CN113573623A - 无线扫描设备 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种无线扫描设备(1)，包括：扫描外壳(2)，其包括：图像检测器(3)，其被配置为以第一2D帧速率获取2D图像；以及联接到图像检测器的一个或多个处理器(4)，使得2D图像能够由所述处理器处理以形成经处理的数据；无线模块(6)，其联接到所述处理器，使得无线模块从所述处理器接收经处理的数据并无线地传输经处理的数据。

Description

无线扫描设备
技术领域
本公开总体上涉及一种无线扫描设备。更具体地，本公开涉及管理功耗和/或发热的无线扫描设备。最具体地，本公开涉及用于口内扫描和/或耳内扫描的无线扫描设备。
背景技术
功耗和/或发热的管理在计算设备领域中是众所周知的，例如在计算机和/或3D扫描设备中。例如，众所周知，在膝上型计算机中，电池功率是通过称为中央处理单元(CPU)节流或动态频率缩放的技术来节省的，其中CPU的时钟速度被自动调整。换句话说，膝上型计算机会减慢速度以节省电池功率。众所周知，可以基于CPU产生的热量来调整CPU的时钟速度。例如，如果CPU太热，即过热，则时钟速度会降低，从而CPU被冷却。这种技术可以称为热节流，是CPU节流领域内的一种特定技术。
CPU节流内甚至热节流内的各种其他技术是已知的。例如，在热节流中，众所周知，可以基于CPU的温度来组织由CPU或图形处理单元(GPU)运行的进程。除了用于降低功耗的对处理器节流之外的其他技术也是已知的。示例是通过降低投光器的功率或进程，和/或通过降低投光器或图像检测器的占空比。因此，已经非常详细地知晓电池供电设备的功率管理。
然而，对于图像以无线方式传送的无线设备，例如无线相机，众所周知，无线传输需要比有线传输更多的功率。为无线设备提供更多功率的典型解决方案是切换功率源，例如通过从电池切换到有线电源。因此，需要对无线设备、尤其是无线扫描设备进行更好的功率管理。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种无线扫描设备，其更好地管理功率和/或热量使得不需要提供电缆。
在本发明的一个方面，提供了一种用于提供用于对象的3D模型的数据的无线扫描设备，包括：扫描外壳，该扫描外壳包括：图像检测器，该图像检测器被配置为以第一2D帧速率获取2D图像；以及联接到图像检测器的一个或多个处理器，使得2D图像可由所述处理器处理以形成经处理的数据；无线模块，该无线模块联接到所述处理器，使得无线模块从所述处理器接收经处理的数据并无线地传输经处理的数据，其中，经处理的数据是用于对象的3D模型的数据。
扫描设备优选地被配置为在以下两个预定义的扫描操作模式之间切换：标准模式；和非标准模式，在标准模式中，无线模块以由所述处理器定义的第一数据速率接收经处理的数据，在非标准模式中，无线模块以由所述处理器定义的第二数据速率接收经处理的数据。
有利的是，优选实施例中的无线模块以如上所述的两个不同数据速率接收经处理的数据，因为一旦处于非标准模式，无线模块就可以在进一步优选的实施例中接收比处于标准模式少的经处理的数据，由此无线模块自身产生的热量比处于标准模式少得多。
本扫描设备的发明人已经意识到无线模块负责在无线扫描设备中产生大量热量，因此通过限制到无线模块的经处理的数据，发明人已经看到温度的急剧下降。使用本发明，即通过从标准模式切换到非标准模式，已经观察到温度降低约10％。
因此，在一个实施例中，本文公开的扫描设备提供更少产生的热量并且使用更少的功率，因此节省了功率。
本公开的另一目的是提供一种更好地管理功率和/或热量的无线扫描设备，从而提供被扫描对象的更多细节。
这也可以使用本文公开的扫描设备来实现。在另一实施例中，无线模块可以接收比处于标准模式更多的经处理的数据，由此无线模块发送比处于标准模式更多的经处理的数据，并且因此能够生成更精确的3D模型。
因此，发明人已经意识到无线模块适用于给定的扫描操作情况。换言之，在一些实施例中，并且如果条件允许扫描仪产生数据，则扫描设备可以从标准模式切换到非标准模式。
根据本发明和用于其他实施例的扫描设备提供了更多的扫描细节。
总而言之，本发明提供了一种具有大大改进的功率和/或热量管理的无线扫描设备。
附图说明
本公开的上述和/或另外的目的、特征和优点将参考附图通过以下对本公开的实施例的说明性和非限制性的详细描述来进一步描述，其中：
图1示出了根据本发明的无线扫描设备的示例。
图2示出了具有两个预定义的扫描操作模式的扫描设备1中发热的示例。
图3示出了具有两个预定义的扫描操作模式的扫描设备1中的功耗的示例。
图4示出了具有两个预定义的扫描操作模式的扫描设备1中的数据传输的示例。
具体实施方式
扫描设备不同于简单的相机。扫描设备也如本发明所公开用于提供用于对象的3D模型的数据。相机提供2D图像，通常是未处理的数据，其与对象的3D模型无关。扫描可以是主动的或被动的，这意味着在主动扫描中，通常使用光源将光投射到对象上，从而扫描设备能够从光得出表面数据。主动扫描的几种技术在扫描领域是已知的，例如：
-三角化扫描(triangularization scanning)：其中将投射图案投射到对象上并成像到图像检测器，从而基于三角化原理得出深度信息，
-共焦扫描，其中一个或多个点源聚焦到对象上并成像到图像检测器，以便基于成像焦点的强度，得出深度信息，
