文章来源：“爱光学”公众号

中北大学/南京理工大学陈钱教授、南京理工大学左超教授课题组提出了一种简单、稳健的自适应条纹投影方法，该方法能够准确测量生物组织高亮表面，并最终重建出完整、高精度的三维轮廓。相关成果发表于《激光与光电子学进展》。

背景

结构光条纹投影法是非接触式光学测量方法中的典型技术之一。在测量高反射区域时常出现过曝光现象，导致测量精度下降。为解决这一难题，学术界提出了多种方法，如借助空间光调制器件、采用多重曝光技术等，但这些方法通常操作复杂、计算量大。因此，基于简易系统开发简便高效的测量方法，特别是针对光照环境复杂的三维测量，仍是当前研究的热点和挑战。

原理

在三维测量中，针对高反射区域的过曝光问题，研究人员提出了一种自适应投影方法。该方法首先投影一幅均匀图案至样品表面，相机采集对应的图像，并设定灰度饱和阈值以标记过曝光区域；通过连通域分析和微分算子提取，生成过曝光区域的边界掩码。然后，将相机坐标系下的过曝光边界映射到投影仪像素坐标系，考虑到相机和投影仪分辨率的差异，采用最近邻插值处理，确保坐标对应关系。在此基础上，逐级迭代降低投影空间掩码区域内的投影强度，重新生成调整后的最大输入灰度图和条纹图。迭代过程持续进行，直至采集的最大输入灰度图中无过曝光区域，满足迭代终止条件。通过上述自适应迭代方法，可有效解决高反射区域的过曝光问题，提高三维测量的精度和可靠性。

图1 最大输入灰度图迭代调整的过程示意图

应用

3.1 针对高动态生物组织样品的完整三维测量

在对鱼泡组织进行三维测量时，传统测量方法将导致样品中央出现明显的三维信息缺失现象。通过迭代自适应投影过程，逐步调整投影图案，采集相应的高频条纹图，并进行三维重建，最终有效解决了过曝光问题，完整获取了鱼泡组织的三维信息。

表1 鱼泡组织迭代自适应投影重建过程

3.2解决远程医疗场景下的病理组织切片难题

此次团队与江丰生物合作旨在解决远程医疗场景下的病理组织切片难题。基于该工作中提出的系列方法，结合医疗应用场景需求；进一步新研制了一种大视场3D测量系统，以应对体积较大的病理组织样本。专家通过远程平台界面的视频流进行标记线的绘制来交互，同时现场通过投影模组将标记线等交互信息直接显示在样品表面，从而实现身临其境、位置准确的远程交互指导。

图2 大视场病理组织3D传感系统(a)系统的3D建模；(b)针对猪心样品的彩色3D重建；(c) 针对不同生物样品纹理特征的反向交互指导功能

展望

团队将结构光技术应用于病理组织样品的三维成像中，实现了样品的全方位高精度三维成像；创新性地提出了一种反向投影取材交互方法，在远程病理诊断平台的基础上实现现场样本表面智能交互光学标记，完成智能辅助指导切片操作。这有望解决远程病理组织取材难题，并最终以全新的交互内容与形式将多年病理领域的经验与专家资源有效整合。此外，内镜医师、病理医师都能直观的了解标本病变的位置、范围、深度、距离各切缘的位置等，极大提高病理诊断的精确性，在数字病理组织三维成像及远程医疗等领域中具有广泛的潜在应用前景。将来有望携手江丰生物为中国甚至全球病理医生，在远程病理平台上提供无时空限制的数字切片诊断交流、疑难病例讨论、专家数字切片解读、病理远程教学服务。

课题组介绍

南京理工大学智能计算成像实验室（SCILab）由陈钱教授和左超教授领衔，致力于研发新一代计算成像技术，已在多领域取得显著成果。

作者介绍

主要作者包括南京理工大学硕士研究生卫自强和副教授胡岩，以及教育部长江学者、国际光学工程学会会士左超教授。

上海芬创信息科技有限公司作为一家专注于光学技术创新与应用的高科技企业，始终致力于推动光学领域的技术进步与产业升级。公司拥有一支由行业专家和资深工程师组成的研发团队，凭借深厚的技术积累和丰富的实践经验，为国内外客户提供优质的产品和服务。芬创科技与多家科研机构及高校保持着紧密的合作关系，共同探索光学技术的新边界，为光学行业的发展贡献着智慧与力量。