CN114858421B - 一种手术无影灯照度参数测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及照度参数测试技术领域，具体为一种手术无影灯照度参数测试方法，测试时手术无影灯呈正常使用状态放在工作台一旁，亮度计设置在手术无影灯一侧，漫反射白板放置在工作台台面上，开启手术无影灯照射漫反射白板，使手术无影灯光斑位于漫反射白板上，用亮度计拍摄工作台面上的漫反射白板得到漫反射白板的亮度分布图像，获得图像中最大反射亮度点位和每一个规定点位的漫反射亮度值，再根据漫反射亮度和照度的关系公式获得手术无影灯光斑的照度值，进而得到手术无影灯光斑的各项照度参数，本发明的测试装置简单，无需特制的辅助装置，测试方法可保证照度量值的准确性和重复性，同时可避免单点测试时间不一致带来的固有误差。
Description
技术领域
本发明涉及照度参数测试技术领域，具体涉及一种手术无影灯照度参数测试方法。
背景技术
手术无影灯是医院手术室重要设备之一，其照度等性能好坏将关乎手术质量和病人健康，因此国际、国内都颁布了相关质量检验标准，如国际标准（IEC60601-2-41）和国内标准（YY9706.241）,然而目前在进行手术无影灯照度检测时，并无较精确先进的相关检测装置，一些简陋的检测装置和方法无法保证检测结果的精确性和检测条件的重复性，不利于提高产品质量和新产品研发。
目前较多采用的检测方法是将手术无影灯的灯头安放在一个支架上，在灯头发光面下方的水平面上，通过不断移动照度计来寻找最大照度点，定为中心照度，然后以中心照度点为基点，沿不同的方向移动照度计并记录照度读数的变化，由此测得各照度特性参数。这种方法存在以下不足，第一，由于灯头固定方法的局限性，不能精确地实现灯头的光轴与照度计探头表面相垂直；第二，照度计探头在水平面上沿各方向的位移量或转角量的度量不够精确，位置重复性也较难控制；第三，照度计探头的移动和示数读取时不可避免的人员遮挡都会对照度参数的准确性产生影响；第四，照度计探头的移动定位和示数读取都需要时间，每一个点位的照度值都不是同一时间完成的，测试时间间隔内灯头的光衰不可避免的影响最终结果的准确性。这些不足均影响检测工作的效率和精度。目前，针对这些不足的技术改进，均集中在灯头固定夹具的方便调节和照度计夹具高精度定位上，甚至还采用了无线照度计可远程读取的方式来避免读数时因操作人员遮挡造成的误差。这些技术改进都只能减小测试误差，无法避免误差的产生。
发明内容
为解决背景技术中存在的问题，本发明提出了一种手术无影灯照度参数测试方法，包括以下步骤：
步骤1、在光学暗室内进行测试，将手术无影灯按正常使用状态放置到工作台一旁，开启手术无影灯，使手术无影灯光斑照射在工作台台面上，在工作台台面被光斑照射的位置放置漫反射白板，且漫反射白板的尺寸大于手术无影灯光斑的尺寸，使漫反射白板与手术无影灯发光面距离为1000mm；
步骤2、启动亮度计拍摄工作台台面，获得亮度计视野内亮度分布图像，亮度计拍摄的范围大于等于漫反射白板的大小；
步骤3、处理亮度计视野内亮度分布图像，在亮度计视野内亮度分布图像内选取评估区域，评估区域为漫反射白板亮度分布图像，在评估区域中均匀设置多个圆形参考点，参考点直径为1cm，获得漫反射白板亮度分布图像中每一参考点的漫反射亮度值；
步骤4、根据所获得的漫反射亮度值并结合漫反射亮度和照度的关系公式E=πL/ρ，获得手术无影灯光斑的中心照度Ec和光斑分布直径d50或d10，上述公式中L为漫反射亮度，E为照度，π为常数，ρ为白板漫反射率。
优选的，所述手术无影灯的中心照度Ec是指距离手术无影灯1000mm处光斑内的最大照度，手术无影灯中心照度Ec计算方法为：获得漫反射白板亮度分布图像中每一参考点的漫反射亮度L，找出评估区域中最大亮度参考点，最大亮度参考点即为中心照度点，根据漫反射亮度L和照度E的关系公式E=πL/ρ，由最大亮度参考点的漫反射亮度值Lmax可计算得出手术无影灯中心照度Ec值，即Ec=πLmax/ρ；
