反馈工具，以便将用户引导至合适的扫描位置，并在重新采集扫描数据时通知用户。这些技术在提交于2006年5月16日的共同拥有的美国专利No.11/383,623中有详细描述。可以采用其他合适的技术进行导航、控制扫描质量、分析扫描的主体以及操纵扫描模型，下文详细描述了它们的多个实施例。
显示器110可以包括适用于以与采集到的数据或所采集数据的绘制版本相对应的细节水平进行视频或其他速率绘制的任何显示器。合适的显示器包括阴极射线管显示器、液晶显示器、发光二极管显示器、等离子显示器等。在一些实施例中，显示器可包括触摸屏界面，使用例如电容、电阻或表面声波(还称为分散信号)触摸屏技术、或任何其他合适的技术与显示器110物理交互。另外，如果需要三维可视化，显示器110可以包括使用包括立体对成像、全息成像和多维成像或立体成像在内的多种技术的三维显示器，每种具有可用于本文所述系统的多种绘制模式。
图2示出了图像捕获系统的用户界面的视图。用户界面200可以包括在监视器(如，图1的显示器110)上绘制的窗口202。在窗口202内，可以显示视频图像，包括扫描仪的测量体积，如图1的扫描仪102的图像平面106。在视野或测量体积内，可以显示主体(如图1的主体104)的视频或其他图像。然而，如图2所示，图像采集步骤都还没有开始，所以除了下文将要描述的多个控件之外，窗口202保持空白。
扫描控件可以包括，例如，扫描控件204、暂停控件206、停止控件208、清除控件210、保存控件212和检索控件214。扫描控件204可以引发三维扫描。暂停控件206可以允许连续扫描处理随后重新进行采集的方式暂时中断扫描。暂停的扫描可以具有多个视觉特性。例如，根据用户的喜好或具体的实施方式，视频图像可被冻结，或者视频图像可以继续显示当前视频信息，同时点云或其他扫描数据保持冻结，或者屏幕可以完全变成空白，或者这些的某些组合。通常，暂停的扫描可以保持活跃，使得用户可以继续扫描。与此相反，如果用户激活停止控件208，扫描会被终止，使得用户必须(如)使用检索控件214检索扫描才能继续添加数据。保存控件212可以存储扫描数据和任何相关数据，以供后续使用。这些控件可以起到按钮的作用，用户(如)通过点击鼠标，或者在显示器110为触摸屏的情况下，通过与显示器110的直接物理交互激活控件，从而执行指示的功能。应当理解，激活控件时会产生弹出窗口，或提供下拉列表、单选按钮、文本输入字段以及任何适于将具体选择参数化的其他控件。因此，例如，如果用户激活保存控件212，会出现文本框，供用户输入文件名、目录或路径信息等，以保存任何相关的数据。组织用户界面和提供用户界面内的控件的多种技术是本领域已知的，它们也适用于本文所述的界面200。
可以提供多个导航控件，如缩小控件216、放大控件218、缩放指示器220、旋转控件222、声像控件224和复位控件226。可以在扫描完成后或在扫描过程中提供暂停/恢复功能时用这些控件观察采集的三维表示。复位控件226可以(例如)将三维表示视图恢复为全局坐标系，或恢复为扫描过程中可从其采集数据的最新视图。
还可以包括提供与图像捕获系统的一个或多个扫描参数相关的视觉线索的多个测距可视化。例如，可以图像捕获系统的视频速率实时绘制这些可视化，从而在扫描过程中提供实时用户反馈和相对于扫描仪的正确取向和定位的引导。用户反馈可以提高数据采集的质量和速度，特别是在采集主体的全三维表示作为一系列拟合的三维表面样品的连续扫描操作中。这些视觉线索特别适用于基于相机运动估计或类似技术的连续三维数据采集系统。在这些技术中，使用多种处理技术使数据的连续帧彼此对准，如提交于2005年11月9日的共同拥有的美国专利No.11/270,135中所述的那些技术。这个效果很好，提供的三维数据可以成功地用图像数据的每个连续帧分解，并且扫描仪具有足够小的位移，来自连续帧的数据在三维空间中重叠。然而，当(如)由于操作者移动到正确的扫描距离之外而丢失连续帧的这种“拼接”时，会非常难以恢复连续采集。引导用户保持正确扫描距离的可视化工具有利地促进对所关注的整个表面的连续不间断的三维数据采集。