-结构光照明扫描，其中将投射图案投射到对象上并成像到图像检测器，以便基于图案信息得出深度信息，
-干涉测量扫描，其中图案被投射到对象上，并通过另一图案成像到图像检测器，这样基于两个图案之间的干涉，得出深度信息。
被动扫描技术也是已知的，其中不使用光源。这种扫描技术依赖于可从图像本身得出的信息。在一些被动扫描设备中，图像检测器不是标准图像检测器，而是可以包括例如微透镜阵列。
然而，相机，也称为静态相机，提供2D图像以显示从空间中的一个位置在某一时刻拍摄的对象的2D信息，而扫描设备提供用于显示在几个时间时刻和/或几个空间位置拍摄的对象的3D信息的数据。
因此，扫描设备比相机需要的功率要多得多，因此扫描设备也比相机产生更多的热量。
此外，如上所述，扫描设备还提供比相机更多的数据，并且为了构建3D模型，例如在外部计算机上，需要从扫描设备传送数据。
通常对于扫描仪，这种数据传送是通过有线数据传送提供的，例如USB电缆或以太网电缆。
然而，根据本发明的扫描设备包括联接到所述处理器的无线模块，使得无线模块从所述处理器接收经处理的数据并无线地传输经处理的数据，其中，经处理的数据是用于对象的3D模型的数据。
这允许扫描设备是无线的，并且在一些实施例中，根据本发明的扫描设备也是电池供电的。这意味着可以在完全没有电缆的情况下操作扫描设备。这有利于扫描例如患者的牙齿或耳朵。在一个实施例中，根据本发明的扫描设备是用于牙科扫描领域和/或助听扫描领域的手持扫描设备。牙科领域的手持扫描设备通常被称为口内扫描仪。助听领域的手持扫描设备通常被称为耳内扫描仪。
根据本发明的优选实施例，扫描设备被配置为在以下两个预定义的扫描操作模式之间切换：标准模式；和非标准模式，在标准模式中，无线模块以由所述处理器定义的第一数据速率接收经处理的数据，在非标准模式中，无线模块以由所述处理器定义的第二数据速率接收经处理的数据。
两个预定义的扫描操作模式根据它们的含义是在使用之前已经定义的两个模式，即扫描操作模式已经被编程到扫描设备中。因此，两个扫描操作模式之间存在显著差异，并且标准模式和非标准模式之间的差异不仅是处理器变热的后果和/或处理器因热而速度减慢的后果。在优选实施例中，扫描设备例如以自动方式在两个扫描操作模式之间主动切换。然而，也可以手动方式进行切换，例如使用位于扫描设备上和/或与扫描设备相关的软件中(例如在外部计算机上)的开关。
关于从标准模式切换到非标准模式，一个实施例涉及第二数据速率被定义为低于第一数据速率的情况，即预定义的。有多种方式可以提供这种较低的第二数据速率，下面将描述将被称为无线节流模式的这些实施例。扫描设备的各种其他实施例将在此之后进行描述。
无线节流模式
在一个实施例中，非标准模式是通过将第一2D帧速率切换到第二2D帧速率来提供的，其中第二2D帧速率变得低于第一2D帧速率，由此第二数据速率变得低于第一数据速率，从而将非标准模式定义为无线节流模式。在本实施例中，第一2D帧速率对应于两个预定义的扫描操作模式中的第一预定义模式，并且第二2D帧速率对应于两个预定义的扫描操作模式中的第一预定义的扫描操作模式。非标准模式被定义为无线节流模式，因为它是有效地被节流的无线模块，即无线模块被更改为比在标准模式下执行更少。无线节流模式，即非标准模式，根据定义是一种扫描操作模式，特别是因为扫描设备以预定义的2D帧速率获取图像。因此，根据定义，标准模式也是扫描操作模式。当扫描设备更改为以预定义的第二2D帧速率扫描(即随着时间的推移获取多个图像)时，扫描设备不获取与标准模式中一样多的2D图像。换句话说，扫描设备扫描速度较慢，因此随着时间的推移获取的数据更少，随着时间的推移处理的数据更少，并且然后无线模块随着时间的推移接收的经处理的数据更少。这具有以下效果：无线模块被选择为随时间推移使用更少的功率并且被选择为随时间推移产生更少的热量。在该实施例中，因为随着时间的推移获取的数据更少，所以生成的3D模型的细节不如标准模式中的多。然而，发明人已经意识到，当在非标准模式下操作时，仍然生成具有足够细节的3D模型。例如，与一个或多个处理器被减慢的典型CPU节流相比，该实施例的优点是阻止一个或多个处理器接收其将在标准模式中接收的一些2D图像。因此，与在典型的CPU节流中所做的那样向(一个或多个)处理器提供2D图像形式的相同量的数据不同，为根据该实施例的(一个或多个)处理器提供更少的数据要处理。这有效地提供了无线模块的热冷却或节流。
在另一实施例中，非标准模式是通过保持第一2D帧速率并关闭图像检测器特定时间来提供的，由此第二数据速率变得低于第一数据速率，从而将非标准模式定义为无线节流模式。在该实施例中，扫描设备不被更改为以预定义的第二2D帧速率扫描(即随时间推移获取多个图像)。然而，结果与之前的实施例相同——扫描设备不获取如在标准模式中同样多的2D图像。换句话说，扫描设备扫描速度较慢，因此随着时间的推移获取的数据更少，随着时间的推移处理的数据更少，并且然后无线模块随着时间的推移接收的经处理的数据更少。这具有以下效果：无线模块被选择为随时间推移使用更少的功率并且被选择为随时间推移产生更少的热量。在该实施例中，因为随着时间的推移获取的数据更少，所以生成的3D模型的数据量没有在标准模式中那么多。然而，发明人已经意识到，当在非标准模式下操作时，仍然生成具有足够数据的3D模型。例如，与一个或多个处理器被减慢的典型CPU节流相比，该实施例的优点是阻止一个或多个处理器接收其将在标准模式接收的一些2D图像。因此，与在典型的CPU节流中所做的那样向(一个或多个)处理器提供2D图像形式的相同量的数据不同，为根据该实施例的(一个或多个)处理器提供更少的数据要处理。这有效地提供了无线模块的热冷却或节流。
