Skip to Main Content

Projekty badawcze w sieci VIA CARPATIA

Szczegóły projektu badawczego

Numer umowy
2021/05/X/ST7/01824
Wykonawcy badań/ podległość
Wydział Elektryczny
Tytuł
Opracowanie algorytmu optymalizacji doboru rozkładu spektralnego oświetlacza półprzewodnikowego do zwiększenia kontrastu obrazowania tkanek
Streszczenie
Tematyka projektu wpisuje się w ogólnoświatowy kierunek badań półprzewodnikowych emiterów promieniowania i poszukiwania optymalnych rozwiązań oświetlaczy (zastępowanie konwencjonalnych źródeł emiterami LED) do celów medycznych: skutecznego oświetlenia i identyfikacji zmian chorobowych. Znane są układy dopasowania parametrów oświetlacza do charakterystyki detektorów, natomiast nie jest jasne jak należy zoptymalizować oświetlenie, aby podkreślić różnice w barwie tkanek czyniąc rozpoznawalnymi ich wybrane cechy. W celu komfortowej pracy operatora endoskopu medycznego wymagane jest przełączanie oświetlenia między światłem białym i światłem zapewniającym wysoki kontrast barwny tkanek. Podczas zabiegu medycznego praktyczne znaczenie ma też uwzględnienie poziomu natężenia oświetlenia, co zmaksymalizuje wydajność i eliminuje zmęczenia wzroku człowieka. Najnowsze doniesienia literaturowe dotyczą doboru temperatury barwowej najbliższej (CCT) źródła światła lub wykorzystania źródła o specyficznych rozkładach spektralnej gęstości mocy (SPD) w celu efektywnego rozróżnienia cech obiektu. Nowością w tym obszarze jest wykorzystanie diod LED (monobarwnych i PC-LED), co umożliwia realizację przestrajalnych, wysokosprawnych kompaktowych oświetlaczy światła białego. Prezentowane w literaturze metody uzyskiwania światła o zadanym SPD: - dotyczą wykorzystania zwykle kilku składowych emiterów, co nie umożliwia dokładnego odwzorowanie spektralnego współczynnika odbicia obiektu, - oparte są o współczynniki CRI Ra nieadekwatne dla oświetlenia źródłami LED, - bądź stosowane są wyłącznie do realizacji oświetlenia światłem białym, co nie pozwala na uzyskanie zadawalającego kontrastu barwnego obserwowanych obiektów szczególnie istotnego w aplikacjach medycznych. Znane metody syntezy SPD szerokopasmowych źródeł LED nie uwzględniają aproksymacji mocy i rozkładu widmowego emiterów składowych. W wyniku regulacji strumienia świetlnego oświetlacza skutkuje to odchyleniem CCT o 100-200 K od zadanej temperatury barwowej, a także zmianą wartości ogólnego i szczegółowych wskaźników oddawania barw nawet o 20 jednostek, co jest znaczącą wartością z punktu widzenia percepcji wizualnej. Do kształtowania SPD światła białego emitowanego przez wieloemiterowe źródło LED, w celu osiągnięcia zadanej CCT i wysokich wskaźników oddawania barw, nie sprawdzają się podstawowe metody aproksymacji (średniokwadratowa czy jednostajna), ponieważ te wskaźniki wykazują wzrost czułości spektralnej w określonych zakresach długości fali. Zadaniem przewidzianym do realizacji w ramach projektu jest opracowanie algorytmu opartego o metodę Monte Carlo sterowania diod LED dużej mocy (PC-LED oraz emitujących promieniowanie wąskopasmowe) w celu realizacji rozkładów widmowych oświetlacza odpowiadających reflektancji spektralnej obiektów, a także widma światła białego o regulowanej temperaturze barwowej i bardzo wysokich wskaźnikach wierności barw (Colour Fidelity Index) oraz wskaźnikach zmiany w nasyceniu barwy (Gamut Index). Do realizacji oświetlacza niezbędne jest: wyselekcjonowanie emiterów LED, wykonanie badań ich SPD i określenie modeli determinujących ich SPD w zależności od natężenia przepływającego prądu i temperatury półprzewodnikowego złącza. Planowane jest też przeprowadzenie eksperymentów związanych z przyszłymi badaniami aplikacyjnymi: oświetlania testów o znanych rozkładach współczynnika odbicia (test Macbetha) oraz badań ze zmiennym kontrastem barwnym oświetlanego obiektu - martwymi tkankami zwierzęcymi. W projekcie przewidywana jest również analiza współczynników określających różnicę barw dla opracowanych SPD charakteryzujących się regulowanym niedopasowaniem do przyjętych wzorcowych SPD. Wymiernym efektem projektu będzie opracowanie metodyki strojenia (wykorzystując metodę Monte Carlo) SPD źródła o zadanych (regulowanych) parametrach: - mocy (natężenia oświetlenia na powierzchni obiektu), - kształcie SPD odpowiadającemu rozkładowi spektralnego współczynnika odbicia oświetlanego obiektu w celu wzmocnienia kontrastu jego barw, - temperaturze barwowej najbliższej (CCT) w zakresie 2500-6500 K i bardzo wysokich wskaźnikach wierności barw (Colour Fidelity Index) Rf > 95 oraz zmiany w nasyceniu barwy (Gamut Index) 95 < Rg < 105 w przypadku wymaganego oświetlenia światłem białym. Proponowane wskaźniki są nowe (norma CIE 224:2017) i zalecane w badaniach naukowych, ale dotychczas nie były stosowane w poruszanych zagadnieniach.
Program
MINIATURA
Uczelnia
Politechnika Białostocka
Slowa Kluczowe
algorytm; dioda elektroluminescencyjna; kontrast barwny; rozkład spektralnej gęstości mocy

Informacje o projekcie

Stopka
Minister Nauki

Zadanie finansowane w ramach zlecenia
Ministra Nauki pod nazwą "Politechniczna Sieć VIA CARPATIA im. Prezydenta RP Lecha Kaczyńskiego" w latach 2022-2025

MNiSW
Wersja: 0.1b Właścicielem i administratorem danych zawartych w bazie danych są uczelnie: Politechnika Rzeszowska, Politechnika Lubelska oraz Politechnika Białostocka. Zaprojektowanie witryny: Paweł Kuraś, Krzysztof Demidowski, Veronika Vanivska
Built with using Oracle APEX