例如，在显示来自扫描仪102的图像平面106的当前视频图像的窗口230内(在图2中是空白的，因为系统还未开始扫描)，可以透视图的形式示出可捕获高质量扫描数据的空间(如图2所示的框)的体积232。在成像空间内绘制的该体积232可以帮助用户在视频图像内以适于数据采集的方式定位主体。另外，可以沿着体积232的z-轴边缘移动滑块234，以指示实际采集的三维数据点的距离。这可以是基于，例如，一些或所有点的平均距离、中心点的距离、所有或一些点的距离范围，或体积232的每个相应的拐角处的点的距离，使得滑块234可以在扫描过程中彼此独立地移动。可以根据当前的图像数据帧，即最新采集的数据集，或预定数量的先前数据集的平均值，或根据体积432内的三维表面表示的所有三维点(它们被采集时不考虑)进行距离计算。
又如，可以在窗口230的中央绘制动态对象236，如球体或靶心。或者，还可以将动态对象236设置在窗口内的另一个位置；然而，将动态对象236设置在窗口230中央有利地允许用户接收来自动态对象236的视觉反馈，而不会将目光从正在扫描的主体的当前视频上移开。
动态对象236可以提供多个可用的动画，从而将用户反馈提供给图像捕获系统100的操作者。在一个实施中，动态对象236可以是移动的靶心，其具有颜色编码，以提供距离信息。例如，靶心可被绘制为不同颜色的同心环，如红色、白色和蓝色，其中当主体与扫描仪具有适当距离时，中心颜色充满整个靶心。当扫描仪与主体的距离太远时，在扫描仪远离主体移动时，红色环可以围绕白色环填充大部分靶心，直到整个靶心完全变成红色。反之，当扫描仪与主体的距离太近时，在扫描仪远离主体移动时，白色环中央会出现蓝色环，并且逐渐增大，直到整个环都变成蓝色。这样，用户可以接收与扫描距离相关的连续反馈-当扫描仪太近时蓝色中心环增大，当扫描仪太远时全部变成红色环-使得扫描仪可以与主体保持正确的距离，以便在主体的三维表示中进行三维数据的连续采集。一种用于绘制此类动态靶心的可用的模型采用三个不同颜色的共轴圆锥体，其中靶心绘制成三个共轴圆锥体垂直于共同轴的平面横截面，并在沿着根据与主体的相对范围选择的共同轴的一点处。
在另一个动画例子中，三个同心环可以在靶心内连续显示，其中每个环的半径独立地受到控制，与太近、距离合适和太远的点的数量成比例。在另一个可能的动画中，中心环(圆形)可以在靶心内移动，偏移量与视野中的x-y位移或在目标或所需扫描距离处具有最大点密度的表面区域的测量体积相对应。当然，应当理解，此类动画的颜色选择在一定程度上是随意的，但色调或强度的显著反差可以帮助用户确认与最佳扫描距离的偏差。
或者，也可以采用其他视觉线索和/或隐喻，如穿过球体的平面的可视化、有效限程杆、动画文本或其他可视化形式，它们中的任何一个都可以根据，例如，平均距离、中心距离或可来源于扫描仪输出的一些其他尺度提供动画的视觉反馈。更一般地说，视觉线索可以提供与任何扫描参数有关的反馈，如最佳数据采集的深度、视野宽度、扫描仪102的行进或偏航速率、数据采集的密度等，以及这些的多种组合。这些视觉线索可以提供有刻度的反馈，以帮助用户保持正确的扫描距离，并在扫描丢失时通知用户。
图3示出了图像捕获系统的用户界面的视图。该抽象图示出了用户界面300的窗口302，其可以是，例如，图2的窗口230，图中没有本文所述的视觉线索。窗口302可以包括来自扫描仪的一个视点的视频图像，如上文结合图1所述的扫描仪102的图像平面106。在窗口302内，视频图像可以包括主体304。如图3所示(并不是通过限制的方式)，主体304为细长圆柱体，它从相对靠近扫描仪的近端306延伸至相对远离扫描仪的远端308。在主体304的连续表面扫描过程中，可以采集三维表面数据，如x、o和包围的+所示。在窗口302内，可以用扫描仪的视点以及指示形状和表面轮廓的阴影或其他视觉效果绘制三维表面扫描图。可以将绘制的三维表面扫描图以直接对准方式添加到视频图像上(或反之，可以将视频图像添加到绘制的三维表面上)。该添加单独地提供大量的用户信息，如已扫描了主体304的哪些表面区域。另外，绘制的三维表面扫描图可以是颜色编码的或者说是被绘制为提供与(例如)下列有关的颜色信息：在连续数据采集处理中目前正在扫描哪个区域，哪些区域太近而无法采集扫描数据，哪些区域在适于采集表面数据的合适距离处，以及哪些区域对于表面数据采集而言太远。例如，如果主体304的近端306上或附近的点太近而无法采集扫描数据-这些点在图3中用x表示-可以用第一颜色绘制它们。最佳扫描距离处的点-在图3中用o表示-可以用第二颜色绘制。对三维数据采集来说太远的点-在图3中用包围的+表示-可以用第三颜色绘制。当然，该距离信息可以不直接相关，因为已在三维空间中采集了绘制的点。然而，通过采集的三维数字表面表示绘制的主体304的表面的该颜色编码可以向用户提供与主体304的距离，尤其是相对于还未扫描的主体304的区域的距离有关的可用信息。