在又一实施例中，通过保持第一2D帧速率并降低图像检测器的空间分辨率特定时间来提供非标准模式，由此第二数据速率变得低于第一数据速率，从而将非标准模式定义为无线节流模式。在该实施例中，扫描设备不更改为以预定义的第二2D帧速率扫描(即，随时间推移获取多个图像)。然而，结果与之前的实施例相同——随着时间的推移获取的数据更少，随着时间的推移处理的数据更少，并且然后无线模块随着时间的推移接收更少的经处理的数据。这具有以下效果：无线模块被选择为随时间推移使用更少的功率并且被选择为随时间推移产生更少的热量。在该实施例中，因为随着时间的推移获取的数据更少，所以生成的3D模型的数据量没有在标准模式中那么多。然而，发明人已经意识到，当在非标准模式下操作时，仍然生成具有足够数据的3D模型。例如，与一个或多个处理器被减慢的典型CPU节流相比，该实施例的优点是阻止一个或多个处理器接收其将在标准模式中接收的一些2D图像。因此，与在典型的CPU节流中所做的那样向(一个或多个)处理器提供2D图像形式的相同量的数据不同，为根据该实施例的(一个或多个)处理器提供更少的数据要处理。这有效地提供了无线模块的热冷却或节流。
在进一步的实施例中，非标准模式是通过保持第一2D帧速率并关闭无线模块特定时间来提供的，由此无线模块以由所述(一个或多个)处理器的第二数据速率接收经处理的数据，从而将非标准模式定义为无线节流模式。在该实施例中，扫描设备不更改为以预定义的第二2D帧速率扫描(即随时间推移获取多个图像)。此外，结果会与之前的实施例不同——扫描设备可以获得与标准模式中一样多的2D图像，但是无线模块接收的经处理的数据没有标准模式中那么多。换言之，在本实施例中，扫描设备可以与标准模式无差别地进行扫描，因此，随着时间的推移获取相同的数据，随着时间的推移处理相同的数据。然而，随着时间的推移，无线模块接收更少的经处理数据。这还具有这样的效果：无线模块被选择为随时间推移使用更少的功率并且被选择为随时间推移产生更少的热量。在该实施例中，因为随着时间的推移接收的数据更少，所以生成的3D模型的数据量没有在标准模式中那么多。然而，发明人已经意识到，当在非标准模式下操作时，仍然生成具有足够数据的3D模型。例如，与一个或多个处理器被减慢的典型CPU节流相比，该实施例的优点是阻止无线模块接收其在标准模式下会接收的一些2D图像。这有效地提供了无线模块的热冷却或节流。
在进一步的实施例中，非标准模式是通过保持第一2D帧速率并将经处理的数据引导到另一模块特定时间来提供的，由此无线模块以由所述处理器定义的第二数据速率接收经处理的数据，从而将非标准模式定义为无线节流模式。在相关实施例中，其他模块可以是存储器模块或存储模块，例如其被配置为作为缓冲器操作，其中经处理的数据被缓冲特定时间。在该实施例中，扫描设备不更改为以预定义的第二2D帧速率扫描(即随时间推移获取多个图像)。然而，结果与之前的实施例相同——扫描设备可以获取与标准模式中一样多的2D图像，但是无线模块接收的经处理的数据没有标准模式中那么多。换言之，在本实施例中，扫描设备可以与标准模式无差别地进行扫描，因此，随着时间的推移获取相同的数据，随着时间的推移处理相同的数据。然而，随着时间的推移，无线模块接收更少的经处理的数据。这还具有这样的效果：无线模块被选择为随时间推移使用更少的功率并且被选择为随时间推移产生更少的热量。在该实施例中，因为随着时间的推移接收的数据更少，所以生成的3D模型的数据量没有在标准模式中那么多。然而，发明人已经意识到，当在非标准模式下操作时，仍然生成具有足够数据的3D模型。例如，与一个或多个处理器被减慢的典型CPU节流相比，该实施例的优点是防止无线模块接收其在标准模式下会接收的一些2D图像。这有效地提供了无线模块的热冷却或节流。
超模式(hyper-mode)
在一些实施例中，通过将第一2D帧速率切换到第二2D帧速率来提供非标准模式，其中，第二2D帧速率变得高于第一2D帧速率，由此第二数据速率变得高于第一数据速率，从而将非标准模式定义为无线超模式。这种模式的技术效果是提供被扫描对象的更多细节。
两个预定义的扫描操作模式之间的条件/自动切换
如前所述，两个预定义的扫描操作模式之间的切换优选以自动方式进行。在大多数实施例中，切换例如基于条件。下面描述了几个这样的条件。
基于温度的条件
在一个实施例中，所述在至少两个预定义的扫描操作模式之间切换是基于所述处理器和/或联接到所述处理器的一部分的条件。例如，条件可以与所述处理器的温度相关。温度可以由处理器提供，例如通过对处理器的命令来请求温度。因此，处理器可以被配置为提供所述处理器的条件。此外，和/或替代地，条件可以与处理器的一部分(例如无线模块)相关。因此，在一些实施例中，条件可以与无线模块的温度相关。
在另一实施例中，扫描设备还包括联接到所述处理器的电源单元。电源单元优选地是电池。通过从电池供电，无线扫描设备变得完全无线，即无需用于数据传输的电线，并且无需用于功率传输的电线。这允许在扫描设备在物理上不受电线移动限制的情况下进行扫描。因此，从而提供完全无线的扫描设备，并且这在一些实施例中允许更好的口内和/或耳内扫描。当电源单元联接到所述处理器时，条件可以与电源单元的温度相关。