所述手术无影灯的光斑分布直径是指以中心照度点为圆心的圆的直径，且圆边缘照度达到中心照度Ec的50%或10%，其中手术无影灯的光斑分布直径d50是指圆边缘照度达到中心照度Ec的50%，手术无影灯的光斑分布直径d10是指圆边缘照度达到中心照度Ec的10%；确定光斑分布直径时，需找到8个方向上照度达到中心照度Ec 50%的8个位置点，或8个方向上照度达到中心照度Ec 10%的8个位置点，通过所找出的8个位置点得到4条直径值，再计算4条直径的平均值，得出光斑分布直径d50或d10。
优选的，所述手术无影灯光斑分布直径d50或d10计算方法为：根据漫反射亮度L和照度E的关系式E=πL/ρ，由于式中π和ρ均为常数，所以漫反射亮度L和照度E成正比，根据获得的漫反射白板亮度分布图像中每一参考点的漫反射亮度值，以中心照度点为圆心，找到8个方向上反射亮度达到最大反射亮度50%的8个参考点，所述8个参考点分为两两相对的四组，相对的两个参考点呈180°且所述相对的两个参考点连线经过中心照度点，相邻两个参考点夹角呈45°，由于漫反射亮度L和照度E成正比，所以所述8个参考点即照度达到中心照度Ec 50%的参考点，获得相对两个方向上的两个参考点间的距离，得到4个距离值，所获得的距离值为各距离在图像中的尺寸，根据漫反射白板的实际尺寸与漫反射白板亮度分布图像图像尺寸的比值，按比例得出4个距离值的实际尺寸，再取平均计算即得出光斑分布直径d50，同理，找到8个方向上反射亮度达到最大反射亮度10%的8个位置点，按上述方法得出光斑分布直径d10 。
优选的，所述亮度计设置在工作台上方，所述漫反射白板放置在工作台台面上，所述工作台为可升降工作台，所述台面表面喷涂有黑色哑光漆，亮度计设置在手术无影灯的一侧，且亮度计的视野范围大于漫反射白板的尺寸；
所述光斑即手术无影灯照明区域，漫反射白板基层为金属材料，漫反射白板表面设有硫酸钡漫反射涂层。
优选的，所述亮度计为带有镜头的高精度二维成像式亮度计。
本发明具有以下有益效果：
1、 本发明的测试方法所使用的装置简单，不需要制作灯头的专用夹具，手术无影灯正常使用状态照射漫反射白板即可，测试方便，测试前和测试中无需进行繁琐的装置准备工作和操作。
2、 本发明的测试方法为亮度测试，标准漫反射白板的亮度与测试距离和测试角度无关，手持亮度计或三脚架固定亮度计均可完成测试，不需要制作高精度的二维机械平移装置固定照度计探头，用来保证照度量值的准确性和重复性。
3、 亮度计测试可在毫秒量级完成，保证亮度分布图像中每一参考点的亮度值是在同一时间完成采集的，避免了照度计单点测试的时间不一致带来的固有误差。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的漫反射白板俯视示意图；
图3是本发明的漫反射白板侧面示意图；
图4是本发明的亮度计视野内亮度分布图像示意图；
图5是参考点设置示意图；
图6是参考点参数结果确认示意图。
图中标号：1-手术无影灯、2-亮度计、21-镜头、3-漫反射白板、31-硫酸钡漫反射涂层、4-工作台、5-亮度计视野内亮度分布图像、51-漫反射白板亮度分布图像。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更为清楚、明白，以下结合附图说明和实施例，对本发明作进一步的详细说明，应当了解，所给出的实施例仅仅为实现方式的一种，并不代表所有实施例。
结合图1-图6，一种手术无影灯照度参数测试方法，包括以下步骤：
步骤1、在光学暗室内进行测试，将手术无影灯1按正常使用状态放置到工作台4一旁，开启手术无影灯1，使手术无影灯1光斑照射在工作台4台面上，在工作台4台面被光斑照射的位置放置漫反射白板3，且漫反射白板3的尺寸大于手术无影灯光斑的尺寸，使漫反射白板3与手术无影灯1发光面距离为1000mm；