应当理解，虽然图3中只绘出了十二个左右的点，但牙科和类似应用中使用的实际图像捕获系统可能需要接近100微米或更小的空间分辨率以提供足够的细节制造出正确拟合的牙科对象。因此，主体(如牙弓)的图像捕获系统所采集的实际点云可以包含数千、数万、数十万或数百万个单独的三维点，或者更多。虽然图3中所示的少量的点旨在帮助解释点云分布的性质和结合所示出的具体点(x、o和包围的x)适用于此的多种绘制技术，但典型扫描中所得的大量的点可以提供显著改进的表面轮廓等的可视化。还应当理解，用于绘制数字表面表示以用于显示的点可以包括所采集的三维数据的完整点云中的点的子集，其中点的密度是根据包括处理/绘制速度、轮廓可视化的需要等在内的任何合适的设计参数而选择的。还应当理解，三维扫描中的数据可被内部表示为点、粒子系统、矢量或任何其他合适的表示。因此，虽然可以将数据绘制为任何所需密度的点云，但这可以或可以不对应扫描数据的内部表示。另外，绘制可以采用不是点绘制的技术，如多边形网格等，可以对上文所述的技术进行适当的修改，以获得所需的可视范围、扫描质量等。
应当理解，捕获牙科对象的高度详细模型的能力，具体地讲，直接通过口内扫描捕获齿列的高度详细数字表面表示的能力使得能够进行一系列牙科医生、牙科实验室技术员、口腔外科医生等可用的后续处理步骤。现在将更详细地描述多种此类应用。
结合图2和图3所述的实施例着重描述了由扫描仪的视点显示主体的界面的使用。然而，应当理解，可以使用可供选择的模型，如绘制从全局坐标系内的固定视点采集的数据的界面。在采用固定视点的方法中，例如，可以通过提供与扫描仪相对于主体的位置相关的连续反馈来改变一般可视化策略。然而，上文所述的视觉线索通常以本领域技术人员容易理解的方式适于此类环境，或其他环境。
通常，本文所述的系统可以具有多种操作模式，如文件管理模式、模型编辑模式、模型评价和/或分析模式、扫描模式等。下文结合图4和5描述两种此类模式，图中分别示出了扫描模式和评价模式。
图4示出了图像捕获系统在三维数据采集期间的用户界面的视图。用户界面400可以包括窗口402，窗口402包括测距视觉线索404、406，所有线索都基本如上所述。在窗口402内，可以显示视频图像，如从扫描仪当前视点看到的视频图像，如上文所述的扫描仪102。如上所述，视频图像可以包括多个牙齿410和在口内扫描过程中可见的其他口内结构体。将会注意到的是，从表面(即，当前数字表面表示)采集的三维点可被绘制在用户界面400内，并且更具体地讲，可以从扫描仪的视点进行绘制并添加在当前视频图像上。尽管未示出，但应当理解，在其他实施例中，可以从固定视点绘制当前数字表面表示。
除了允许视觉增强(如轮廓阴影和特征强调)外，绘制还可以向用户提供与当前扫描有关的具体反馈。例如，对扫描数据捕获来说太近的区域可以包括此前采集的点，可以用表示它们相对靠近扫描仪的式样或颜色将它们绘制在窗口402中。反之，对数据采集来说太远的口内结构体区域也可以包括此前采集的点，可以用表示它们相对远离扫描仪的式样或颜色将它们绘制在窗口402中。采集新的表面数据并将它们添加至数字表面表示，可以同时或实时或接近实时地将新点数据添加到绘制的数字表面表示视图上。这样，用户可以接收关于是否从窗口402内可见的表面上成功采集数据的即时视觉反馈，如所绘制点的密度或多边形网格的相对细度/粗度。该信息可以指示表面数据的间隙，使得用户可以在未采集到数据或采集的数据不足或有缺陷时倒退并重新扫描主体的表面。该反馈可以在采集新表面数据时从绘制窗口内越来越多的点的过程部分地直接流动。或者，也可以通过绘制窗口402中具有具体选择的密度的点来补充视觉反馈，以便向用户传达是否从当前视图采集到足够的数据。虽然上文描述了具体的反馈例子，但应当理解，更一般地说，可以用亮度、纹理、阴影、颜色和/或绘制的点云密度等向用户提供与扫描质量、细节等相关的视觉反馈。