在又一实施例中，扫描设备还包括光源，例如被配置为将光投射到被扫描的对象上的光源。如前所述，已知具有光源的扫描设备依赖于主动扫描技术。在相关实施例中，光源至少关闭一段时间。这具有节省电力和产生更少热量的效果。
如上所述，温度可以与所述处理器相关，和/或与无线模块相关，和/或与扫描外壳相关，和/或与电源单元相关，和/或与光源相关。
在优选实施例中，条件是温度相对于预定义温度的量度。例如，条件可以被定义为这样一种情况，其中温度相对于预定义温度的度量定义了温度的度量超过预定义温度，其中预定义温度是阈值。
在相关实施例中，阈值大于60度，优选地大于70度，更优选地约78度。
基于功率水平的条件
在一个实施例中，条件是电源单元的功率水平相对于预定义功率水平的量度。
在另一实施例中，功率水平是绝对量度和/或功率水平关于时间的一阶导数，和/或功率水平关于时间的二阶导数。
基于图像的条件
在一个实施例中，条件基于由所述处理器接收的2D图像。例如，可以将质量参数应用于2D图像，并且如果具有一定的图像质量，则可以更改扫描操作模式。例如，如果图像质量超出所需的图像质量，则扫描操作模式可能不需要处于标准模式。然后扫描设备可以将标准模式更改为非标准模式，使得当切换到非标准模式时，第一2D帧速率被切换到第二2D帧速率，其中第二2D帧速率变得低于第一2D帧速率。
在一个示例中，在生成3D模型时，可以向扫描设备提供关于在扫描设备的表观视场中的模型的数据密度的反馈。如果数据密度高于与数据密度和/或数据质量关联的特定阈值，则扫描设备可以切换到非标准模式，例如提供低2D帧速率。替代地，如果数据密度低于与数据密度和/或数据质量关联的特定阈值，则扫描设备可以切换到非标准模式，例如提供高2D帧速率。
基于处理器、基于图像检测器和基于传感器的条件
在一个实施例中，一个或多个外部处理器被配置为提供所述处理器的条件。例如，外部处理器可以执行用于管理扫描设备的帧速率的计算机实现的方法，包括以下步骤：传输指令通知图像检测器以第一2D帧速率获取2D图像，从而扫描设备在标准模式下操作；接收扫描设备的一个或多个处理器的条件，和/或接收联接到扫描设备的所述处理器的一部分的条件；监测条件以检查是否满足条件，使得：如果不满足条件，则传输指令通知图像检测器以阻止扫描设备中的无线模块以第一2D帧速率接收2D图像的方式进行操作，从而使扫描设备切换到非标准模式下操作；并且如果满足条件，则继续传输指令通知图像检测器以第一2D帧速率获取2D图像，从而扫描设备继续在标准模式下操作。
在另一实施例中，扫描设备还包括被配置为提供条件的传感器。这种传感器可以是温度传感器。
数据传输
在一个实施例中，扫描设备还被配置为使得当处于标准模式时，无线模块以第一数据速率传输经处理的数据，而当处于非标准模式时，无线模块以第二数据速率传输经处理的数据。
经处理的数据和处理速率
在优选实施例中，第一数据速率和第一2D帧速率之间的比率在1:50和1:150之间，优选地在1:80和1:120之间，最优选地约1:90。例如，第一数据速率可以类似于3D帧速率，即一起形成时间上的3D帧的集合的时间上的2D帧的集合。例如，在一个实施例中，图像检测器可以每秒获取2000帧。因此，在一秒内，图像检测器获取2000个图像。在这2000个图像中，可能有20个图像的块，每个这样的块形成3D图像。这对应于2D第一帧速率为每秒2000帧/图像，并且对应的3D帧速率，此处等于第一数据速率，为每秒20帧/图像的情况。
在最优选的实施例中，第一数据速率与3D帧速率相同，该3D帧速率为每秒多于10帧、更优选地在每秒10到30帧之间、优选地为每秒多于16帧、最优选地约每秒20帧。
在一个实施例中，一个或多个处理器被配置为以与图像处理器提供的速率相同的速率处理数据。例如，在另一或相关实施例中，第一数据速率和/或第二数据速率对应于处理以有效2D帧速率提供给处理器的2D图像，该有效2D帧速率在每秒1000和5000帧之间，优选地在每秒1500和2500帧之间，优选地在每秒1700和1900帧之间，最优选地约每秒1800帧。这可以例如通过将处理器配置为以与由图像检测器提供的速率相同的数据速率处理数据来提供。此外，图像检测器可以相应地设置为以与处理器的数据速率匹配的帧速率采集2D图像。
在优选实施例中，第二数据速率小于第一数据速率的90％，优选地小于第一数据速率的80％，更优选地约为第一数据速率的75％。将数据速率切换到这样的速率的效果是功率和/或热量产生的显著降低。它不仅降低了处理器的功耗和/或热量产生，而且还降低了无线模块的功耗和/或热量产生。由于无线模块联接到处理器，因此该效果是组合效果。
如前所述，在大多数实施例中，经处理的数据可以是3D数据的形式，例如3D图像。在一些实施例中，3D数据可以是点云，例如具有或不具有纹理信息。因此，当处于标准模式时，所述处理器以第一数据速率生成3D数据，而当处于非标准模式时，所述处理器以第二数据速率生成3D数据。