步骤2、启动亮度计2拍摄工作台4台面，获得亮度计视野内亮度分布图像5，得到分布图像5中各点的漫反射亮度L，亮度计2拍摄的范围大于等于漫反射白板3的大小，标准漫反射白板3的亮度与测试距离和测试角度无关，亮度计2的设置无需特殊的专用装置，手持亮度计2或三脚架固定亮度计2均可完成测试；
步骤3、处理亮度计视野内亮度分布图像5，如采用与亮度计匹配的亮度计测试软件，亮度计测试软件安装在计算机上，亮度计2可采用无线或有线的方式与计算机连接，将所拍摄的图像传送至计算机上的亮度计测试软件中，通过亮度计测试软件处理亮度计视野内亮度分布图像5，在亮度计视野内亮度分布图像5内选取评估区域，评估区域为漫反射白板亮度分布图像51，在评估区域中均匀设置多个圆形参考点，设定参考点直径为1cm，最大不超过2cm，其中图5为利用亮度计测试软件设置参考点的界面示意图，点击确认结果后，亮度计测试软件显示漫反射白板亮度分布图像51中每一参考点的漫反射亮度值，图6为亮度计测试软件确认参考点参数结果的界面示意图；
步骤4、根据所获得的漫反射亮度值并结合漫反射亮度和照度的关系公式E=πL/ρ，获得手术无影灯光斑的中心照度Ec和光斑分布直径d50或d10，上述公式中L为漫反射亮度，E为照度，π为常数，ρ为白板漫反射率。
其中亮度计测试软件分析图像的过程在计算机上实现，无需连接亮度计2，更无需在光学暗室内进行，保存的亮度计视野内亮度分布图像5就是原始记录，可随时进行处理计算，不受时间和地点的限制。
具体的，所述手术无影灯1的中心照度Ec是指距离手术无影灯1一千毫米（1000mm）处光斑内的最大照度，手术无影灯1中心照度Ec计算方法为：通过亮度计测试软件显示的漫反射白板亮度分布图像51中每一点的漫反射亮度值，找出评估区域中最大亮度参考点，最大亮度参考点即为中心照度点，根据漫反射亮度L和照度E的关系公式E=πL/ρ，由最大亮度点的亮度值Lmax可计算得出手术无影灯1中心照度值Ec，即Ec=πLmax/ρ；
所述手术无影灯1的光斑分布直径是指以中心照度点为圆心的圆的直径，且圆边缘照度达到中心照度Ec的50%或10%，其中手术无影灯1的光斑分布直径d50是指圆边缘照度达到中心照度Ec的50%，手术无影灯1的光斑分布直径d10是指圆边缘照度达到中心照度Ec的10%；确定光斑分布直径时，需找到8个方向上照度达到中心照度Ec 50%的8个参考点，或8个方向上照度达到中心照度Ec 10%的8个参考点，通过所找出的8个参考点得到4条直径值，再计算4条直径的平均值，得出光斑分布直径d50或d10。
具体的，所述手术无影灯1光斑分布直径d50或d10计算方法为：根据漫反射亮度L和照度E的关系式E=πL/ρ，由于式中π和ρ均为常数，所以漫反射亮度L和照度E成正比，通过亮度计测试软件显示的漫反射白板亮度分布图像51中每一参考点的漫反射亮度值，以中心照度点为圆心，找到8个方向上反射亮度达到最大反射亮度50%的8个参考点，所述8个参考点分为两两相对的四组，相对的两个参考点呈180°且所述相对的两个参考点连线经过中心照度点，相邻两个参考点的夹角呈45°，如图3中的 8个参考点①、②、③、④、⑤、⑥、⑦、⑧，由于漫反射亮度L和照度E成正比，所以所述8个参考点即照度达到中心照度Ec 50%的参考点，通过亮度计测试软件获得相对两个方向上的两个参考点间的距离，得到4个距离值，即①⑤之间的距离d1、②⑥之间的距离d2、③⑦之间的距离d3和④⑧之间的距离d4，所获得的距离值为各距离在图像中的尺寸，根据漫反射白板3的实际尺寸与漫反射白板亮度分布图像51图像尺寸的比值，按比例得出d1、d2、d3和d4的实际尺寸，再取平均计算得出光斑分布直径d50，同理，找到8个方向上亮度达到最大亮度10%的8个参考点，按上述方法得出光斑分布直径d10。