视觉隐喻可以是采集点时用阴影表面图喷绘视频图像的一种方法。可以将数字表面表示(或其他表示)的点云绘制为采集数据时在视频主体上形成的逐渐增加的星座点。已达到目标点密度的区域可以(例如)显示为连续表面，而表面数据不足的区域可被绘制为之间具有可视间隙的不连续点，其中根据(例如)基础数字表面表示中的点数据的密度，间隙的大小可以有所不同。又如，可以将点绘制为均匀间隔开的表面点，可以根据基础数字表面表示中的点数据的密度对其进行颜色编码。
在某些实施例中，可以用已知的机器视觉和其他技术将获得的数字模型与牙科(或非牙科应用的其他对象)相关预期形状的统计、空间或其他模型进行比较。这可以包括相对微妙的变型形式，例如意想不到的牙齿轮廓、厚度等，以及可能因用户或设备故障或扫描数据丢失而导致的总偏差。如果检测到预期的偏差，可以通过使用上文所述的颜色、阴影和其他线索和注解在窗口402内从视觉上识别它们。因此，在扫描过程中在算法上意想不到的扫描结果可被立即标示出来，以便进行任何合适的人为干预(如果操作者知道实际存在意想不到的特征，当然可以不进行干预)。
上文已讨论了三维扫描系统的多个方面，现在本说明书开始描述用空间雕刻改进三维数据的处理和显示。
图5示出了用于空间雕刻的空间矩阵。通常，空间矩阵500可以包括多个单元格502，每个单元格存储与扫描体积中的体素有关的信息。在一个方面，每个单元格502可以存储指示是允许还是禁止对相应体素进行处理的二进制标志。该方法有利地提供雕刻空间的紧凑存储表示，然而，容易理解的是，也可以采用该信息的其他表示，并且空间矩阵中可以包括另外的信息，如可通常以体素-体素基础存储的正在扫描对象的体积的任何信息。还应当理解，虽然空间矩阵500被示为映射到扫描空间体积上的三维结构，但此类物理结构不是必需的。
空间矩阵500可以包括能够根据扫描空间内的体素存储和检索信息的任何存储器或存储器的组合，并且对本领域的普通技术人员而言将是显而易见的所有此类变型形式旨在处于本发明范围。空间矩阵500可以定义体素网格，它们一起形成基本如下所述在其中进行数据处理的扫描体积或扫描空间。在这方面，容易理解的是，虽然图5所示的空间矩阵500对应于立方体体积，但可以根据正在扫描的对象的形状和/或尺寸、三维重构所用的处理网格或任何其他因素适当地采用任何体积形状或尺寸。因此在一个方面，将扫描空间的网格细分成具有大致立方体形状的体素。大致立方体形状的每个边缘的尺寸可为约250微米(即，每个体素为250×250×250微米的立方体)，或根据所需的分辨率、处理能力等可为任何其他合适的尺寸。在一个方面，空间矩阵500可以包括多个体素中的每一个的二进制标志，它们指示是允许(例如，未修改的)还是禁止(例如，修改的)对扫描空间体积进行处理。
图6示出了用于识别未占用空间的射线跟踪。在扫描(如上文所述的任何扫描)过程中，可以使扫描仪602(如上文所述的任何扫描仪)从扫描空间606内的对象604上方经过，以采集三维数据。虽然以二维形式示出，但应当理解，扫描空间606通常为三维体积。给定扫描仪602和对象604的位置，可以确定一条或多条射线，即穿过扫描空间606的直线，如与对象604的表面交叉的第一射线608和不与对象604的表面交叉的第二射线610。使用根据上文所述的空间矩阵分成体网格的扫描空间606，可以确定每条射线608、610穿过的所有体素，更具体地讲，可以识别网格中每个未占用的体素。例如，可以在空间矩阵中用二进制标志或任何其他合适的标识符将每个未占用的体素标记为禁止。这样，可以将已知在扫描过程中一段时间内未占用的体素标记为修改的处理，并在扫描过程中进行差分处理，全部内容基本如下所设想。