为了将数据处理为经处理的数据，必须将处理器配置成这样做。在大多数扫描设备中，数据处理是在外部处理器上执行的，该外部处理器例如位于远程计算机上。扫描设备然后只传输要处理的数据。因此，大多数扫描设备没有将数据处理成经处理的数据的处理器。如详细说明开头所述，深度信息可以通过多种技术得出。因此，这些技术中的每一种都通过处理数据来得出深度信息。某些技术比其他技术对处理的要求更高。例如，与结构化光照明扫描数据相比，从共焦扫描数据中得出深度信息相当简单。来自共焦扫描的深度信息只需要比较强度，不需要或只需要很少的额外处理，而来自结构化光照明的深度信息需要处理检测的图像和投射图案。然而，如果可以在扫描设备上执行数据处理，例如以得出深度信息和/或生成3D数据，则扫描设备本身需要传输的数据更少。因此，为了减少无线模块的负荷，在扫描设备上处理尽可能多的数据是有利的。已知用于处理数据的各种处理器，但是对于相当简单的处理，例如比较强度或更一般地执行诸如乘法和/或加法的操作，期望的是现场可编程门阵列(FPGA)处理器。因此，在优选实施例中，处理器包括FPGA处理器。在更优选的实施例中，处理器被配置用于得出深度信息和/或用于生成3D数据。3D数据可能不需要分布在空间域中。例如，3D数据可以部分地在空间域中，而部分地在时间域中。然后可以对3D数据应用进一步处理以将3D数据转换为纯空间域数据。根据本发明，经处理的数据是用于对象的3D模型的数据，并且如本文所解释的，这可以是空间域或时间域中的3D数据，或者它们的混合。深度信息通常被理解为与3D数据仅在空间域中的情况相关。
为了提供能够节省功率的无线扫描设备，扫描设备优选地被配置为使得无线模块传输尽可能低的数据量。如刚刚解释的，处理器的实现方式，例如FPGA处理器，其中处理器被配置用于得出深度信息和/或用于生成3D数据，意味着无线模块将传输少量数据。
在最优选的实施例中，处理器还被配置为压缩经处理的数据，使得无线模块从所述处理器接收压缩数据形式的经处理的数据，并以压缩数据的形式无线地传输经处理的数据。因此，在一些实施例中，FPGA处理器既处理数据又压缩数据。
根据本发明，无线模块从所述处理器接收经处理的数据并无线地传输经处理的数据。为了使无线模块从所述处理器接收经处理的数据，所述处理器必须被配置为将经处理的数据传输到无线模块。在一个实施例中，到无线模块的数据传输由所述处理器执行，优选地是包括精简指令集计算机(RISC)架构的中央处理单元(CPU)。例如，为了向无线模块传输数据，所述处理器可以是诸如基于32位或64位指令的高级RISC机器(ARM)处理器的形式。换言之，处理器可以包括ARM处理器。ARM处理器不同于FPGA处理器，并且这两种处理器为不同的任务而设计。因此，在最优选的实施例中，所述处理器包括FPGA处理器和ARM处理器。
然而，发明人已经意识到，在使用FPGA处理器和ARM处理器二者以及无线模块的无线扫描设备中，功率消耗很快，并且产生大量热量。
因此，在一实施例中希望进一步限制处理器和无线模块两者产生的热量并限制其消耗的功率。在一个实施例中，所述处理器和无线模块集成在芯片上的可编程系统(PSoC)中，使得所述芯片的第一部分适于具有硬件可编程性，并且所述芯片的第二部分适于具有软件可编程性，其中第一部分被配置为形成经处理的数据，并且其中第二部分被配置为将经处理的数据发送到无线模块。
换句话说，发明人已经意识到为了限制所述处理器和无线模块产生的热量和限制其消耗的功率，可以在扫描设备中实现PSoC，该PSoC能够执行由FPGA处理器和ARM处理器定义的任务。PSoC集成了基于ARM的处理器的软件可编程性和FPGA的硬件可编程性。
在相关实施例中，第一部分还被配置为形成压缩数据形式的经处理的数据。
示例1–无线扫描设备
图1示出了根据本发明的无线扫描设备1的示例。
用于提供用于对象的3D模型的数据的无线扫描设备1包括扫描外壳2，其包括：图像检测器3，其被配置为以第一2D帧速率获取2D图像；一个或多个处理器4，其联接到图像检测器3，这里是通过主印刷电路板(PCB)5，使得2D图像可以由所述处理器4处理以形成经处理的数据。扫描设备还包括联接到所述处理器的无线模块6，这里再次通过主PCB 5，使得无线模块6从所述处理器4接收经处理的数据并无线地传输经处理的数据，其中，经处理的数据是用于对象的3D模型的数据。此外，扫描设备1被配置为在以下两个预定义的扫描操作模式之间切换：标准模式，其中无线模块6以由所述处理器4定义的第一数据速率接收经处理的数据；以及非标准模式，其中无线模块6以由所述处理器4定义的第二数据速率接收经处理的数据。扫描设备1还包括联接到所述处理器4的电源单元7，这里再次通过主PCB 5。在该示例中，电源单元7是电池。因此，无线扫描设备是完全无线的并且不需要来自外部电源的电力。也如该示例中所示，这提供了手持扫描设备。此处所示的扫描设备还包括光源8，此处所示为通过扫描尖端9将光(以各种视场)投射到对象上。在该示例中，扫描设备被配置为口内扫描设备——扫描尖端9能够插入患者的嘴中，从而例如可以扫描牙齿。在扫描期间，扫描外壳2内的透镜10来回移动。
示例2–具有两个预定义的扫描操作模式的扫描设备中的发热
图2示出了具有两个预定义的扫描操作模式的扫描设备1中发热的示例。类似于图1所示的设备，扫描设备1被设置为完全无线的扫描设备1，即具有电池7。扫描设备被配置为在以下两个预定义的扫描操作模式之间切换：标准模式，其中无线模块以由所述处理器定义的第一数据速率接收经处理的数据；以及非标准模式，其中无线模块以由所述处理器定义的第二数据速率接收经处理的数据。
