文章來源：“愛光學”公眾(zhong) 號

中北大學/南京理工大學陳錢教授、南京理工大學左超教授課題組提出了一種簡單、穩健的自適應條紋投影方法，該方法能夠準確測量生物組織高亮表麵，並最終重建出完整、高精度的三維輪廓。相關(guan) 成果發表於(yu) 《激光與(yu) 光電子學進展》。

背景

結構光條紋投影法是非接觸式光學測量方法中的典型技術之一。在測量高反射區域時常出現過曝光現象，導致測量精度下降。為(wei) 解決(jue) 這一難題，學術界提出了多種方法，如借助空間光調製器件、采用多重曝光技術等，但這些方法通常操作複雜、計算量大。因此，基於(yu) 簡易係統開發簡便高效的測量方法，特別是針對光照環境複雜的三維測量，仍是當前研究的熱點和挑戰。

原理

在三維測量中，針對高反射區域的過曝光問題，研究人員提出了一種自適應投影方法。該方法首先投影一幅均勻圖案至樣品表麵，相機采集對應的圖像，並設定灰度飽和閾值以標記過曝光區域；通過連通域分析和微分算子提取，生成過曝光區域的邊界掩碼。然後，將相機坐標係下的過曝光邊界映射到投影儀(yi) 像素坐標係，考慮到相機和投影儀(yi) 分辨率的差異，采用最近鄰插值處理，確保坐標對應關(guan) 係。在此基礎上，逐級迭代降低投影空間掩碼區域內(nei) 的投影強度，重新生成調整後的最大輸入灰度圖和條紋圖。迭代過程持續進行，直至采集的最大輸入灰度圖中無過曝光區域，滿足迭代終止條件。通過上述自適應迭代方法，可有效解決(jue) 高反射區域的過曝光問題，提高三維測量的精度和可靠性。

圖1 最大輸入灰度圖迭代調整的過程示意圖

應用

3.1 針對高動態生物組織樣品的完整三維測量

在對魚泡組織進行三維測量時，傳(chuan) 統測量方法將導致樣品中央出現明顯的三維信息缺失現象。通過迭代自適應投影過程，逐步調整投影圖案，采集相應的高頻條紋圖，並進行三維重建，最終有效解決(jue) 了過曝光問題，完整獲取了魚泡組織的三維信息。

表1 魚泡組織迭代自適應投影重建過程

3.2解決(jue) 遠程醫療場景下的病理組織切片難題

此次團隊與(yu) 江豐(feng) 生物合作旨在解決(jue) 遠程醫療場景下的病理組織切片難題。基於(yu) 該工作中提出的係列方法，結合醫療應用場景需求；進一步新研製了一種大視場3D測量係統，以應對體(ti) 積較大的病理組織樣本。專(zhuan) 家通過遠程平台界麵的視頻流進行標記線的繪製來交互，同時現場通過投影模組將標記線等交互信息直接顯示在樣品表麵，從(cong) 而實現身臨(lin) 其境、位置準確的遠程交互指導。

圖2 大視場病理組織3D傳(chuan) 感係統(a)係統的3D建模；(b)針對豬心樣品的彩色3D重建；(c) 針對不同生物樣品紋理特征的反向交互指導功能

展望

團隊將結構光技術應用於(yu) 病理組織樣品的三維成像中，實現了樣品的全方位高精度三維成像；創新性地提出了一種反向投影取材交互方法，在遠程病理診斷平台的基礎上實現現場樣本表麵智能交互光學標記，完成智能輔助指導切片操作。這有望解決(jue) 遠程病理組織取材難題，並最終以全新的交互內(nei) 容與(yu) 形式將多年病理領域的經驗與(yu) 專(zhuan) 家資源有效整合。此外，內(nei) 鏡醫師、病理醫師都能直觀的了解標本病變的位置、範圍、深度、距離各切緣的位置等，極大提高病理診斷的精確性，在數字病理組織三維成像及遠程醫療等領域中具有廣泛的潛在應用前景。將來有望攜手江豐(feng) 生物為(wei) 中國甚至全球病理醫生，在遠程病理平台上提供無時空限製的數字切片診斷交流、疑難病例討論、專(zhuan) 家數字切片解讀、病理遠程教學服務。

課題組介紹

南京理工大學智能計算成像實驗室（SCILab）由陳錢教授和左超教授領銜，致力於(yu) 研發新一代計算成像技術，已在多領域取得顯著成果。

作者介紹

主要作者包括南京理工大學碩士研究生衛自強和副教授胡岩，以及教育部長江學者、國際光學工程學會(hui) 會(hui) 士左超教授。

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