应当理解，可以使用许多变型形式。例如，可以提供对象表面周围的边际，其中体素不能被标记为差分处理。这可以基于与表面的距离，或基于多个标记为差分处理的周围体素，或基于在网格体素内采集的三维数据点的实际数量等等，以及上述的组合。在另一方面，可以在将体素标记为修改的处理之前，提供穿过体素的射线的最小数量的阈值。空间雕刻通常在本领域中已知为识别未占用体积的技术，并且如本文所设想，任何相应的技术或工具可适于识别“禁止的”体素。例如，市售的软件工具，如Voxel Space(Novalogic)和/或3D-DDA都支持穿过体素空间的射线跟踪，并可以与本文所述的空间雕刻一起使用。因此，本文不详细讨论用于空间雕刻的算法和软件工具，而是着重讨论空间雕刻技术在支持三维数据的差分处理方面的用途。
图7为根据空间矩阵显示数据的处理的流程图。基本如下所述，可以用空间矩阵，如上文结合图5所述的矩阵，存储与允许或禁止对扫描空间体素内的数据所进行的处理类型有关的信息。虽然“禁止的”体素通常可被理解为未占用的体素，但应当理解，并不是普遍如此，可以禁止检测到点的体素(如，表面暂时移入扫描空间内时)，并且可以允许空的体素(如，体素紧邻未占用的体素时)。因此，虽然本说明书中使用了诸如占用或未占用的术语，但这些术语不应被理解为以下含义的直接替代形式：是否从体素获得数据点或可从体素获得数据点，或体素是被允许(即，接受未修改的处理)还是禁止(即，接受修改的处理)。
如步骤702所示，方法700可以从将空间矩阵存储在存储器中开始，如上文所述的包括扫描空间网格中的多个体素的信息的空间矩阵。
如步骤704所示，可以用，例如，上文所述的任何扫描仪从扫描空间内的对象获得三维数据。
如步骤706所示，处理700可以包括识别扫描空间中未占用的多个体素中的至少一个。例如，这可以用任何合适的射线跟踪软件或计算法完成。用于遍历空间中的体素并识别哪些体素包含射线的多种市售的软件工具(例如3D-DDA)和通用计算法(例如，Bresenham的线计算法)在本领域是已知的，它们中的任何一种都可以有效地适于识别本文所设想的扫描空间中的未占用体素。在射线跟踪实施例中，未占用的空间可以，例如，包括对象已知表面后面或超出对象已知表面的体素，或扫描仪与该表面之间的体素，以及它们的组合。在另一方面，也可以用其他信息确定体素应被禁止还是允许。例如，对于禁止的体素而言，处理700可以提供已被识别为禁止的相邻体素的最小数量的阈值。在另一方面，可以对穿过体素的射线数量进行计数，并将其用作，例如，将体素识别为禁止的最小阈值。对于扫描对象的遮挡表面而言，处理700可以提供远离视野中遮挡部分边界的偏移量或步进。更一般地说，任何合适的将体素表征为包含或不包含所关注表面的技术都适用于识别本文所设想的禁止空间。
在一个方面，可以防止将与正在扫描的对象表面相邻的一个或多个体素的空间边际中的体素标记为禁止。即，为了确保模型的准确性，无论相关的体素是否被认为是未占用，都可以将紧邻的数据包括在内。空间边际可以(例如)是(例如)结合扫描仪的z-轴测量值的标准偏差确定的单层体素，或多个体素或体素深度。因此，例如，如果体素与扫描主体表面的距离小于扫描仪z-轴测量值的一个标准偏差、两个标准偏差或一些其他多个标准偏差，那么无论它是否被三维数据点占据，体素都可被视为“允许的”。通过控制该尺度，扫描处理可以包括更多或更少的与对象的推断表面相邻但不在该表面上的边际数据。
如步骤708所示，处理700可以包括存储对空间矩阵710中的多个体素之一的修改的处理的指示。对多个体素中的一者或多者完成该步骤之后，空间矩阵识别包括扫描空间内的一个或多个体素的禁止体积。应当理解，识别禁止体积可以是累积的过程，即，在对每个新的三维数据帧重复进行扫描(如，上文所述的连续扫描)时重复该过程。因此，例如，每个数据帧可以提供与被遮挡的、改变的或已消失的对象表面有关的不同信息，并且通常可以任何合适的方式用该信息更新空间矩阵。通常，可以设想，矩阵的每个体素为允许的体素，直到能够得出体素应被禁止的可靠推论。然而，这不是严格要求的，可以在不脱离本公开范围的情况下对该初始条件进行修改。
如上所述，禁止体积中的体素-即，接受修改的处理的体素-不一定是未占用的体素。例如，如果新的数据帧提供不在先前数据帧中的体素中的点、表面或对象的第一种情况，那么即使名义上是“禁止的”，该体素也是被占用的。反之，未占用的体素可以在名义上是“允许的”，如对象表面周围的体素的边际，或者还未采集到足以推断出体素应接受修改的处理的体素(即，体素是“禁止的”)。禁止体积通常可以包括网格或空间矩阵中的不止一个体素。