在标准模式中，在图2中称为扫描仪#1，无线模块6以由所述处理器4定义的第一数据速率接收经处理的数据。更具体地说，第一数据速率对应于处理以约每秒1800帧的有效2D帧速率提供给处理器4的2D图像。换句话说，一个或多个处理器被配置为以与由图像处理器提供的速率相同的速率处理数据，这里设置为以约每秒1800帧的速度操作。图1中提到的透镜10以10Hz(每秒20次扫动)来回移动。单次扫动等于一个3D图像。为了使处理器4处理3D扫描(由若干个2D图像组成)，必须装备(arm)图像检测器3上的触发器。这种装备是由运行在外部计算机上的数据服务连续完成的。换言之，图像检测器3上的触发器的装备定义了第一数据速率，在该示例中设置为每秒1800帧。因此，在该示例中，由所述处理器4定义的第一数据速率经由图像检测器3定义，其中图像检测器由在外部计算机上运行的外部处理器触发。
在非标准模式中，在图2中称为扫描仪#2，无线模块6以由所述处理器4定义的第二数据速率接收经处理的数据。更具体地说，第二数据速率对应于处理以低于第一2D帧速率的有效2D帧速率提供给处理器4的2D图像，由此第二数据速率变得低于第一数据速率。换句话说，一个或多个处理器被配置为以与由图像处理器提供的速率相同的速率处理数据，这里设置为以约每秒1350帧的速度操作。图1中提到的透镜10仍然以10Hz(每秒扫动20次)来回移动。对于标准模式，单次扫动等于一个3D图像。为了使处理器4处理3D扫描(由若干个2D图像组成)，与标准模式类似，必须在图像检测器3上装备触发器。与标准模式类似，这种装备是由运行在外部计算机上的数据服务连续完成的。换言之，图像检测器3上的触发器的装备定义了第二数据速率，在该示例中设置为每秒1350帧。因此，在该示例中，由所述处理器4定义的第二数据速率经由图像检测器3定义，其中图像检测器由在外部计算机上运行的外部处理器触发。
从这个示例可以推断出，第二数据速率被预定义为第一数据速率的75％。如上所述，装备仅在75％的时间发生。以此方式，图像检测器3被暂停或关闭。换句话说，并且关于透镜移动，图像检测器3每第四次扫动关闭，意味着整个扫动不被处理并发送到计算机。当图像检测器3关闭时，(一个或多个)处理器不对图像执行计算，并且当处理器不提供输出时，不向无线模块传送数据。如图2所示，这就是无线模块上随时间推移减少热量的原因。标准化扫描时间约为30分钟。扫描设备先以标准模式扫描，然后以非标准模式扫描，同时测量不同扫描仪组件的温度，然后在时间上对齐测量结果。
图2不仅显示了无线模块6的发热，还显示了其他不同内部扫描仪组件的发热。图2中显示的其他扫描仪组件是两个处理器，称为ARM处理器和FPGA处理器，它们都位于PCB上。
就所有组件的发热来说，可以看出，在两个预定义的模式下，WI-FI模块比ARM处理器发热量多，ARM处理器比FPGA处理器发热量多，FPGA处理器比PCB(印刷电路板)发热量多。
从图2中可以明显看出，与称为“扫描仪#1”的标准模式相比，非标准模式(称为“扫描仪#2”)的所有组件的发热要低得多。
换句话说，图2说明了通过在根据本发明的两个模式下操作扫描仪对所有组件的发热的影响。根据本发明描述的从标准模式到非标准模式的量化热影响是PCB和FPGA处理器的温度发展降低3.2％，以及ARM处理器和WI-FI模块的温度发展降低5.1％。
示例3–在具有两个预定义的扫描操作模式的扫描设备中的功耗
图3示出了具有两个预定义的扫描操作模式的扫描设备1中的功耗的示例。类似于图1所示的设备，扫描设备1被设置为完全无线的扫描设备1，即具有电池7。扫描设备被配置为在以下两个预定义的扫描操作模式之间切换：标准模式，其中无线模块以由所述处理器定义的第一数据速率接收经处理的数据；以及非标准模式，其中无线模块以由所述处理器定义的第二数据速率接收经处理的数据。
在图3中，左侧y轴显示了作为扫描时间(沿x轴)的函数的扫描仪的标准化功耗。两个扫描操作模式显示在图表中。红色点表示标准模式，称为“扫描仪#1”，并且蓝色数据点表示非标准模式，称为“扫描仪#2”。扫描设备先以标准模式扫描，再以非标准模式扫描，同时测量功耗，然后将测量结果在时间上对齐。从两个扫描模式的功率分布来看，这些模式开始时的功耗率相同，但在短时段之后，扫描仪#2通过功耗的突然下降影响功率分布，导致相对于扫描仪1#的平行位移。当处于非标准模式时的功耗比标准模式的功耗低16.7％。
在图3中，右侧y轴关于电池7提供的电压显示了电池的标准化功率水平。与标准模式相比，非标准模式下的电池寿命增加了15.5％。
示例4–具有两个预定义的扫描操作模式的扫描设备中的数据传输
图4示出了具有两个预定义的扫描操作模式的扫描设备1中的数据传输的示例。类似于图1所示的设备，扫描设备1被设置为完全无线的扫描设备1，即具有电池7。扫描设备被配置为在两个预定义的扫描操作模式之间切换：标准模式，其中无线模块以由所述处理器定义的第一数据速率接收经处理的数据；以及非标准模式，其中无线模块以由所述处理器定义的第二数据速率接收经处理的数据。
在图4中，左侧y轴显示了作为扫描时间(沿x轴)的函数的扫描仪中无线模块的标准化数据传输作。两个扫描操作模式显示在图表中。红色点表示标准模式，称为“扫描仪#1”，并且蓝色数据点表示非标准模式，称为“扫描仪#2”。扫描设备先以标准模式扫描，再以非标准模式扫描，同时测量数据传输，然后将测量结果在时间上对齐。从两个扫描模式的数据传输分布来看，这些模式以相同的数据传输速率开始，但在短时段之后，扫描仪#2通过传输的突然下降影响数据传输分布，导致相对于扫描仪#1的平行位移。当处于非标准模式下的数据传输比标准模式的数据传输低57.2％。
示例5–具有两个预定义的扫描操作模式的扫描设备
在该示例中，根据本发明的扫描设备被配置为在以下两个预定义的扫描操作模式之间切换：标准模式，其中无线模块以由所述处理器定义的第一数据速率接收经处理的数据；以及非标准模式，其中无线模块以由所述处理器定义的第二数据速率接收经处理的数据。本示例中描述的扫描设备包括在扫描期间来回移动的移动透镜10。