具体的，所述亮度计2设置在工作台4上方，所述漫反射白板3放置在工作台4台面上，亮度计设置在手术无影灯1的一侧，且亮度计2的视野范围大于漫反射白板3的尺寸；
所述工作台4为可升降工作台，工作台4的升降可通过丝杠螺母传动机构来实现，升降结构不局限于此种方式，根据需要进行选择设置即可，在采用不同高度型号的手术无影灯1时，可通过调节工作台4的高度来调整手术无影灯1发光面与漫反射白板3的测试距离，使漫反射白板3与手术无影灯1发光面距离为1000mm，提高测试的灵活性，工作台4台面采用光滑度较低的材质最宜，如木质台面，所述台面表面喷涂有黑色哑光漆，黑色哑光漆和光滑度低的台面可减少杂散光对测试的影响；
所述光斑即手术无影灯1的照明区域，常规的手术无影灯1光斑尺寸在300mm左右，优选边长为600mm的正方形漫反射白板3，满足测试要求且使用方便，当光斑过大或过小时，可根据需求选择合适尺寸的漫反射白板3，漫反射白板3基层为金属材料，使漫反射白板3不易变形，且反射涂层不易掉落，所述金属材料无特殊要求，采用常规的可制作漫反射白板3的金属材料即可，漫反射白板3表面设有硫酸钡漫反射涂层31，硫酸钡反射涂层31反射率高且光谱选择性小，漫反射白板的漫反射率优选98%，漫反射率高可提高参数测试的精度。
具体的，所述亮度计2为带有镜头21的高精度二维成像式亮度计，镜头21焦距可调节，利用亮度计2拍摄成像时可通过调节镜头21焦距调整视野，镜头21种类可视需要选择，当漫反射白板3太大常规镜头视野无法覆盖时，可选用广角镜头进行视野调整。
需要了解的是，其中亮度测试软件为亮度计自带的软件，集测试和图像处理于一体，能够利用镜头和亮度计的校准数据，直观显示出图像中评估区域内所有测量点的点位和反射亮度值，测试人员根据亮度计测试软件处理图像后显示的测量点数据，选择需要的测量点的数据并进行相关计算即可。
以上实施方式只是阐述了本发明的基本原理和特性，但不受上述实施方式限制，应当明白，对于本领域的普通技术人员来说，可以在不脱离本发明精神和范围的前提下，对本发明进行各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种手术无影灯照度参数测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在光学暗室内进行测试，将手术无影灯（1）按正常使用状态放置到工作台（4）一旁，开启手术无影灯（1），使手术无影灯（1）光斑照射在工作台（4）台面上，在工作台（4）台面被光斑照射的位置放置漫反射白板（3），且漫反射白板（3）的尺寸大于手术无影灯（1）光斑的尺寸，使漫反射白板（3）与手术无影灯（1）发光面距离为1000mm；
步骤2、启动亮度计（2）拍摄工作台（4）台面，获得亮度计视野内亮度分布图像（5），亮度计（2）拍摄的范围大于等于漫反射白板（3）的大小；
步骤3、处理亮度计视野内亮度分布图像（5），采用与亮度计（2）匹配的亮度计测试软件，亮度计测试软件安装在计算机上，亮度计（2）采用无线或有线的方式与计算机连接，将所拍摄的图像传送至计算机上的亮度计测试软件中，通过亮度计测试软件处理亮度计视野内亮度分布图像（5），在亮度计视野内亮度分布图像（5）内选取评估区域，评估区域为漫反射白板亮度分布图像（51），在评估区域中均匀设置多个圆形参考点，参考点直径为1cm，获得漫反射白板亮度分布图像（51）中每一参考点的漫反射亮度值；
步骤4、根据所获得的漫反射亮度值并结合漫反射亮度和照度的关系公式E=πL/ρ，获得手术无影灯（1）光斑的中心照度Ec和光斑分布直径d50或d10，上述公式中L为漫反射亮度，E为照度，π为常数，ρ为白板漫反射率；
所述手术无影灯（1）的中心照度Ec是指距离手术无影灯（1）1000mm处光斑内的最大照度，手术无影灯（1）中心照度Ec计算方法为：获得漫反射白板亮度分布图像（51）中每一参考点的漫反射亮度L，找出评估区域中最大亮度参考点，最大亮度参考点即为中心照度点，根据漫反射亮度L和照度E的关系公式E=πL/ρ，由最大亮度参考点的漫反射亮度值Lmax可计算得出手术无影灯中心照度Ec值，即Ec=πLmax/ρ；