然后处理700可以返回到步骤704，在该步骤获得另外的三维数据。
在识别禁止体积的同时或之后，处理700可以进行三维扫描过程，以获得扫描主体的三维表面表示或其他数字模型。
如步骤712所示，处理700可以包括获得三维数据。这可以是与步骤704中所采集数据相同的数据，或不同的数据，或它们的某种组合。
如步骤714所示，可以在空间矩阵710中识别一个或多个相应的体素。在该步骤中，可以用位置从空间矩阵710检索体素的处理指示符，如“允许”或“禁止”标志。该信息又可用于实施如下所述的差分处理。
如步骤716所示，根据未修改的或正常的处理，处理700可以包括处理不在禁止体积中的三维数据的一部分-或换句话说，在扫描空间的允许体积中的三维数据。这可以包括与三维数据的采集相关的任何处理，如扫描仪相机路径的推导，来自视频或图像数据帧的各个三维数据点的基于特征的推导或其他推导，三维表面的对准等。通常，可以设想，可以在“未修改的”处理步骤中进行不使用空间雕刻等的任何三维处理，包括但不限于根据(例如)来自三维扫描仪的一系列图像数据帧等进行的三维表面表示的采集、显示和细化(例如，优化、误差最小化等)。
如步骤718所示，处理700可以包括根据修改的处理对禁止体积中的三维数据的一部分进行处理。修改的处理可以包括适用于“禁止体积”中的数据的任何处理。
修改的处理可以(例如)包括在三维重建中根据三维数据点是在扫描空间的禁止体积内还是允许体积内选择使用三维数据点。例如，重建过程可以将禁止体积内的数据视为被排除在处理之外的异常值。或者，可以在重建过程中去加权或者说是不强调禁止体积中的数据。可以在正在显示三维数据时的实时重建过程中，或在后处理细化步骤中，或者它们的组合中进行该数据排除或去加权。因此，在一个方面，修改的处理包括从三维数据的高精度细化中删去禁止体积中的任何点。
在另一方面，修改的处理可以包括控制如何显示禁止体积中的数据。例如，可以不显示禁止体积内的数据，或者可以用简短的衰减时间，如0.5秒或任何其他短的时间间隔暂时显示禁止体积内的数据。
在另一方面，修改的处理可以包括控制如何在三维数据表面网格中使用禁止体积中的数据。例如，可以将禁止体积中的点排除在使用移动立方体格栅或其他表面网格计算法由三维(点)数据形成的扫描对象的表面网格之外。在另一方面，如果表面网格的处理格栅与空间矩阵的网格相同(或基本上相同)，那么可以将来自禁止体积的体素完全排除在表面网格之外。表面网格创建是一种已知的技术，用于将三维形状表示为形成多边形(例如，三角形，四边形)的顶点、边缘和面的集合。在一个方面，用于由三维数据生成此类表面的处理网格可以共同扩大并与用于空间矩阵的网格具有相同尺寸，但这不是严格要求的。因此，在一个方面，用于空间矩阵的扫描空间的网格可以将扫描空间分成空间格栅，该空间格栅与用于由三维数据形成表面网格的第二空间格栅基本上相同。在另一方面，网格可以提供不同的处理分辨率和/或空间不对齐。
对三维数据进行修改的和/或未修改的处理之后，处理700可以返回到步骤712，在该步骤采集另外的三维数据。该处理700可以继续，直到手动或自动停止扫描，或者说是终止。
因此，本文公开了根据扫描空间中出现数据的位置在三维数据采集过程中进行数据的差分处理的方法和系统。应当理解，虽然图7的处理700是代表性的，但可以在不脱离本发明范围的情况下进行许多修改。例如，可以独立地，或在单个重复顺序过程中或它们的组合进行空间雕刻和数据处理(例如，步骤716、718)。另外，可以在步骤716和718的数据处理之前、期间或之后或它们的组合进行禁止体积或其一部分的识别。更一般地说，在不脱离本发明范围的情况下，可被视为一方面可用于识别扫描空间中的禁止/允许的体素，另一方面可用于为三维重建采集数据的步骤的任何顺序和组合都适于与本文所述的方法和系统一起使用。
应当理解，上文所公开的过程和方法可以在适用于本文所述的三维成像和建模技术的硬件、软件或它们的任何组合中实现。还应当理解，本文所述的用户界面、用户界面控件及其使用方法以及可视化、数字模型处理和分析以及绘制可以相似地表示为体现在硬件、软件和它们的多种组合中的方法或过程。因此，在一个方面，本文公开了包含存储在瞬时性或非瞬时性介质中的计算机可执行代码的计算机程序产品，当在一台或多台计算机上执行时，进行上文所述步骤中的任意一者或多者。