在聚焦透镜扫描期间，透镜10从其初始位置加速到其最高速度并在其停止在其结束位置时减速。随着透镜来回移动，这种移动重复。每次透镜10行进全长被称为“扫动(sweep)”。在聚焦透镜扫动期间，图像检测器3以例如1800帧每秒(fps)的恒定帧速率获取2D图像。这定义了第一数据速率。
当透镜以变化的速度行进时，图像密度，即每mm景深2D图像的数量不均匀。在扫动期间，在聚焦透镜结束位置附近的狭窄深度间隔内获取了相对大量的2D图像。
在这种情况下，可以通过丢弃聚焦透镜移动跨度的结束位置附近的2D图像来获得第二数据速率。这不会影响整体3D图像帧速率，但每次子扫描将包含略少的3D信息。
通过应用来自透镜位置系统的编码器反馈来控制图像检测器的软件，图像检测器在结束位置处被关闭，从而降低图像检测器、处理器和无线模块的占空比。
如果将聚焦透镜视为简谐振子，则在聚焦扫动长度的6％内获取超过20％的图像。因此，通过将聚焦扫动长度减少6％，图像检测器需要记录的图像减少20％，并且处理器需要处理的图像减少20％，从而无线模块接收更少的经处理的数据。
示例6–具有两个预定义的扫描操作模式的扫描设备
在该示例中，根据本发明的扫描设备被配置为在以下两个预定义的扫描操作模式之间切换：标准模式，其中无线模块以由所述处理器定义的第一数据速率接收经处理的数据；以及非标准模式，其中无线模块以由所述处理器定义的第二数据速率接收经处理的数据。扫描设备基于投射一序列的投射图案并通过一个或多个图像检测器捕获反射光来获取3D数据和/或颜色信息。
在该示例中，通过在用于生成3D帧的序列内改变投射图案的数量和/或每个图案的照明周期(曝光时间)来实现第二数据速率。
通过跳过一些编码图案来减少投射的图案数量，捕获序列的整个3D帧会变得更短，导致至少处理器的数据速率降低。
以下各项提供了更多详细信息。
项目：
1.一种用于提供用于对象的3D模型的数据的无线扫描设备，包括：
-扫描外壳，包括：
o图像检测器，其被配置为以第一2D帧速率获取2D图像；
o一个或多个处理器，其联接到图像检测器，使得2D图像能够被所述处理器处理以形成经处理的数据；
o无线模块，其联接到所述处理器，使得无线模块从所述处理器接收经处理的数据并无线地传输经处理的数据，
其中，经处理的数据是对象的3D模型的数据，
其中，扫描设备被配置为在以下两个预定义的扫描操作模式之间切换：
o标准模式，其中无线模块以由所述处理器定义的第一数据速率接收经处理的数据；和
o非标准模式，其中无线模块以由所述处理器定义的第二数据速率接收经处理的数据。
2.根据第1项的无线扫描设备，其中通过将第一2D帧速率切换到第二2D帧速率来提供非标准模式，其中第二2D帧速率变得低于第一2D帧速率，由此第二数据速率变得低于第一数据速率，从而将非标准模式定义为无线节流模式。
3.根据第1项的无线扫描设备，其中通过保持第一2D帧速率并关闭图像检测器特定时间来提供非标准模式，由此第二数据速率变得低于第一数据速率，从而将非标准模式定义为无线节流模式。
4.根据第1项的无线扫描设备，其中通过保持第一2D帧速率并降低图像检测器的空间分辨率特定时间来提供非标准模式，由此第二数据速率得到低于第一数据速率，从而将非标准模式定义为无线节流模式。
5.根据第1项的无线扫描设备，其中通过保持第一2D帧速率并关闭无线模块特定时间来提供非标准模式，由此无线模块以由所述处理器定义的第二数据速率接收经处理的数据，从而将非标准模式定义为无线节流模式。
6.根据第1项的无线扫描设备，其中通过保持第一2D帧速率并将经处理的数据引导到另一模块特定时间来提供非标准模式，由此无线模块以由所述处理器定义的第二数据速率接收经处理的数据，从而将非标准模式定义为无线节流模式。
7.根据前述项目中任一项的无线扫描设备，其中第一数据速率和/或第二数据速率对应于处理以有效2D帧速率提供给处理器的2D图像，该有效2D帧速率在每秒1000和5000帧之间，优选地在每秒1500和2500帧之间，优选地在每秒1700和1900帧之间，最优选地约每秒1800帧。
8.根据前述项目中任一项的无线扫描设备，其中第二数据速率小于第一数据速率的90％，优选地小于第一数据速率的80％，更优选地约为第一数据速率的75％。
9.根据前述项目中任一项的无线扫描设备，其中经处理的数据是3D数据的形式，使得当处于标准模式时，所述处理器以第一数据速率生成3D数据，并且当处于非标准模式时，所述处理器以第二数据速率生成3D数据。
10.根据第1项的无线扫描设备，其中通过将第一2D帧速率切换到第二2D帧速率来提供非标准模式，其中第二2D帧速率变得高于第一2D帧速率，由此第二数据速率变得高于第一数据速率，从而将非标准模式定义为无线超模式。
11.根据前述项目中任一项的无线扫描设备，其中在至少两个预定义的操作模式之间的所述切换是基于所述处理器和/或联接到所述处理器的一部分的条件。
12.根据第11项的无线扫描设备，其中所述条件是温度相对于预定义温度的量度。
13.根据第12项的无线扫描设备，其中温度与所述处理器相关，和/或与无线模块相关，和/或与扫描外壳相关，和/或与电源单元相关，和/或与光源相关。
14.根据第12项的无线扫描设备，其中所述条件被定义为这样一种情况，其中温度相对于预定义温度的度量定义了温度的度量超过预定义温度，其中预定义温度是阈值。