所述手术无影灯（1）的光斑分布直径是指以中心照度点为圆心的圆的直径，且圆边缘照度达到中心照度Ec的50%或10%，其中手术无影灯（1）的光斑分布直径d50是指圆边缘照度达到中心照度Ec的50%，手术无影灯（1）的光斑分布直径d10是指圆边缘照度达到中心照度Ec的10%；确定光斑分布直径时，需找到8个方向上照度达到中心照度Ec 50%的8个位置点，或8个方向上照度达到中心照度Ec 10%的8个位置点，通过所找出的8个位置点得到4条直径值，再计算4条直径的平均值，得出光斑分布直径d50或d10；
所述手术无影灯（1）光斑分布直径d50或d10计算方法为：根据漫反射亮度L和照度E的关系式E=πL/ρ，由于式中π和ρ均为常数，所以漫反射亮度L和照度E成正比，根据获得的漫反射白板亮度分布图像（51）中每一参考点的漫反射亮度值，以中心照度点为圆心，找到8个方向上反射亮度达到最大反射亮度50%的8个参考点，所述8个参考点分为两两相对的四组，相对的两个参考点呈180°且所述相对的两个参考点连线经过中心照度点，相邻两个参考点夹角呈45°，由于漫反射亮度L和照度E成正比，所以所述8个参考点即照度达到中心照度Ec 50%的参考点，获得相对两个方向上的两个参考点间的距离，得到4个距离值，所获得的距离值为各距离在图像中的尺寸，根据漫反射白板（3）的实际尺寸与漫反射白板亮度分布图像（51）图像尺寸的比值，按比例得出4个距离值的实际尺寸，再取平均计算即得出光斑分布直径d50，同理，找到8个方向上反射亮度达到最大反射亮度10%的8个位置点，按上述方法得出光斑分布直径d10 。
2.根据权利要求1所述的一种手术无影灯照度参数测试方法，其特征在于：所述亮度计（2）设置在工作台（4）上方，所述漫反射白板（3）放置在工作台（4）台面上，所述工作台（4）为可升降工作台，所述台面表面喷涂有黑色哑光漆，亮度计设置在手术无影灯（1）的一侧，且亮度计（2）的视野范围大于漫反射白板（3）的尺寸；
所述光斑即手术无影灯（1）照明区域，漫反射白板（3）基层为金属材料，漫反射白板（3）表面设有硫酸钡漫反射涂层（31）。
3.根据权利要求1所述的一种手术无影灯照度参数测试方法，其特征在于：所述亮度计（2）为带有镜头（21）的高精度二维成像式亮度计。
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|---|---|---|---|---|
| CN101187592A (zh) * | 2007-12-04 | 2008-05-28 | 武汉理工大学 | 一种汽车前照灯照度分布测量方法 |
| CN110346116A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-10-18 | 东南大学 | 一种基于图像采集的场景照度计算方法 |
| CN213021938U (zh) * | 2020-09-17 | 2021-04-20 | 飞朗(天津)航空技术有限公司 | 一种设置和测量光照度的装置 |
| CN112683499A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-04-20 | 济宁半导体及显示产品质量监督检验中心 | 一种手术无影灯照明特性照度测试装置 |
-
2022
- 2022-06-17 CN CN202210685354.9A patent/CN114858421B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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