这还包括在一个或多个微处理器、微控制器、嵌入式微控制器、可编程数字信号处理器或其他可编程装置连同内部和/或外部存储器中的实现。或者该硬件还可包括一个或多个特定应用集成电路、可编程的门阵列、可编程的阵列逻辑元件、或可被构造用来处理电信号的任何其他一种或多种设备。还应当理解实现可包括使用结构化编程语言(例如C)、面向对象编程语言(例如C++)、或任何其他高级或低级编程语言(包括汇编语言、硬件描述语言、和数据库编程语言和技术)创建的计算机可执行代码，上述计算机可执行代码可在上述设备中的一个以及处理器、处理器架构的混合组合或不同硬件和软件的组合上存储、编译或解释执行。同时，可以以多个方式在整个装置(例如相机和/或计算机)上分布该处理，或所有的功能可以集成到专用的独立式图像采集装置中。所有这样的置换和组合旨在处于本公开范围内。
另外应当理解，用于执行与上述处理相关的步骤的装置可以包括上述参照图1描述的图像采集系统100的任何合适的组件，连同适用于控制其操作的任何软件和/或硬件。本文所述的用户界面可(例如)被绘制在图1的图像采集系统100的显示器110内。用于执行本文所公开的处理的所有这类实现方式和装置旨在处于本发明的范围内。
当已结合某些优选实施例公开本发明时，本领域的普通技术人员将认识到其他实施例，并且所有这些变型、修改和取代将落入本公开的范围内。因此，应结合下列权利要求理解本发明，权利要求以法律上可允许的最广泛的意义来理解。
Claims (26)
1.一种方法，其包括：
将空间矩阵存储在存储器中，所述空间矩阵包括扫描空间网格中的多个体素的信息；
用扫描仪从所述扫描空间内的对象获得三维数据；
识别所述网格中未占用的所述多个体素之一；
将来自所述多个体素之一的数据的修改的处理的指示存储在所述空间矩阵中，从而识别所述扫描空间内的禁止体积；和
根据未修改的处理对不在所述禁止体积中的所述三维数据的一部分进行处理，并根据所述修改的处理对在所述禁止体积中的所述三维数据的第二部分进行处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其中识别所述多个体素之一包括识别所述扫描仪与所述对象之间的射线上的多个未占用的点。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括提供无法禁止对其进行处理的与所述对象表面相邻的一个或多个体素的空间边际。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述空间边际为所述扫描仪的多个z-轴测量值的标准偏差。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述修改的处理包括检测所述禁止体积中的一个点以及以衰减时间显示所述点。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述修改的处理包括从用所述三维数据创建的所述对象的表面网格上删掉所述禁止体积中的任何点。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述网格将所述扫描空间分成空间格栅，所述空间格栅与用于形成所述表面网格的第二空间格栅基本上相同。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述修改的处理包括从所述三维数据的高精度细化中删去所述禁止体积中的任何点。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述扫描空间的所述网格被细分成具有大致立方体形状的体素。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述大致立方体形状的每个边缘的尺寸为约250微米。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述禁止体积包括所述多个体素中的不止一个。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述空间矩阵包括所述多个体素中的每一个的二进制标志，所述标志指示是允许还是禁止对所述扫描空间的相应体积进行处理。