15.根据第12项的无线扫描设备，其中所述阈值大于60度，优选地大于70度，更优选约为78度。
16.根据第11项的无线扫描设备，其中所述条件是电源单元的功率水平相对于预定义功率水平的量度。
17.根据第16项的无线扫描设备，其中功率水平是绝对量度和/或功率水平关于时间的一阶导数，和/或功率水平关于时间的二阶导数时间。
18.根据第11项的无线扫描设备，其中所述条件基于由所述处理器接收的2D图像。
19.根据第11项的无线扫描设备，其中所述一个或多个处理器被配置为提供所述处理器的条件。
20.根据第11项的无线扫描设备，其中一个或多个外部处理器被配置为提供所述处理器的条件。
21.根据第11项的无线扫描设备，其中所述扫描设备还包括被配置为提供所述条件的传感器。
22.根据前述项目中任一项的无线扫描设备，其中，所述扫描设备还被配置为使得当处于标准模式时，所述无线模块以第一数据速率传输经处理的数据，并且当处于非标准模式时，无线模块以第二数据速率传输经处理的数据。
23.根据前述项目中任一项的无线扫描设备，其中所述处理器和无线模块被集成在芯片上的可编程系统中，使得所述芯片的第一部分适于具有硬件可编程性，而所述芯片的第二部分适于具有软件可编程性，其中第一部分被配置为形成经处理的数据，并且其中第二部分被配置为将经处理的数据发送到无线模块。
24.根据第22项的无线扫描设备，其中，所述第一部分还被配置为形成压缩数据形式的经处理的数据。
25.根据前述项目中任一项的无线扫描设备，其中所述扫描设备是口内扫描设备和/或耳内扫描设备。

Claims (13)

1.一种用于提供用于对象的3D模型的数据的无线扫描设备，包括：
-扫描外壳，所述扫描外壳包括：
o图像检测器，所述图像检测器被配置为以第一2D帧速率获取2D图像；
o一个或多个处理器，所述一个或多个处理器联接到所述图像检测器，使得所述2D图像能够由所述处理器处理以形成经处理的数据；
o无线模块，所述无线模块联接到所述处理器，使得所述无线模块从所述处理器接收经处理的数据并无线地传输经处理的数据，
其中，所述经处理的数据是用于对象的3D模型的数据，
其中，所述扫描设备被配置为在以下两个预定义的扫描操作模式之间切换：
o标准模式，其中，所述无线模块以由所述处理器定义的第一数据速率接收经处理的数据；和
o非标准模式，其中，所述无线模块以由所述处理器定义的第二数据速率接收经处理的数据，
其中，所述非标准模式是通过保持所述第一2D帧速率并关闭所述图像检测器特定时间来提供的，由此第二数据速率变得低于第一数据速率，从而将所述非标准模式定义为无线节流模式。
2.根据权利要求1所述的无线扫描设备，其中，通过将所述第一2D帧速率切换到第二2D帧速率来提供所述非标准模式，其中，所述第二2D帧速率变得低于所述第一2D帧速率，由此，所述第二数据速率变得低于所述第一数据速率，从而将所述非标准模式定义为无线节流模式。
3.根据权利要求1所述的无线扫描设备，其中，通过保持所述第一2D帧速率并降低所述图像检测器的空间分辨率特定时间来提供所述非标准模式，由此，所述第二数据速率得到低于所述第一数据速率，从而将所述非标准模式定义为无线节流模式。
4.根据前述权利要求中任一项所述的无线扫描设备，其中，所述第一数据速率和/或所述第二数据速率对应于处理以有效2D帧速率提供给所述处理器的2D图像，所述有效2D帧速率在每秒1000和5000帧之间，优选地在每秒1500和2500帧之间，优选地在每秒1700和1900帧之间，最优选地约每秒1800帧。
5.根据前述权利要求中任一项所述的无线扫描设备，其中，所述第二数据速率小于所述第一数据速率的90％，优选地小于所述第一数据速率的80％，更优选地约为所述第一数据速率的75％。
6.根据前述权利要求中任一项所述的无线扫描设备，其中，所述经处理的数据是3D数据的形式，使得当处于所述标准模式时，所述处理器以所述第一数据速率生成3D数据，并且当处于所述非标准模式时，所述处理器以所述第二数据速率生成3D数据。
7.根据前述权利要求中任一项所述的无线扫描设备，其中，在至少两个预定义的操作模式之间的所述切换是基于所述处理器和/或联接到所述处理器的一部分的条件。
8.根据权利要求7所述的无线扫描设备，其中，所述条件是温度相对于预定义温度的量度。
9.根据权利要求7所述的无线扫描设备，其中，所述条件基于由所述处理器接收的所述2D图像。
10.根据前述权利要求中任一项所述的无线扫描设备，其中，所述扫描设备还被配置为使得当处于所述标准模式时，所述无线模块以所述第一数据速率传输所述经处理的数据，并且当处于所述非标准模式时，所述无线模块以所述第二数据速率传输所述经处理的数据。
11.根据前述权利要求中任一项所述的无线扫描设备，其中，所述处理器和无线模块集成在芯片上的可编程系统中，使得所述芯片的第一部分适于具有硬件可编程性，并且所述芯片的第二部分适于具有软件可编程性，其中，所述第一部分被配置为形成所述经处理的数据，并且其中，所述第二部分被配置为将所述经处理的数据发送到所述无线模块。
12.根据权利要求所述的无线扫描设备，其中，所述第一部分还被配置为以压缩数据的形式形成经处理的数据。
13.根据前述权利要求中任一项所述的无线扫描设备，其中，所述扫描设备是口内扫描设备和/或耳内扫描设备。
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