13.一种计算机程序产品，其包括包含在非瞬时性计算机可读介质上的计算机可执行代码，当在一台或多台计算设备上执行所述代码时，进行以下步骤：
将空间矩阵存储在存储器中，所述空间矩阵存储扫描空间网格中的多个体素的信息；
用扫描仪从所述扫描空间内的对象获得三维数据；
识别所述扫描空间的所述网格中未占用的所述多个体素之一；
将来自包含所述点的所述多个体素之一的数据的修改的处理的指示存储在所述空间矩阵中，从而识别所述扫描空间内的禁止体积；和
根据所述修改的处理对所述禁止体积中的所述三维数据的一部分进行处理，并根据未修改的处理对不在所述禁止体积中的所述三维数据的第二部分进行处理。
14.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中识别所述多个体素之一包括识别所述扫描仪与所述对象之间的射线上的未占用的多个点。
15.根据权利要求13所述的计算机程序产品，还包括编码，所述编码用于提供无法禁止对其进行处理的与所述对象表面相邻的一个或多个体素的空间边际。
16.根据权利要求15所述的计算机程序产品，其中所述空间边际为所述扫描仪的z-轴测量值的多个标准偏差。
17.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中所述修改的处理包括检测所述禁止体积中的点以及以衰减时间显示所述点。
18.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中所述修改的处理包括从用所述三维数据形成的所述对象的表面网格中删去所述禁止体积中的任何点。
19.根据权利要求18所述的计算机程序产品，其中所述网格将所述扫描空间分成空间格栅，所述空间格栅与用于形成所述表面网格的第二空间格栅基本上相同。
20.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中所述修改的处理包括从所述三维数据的高精度细化中删去所述禁止体积中的任何点。
21.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中所述扫描空间的所述网格被细分成具有大致立方体形状的体素。
22.根据权利要求21所述的计算机程序产品，其中所述大致立方体形状的每个边缘的尺寸为约250微米。
23.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中所述禁止体积包括所述多个体素中的不止一个。
24.根据权利要求13所述的计算机程序产品，其中所述空间矩阵包括所述多个体素中的每一个的二进制标志，所述标志指示是允许还是禁止对所述扫描空间的相应体积进行处理。
25.一种系统，包括：
扫描仪，所述扫描仪被构造成从扫描空间内的对象获得三维数据；
存储器，所述存储器被构造成存储空间矩阵，所述空间矩阵包括扫描空间网格中的多个体素的信息；和
处理器，所述处理器被构造成识别所述扫描空间中未占用的点，将来自包含所述点的所述多个体素之一的数据的修改的处理的指示存储在所述空间矩阵中，从而识别所述扫描空间内的禁止体积，根据未修改的处理对不在所述禁止体积中的所述三维数据的一部分进行处理，并根据所述修改的处理对在所述禁止体积中的所述三维数据的第二部分进行处理。
26.一种系统，包括：
存储装置，所述存储装置用于存储空间矩阵，所述空间矩阵包括扫描空间网格中的多个体素的信息；
扫描装置，所述扫描装置用于从所述扫描空间内的对象获得三维数据；和
处理装置，所述处理装置用于识别所述扫描空间中未占用的点，将来自包含所述点的所述多个体素之一的数据的修改的处理的指示存储在存储装置中，从而识别所述扫描空间内的禁止体积，根据未修改的处理对不在所述禁止体积中的所述三维数据的一部分进行处理，并根据所述修改的处理对在所述禁止体积中的所述三维数据的第二部分进行处理。
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