Použití digitálního 4K mikroskopu pro měření barev RGB
Na kvalitu výrobku mohou mít vliv i jemné změny barevných odstínů. Pokud mají například různé šarže výrobků různou barvu nebo některé vnější části mají odlišnou barvu než jiné, má to nepříznivý dopad na vzhled výrobku a může to snižovat jeho spolehlivost. Mají-li části stejného výrobku, například funkční fólie, různou barvu nebo jsou pomíchány dohromady různé druhy výrobku, aniž by to bylo poznat volným okem, může to mít nepříznivý dopad na funkčnost a výkonnostní parametry výrobku a může to vést k dodání vadných výrobků spotřebitelům.
Tato část uvádí základní informace o způsobech měření barev a barevných systémech. Uvádí také příklady měření barev RGB pomocí digitálního 4K mikroskopu.
- Způsoby měření barev
- Barevné systémy CIE a jejich druhy
- Příklady optimalizace měření barev pomocí 4K mikroskopu
- Použití jednoho zařízení k optimalizaci měření barev RGB a různých dalších činností vyžadujících mikroskop
Způsoby měření barev
Když se uživatel dívá na nějaký objekt, vnímá jeho barvy odlišně v závislosti na různých faktorech, jako je okolní světlo, jas a pozorovací úhel. Barvy také vnímají různí pozorovatelé různě. V masové výrobě v moderních odvětvích však tyto rozdíly vedou k odlišnostem výrobků, dílů a materiálů, jakožto i odlišnostem v jejich kvalitě a výkonnosti. Může dokonce docházet i ke snížení kvality výrobku.
Aby se těmto vadám předešlo, je důležité přesně měřit barvy a rozpoznávat je ze změřených hodnot. Pro tento účel se v mnoha výrobních závodech k měření a kvantifikaci barev používají kolorimetry a spektrofotometry. Níže jsou vysvětleny vlastnosti těchto zařízení a rozdíly mezi nimi.
Co je kolorimetr?
Sítnice lidského oka rozděluje světlo odražené od pozorovaného předmětu (viditelné světlo s vlnovou délkou 400 až 700 nm) na červenou (R), zelenou (G) a modrou (B) složku. Výsledný podnět posílá do mozku, kde je vyhodnocen jako barva. Stejným způsobem i kolorimetr měří tyto tři druhy světelných podnětů a kvantifikuje je jako tři barevné hodnoty X, Y a Z.
Tento způsob měření se označuje jako přímé čtení hodnot podnětů. Tento typ kolorimetru je relativně nenákladný, kompaktní a snadno se s ním pracuje. Proto se široce používá při kontrole barev a podobných operacích ve výrobních závodech. Získané číselné hodnoty však závisí na zdroji světla. Proto toto zařízení není vhodné pro pokročilou analýzu, která se provádí spektrofotometry, jak je vysvětleno níže.
Co je spektrofotometr?
Spektrofotometr měří odrazivost pomocí snímače s více receptory. Tyto receptory rozptylují světlo emitované zdrojem světla a odražené od objektu na více vlnových délkách. Kromě výpočtu třech hodnot barevných podnětů (tzv. tristimulu) X, Y a Z dokáže toto zařízení také analyzovat barvy (vlnové délky) na základě spektrální odrazivosti s použitím grafu nebo podobné pomůcky.
Na rozdíl od kolorimetru s přímým čtením hodnot podnětů může spektrofotometr pomocí dat z různých zdrojů světla studovat rozdíly mezi způsoby pozorování související se zdrojem světla (vykreslování barev) (k tomuto jevu dochází, když se dvě barvy jeví stejné za určitých světelných podmínek (metamerizmus)) a rozdíly mezi vlastnostmi povrchu objektu. Spektrofotometry jsou mnohem nákladnější než kolorimetry, umožňují však pokročilejší analýzu barev. Jsou proto využívány zejména ve výzkumu a vývoji.
Barevné systémy CIE a jejich druhy
Aby bylo možno měřit a kvantitativně hodnotit barvy objektu, je zapotřebí definovat barvu, což je nejednoznačný koncept. Proto Mezinárodní komise pro osvětlení (zkratka CIE z francouzského Commission internationale de l’eclairage), která stanovila různé mezinárodní vědecké a technologické normy v oboru světla a osvětlení, definovala barevné systémy, aby lidem umožnila jednoduchým způsobem přesně rozlišovat barvy. Jsou známé jako barevné systémy CIE a mají široké využití v nejrůznějších průmyslových odvětvích. Mezi tyto systémy patří barevný systém RGB, barevný systém XYZ a barevný systém L*a*b*. Tyto systémy se běžně používají a jsou vysvětleny níže.
Barevný systém RGB
Toto je první barevný systém zavedený komisí CIE. Tento systém vyjadřuje barvu jako směšovací podíl (aditivní směšování barev) třech základních barev (známý jako tristimulus, referenční barevné podněty nebo barevné podněty). Jde o červenou (R), zelenou (G) a modrou (B) barvu, které skutečně existují. Spektrum těchto třech základních barev je R = 700 nm, G= 546,1 nm a B = 453,8 nm. Existují však barvy, které nelze vyjádřit jako aditivní směs barev v barevném systému RGB. Například jasně azurovou barvu nelze vytvořit pomocí žádné kombinace třech základních barev.
Protože kombinace barev v barevném systému RGB se používají také k zobrazení barev na monitorech LCD, je tento systém známý také jako barevný systém monitorů.
Každá z třech základních barev je vyjádřena jako hodnota na stupnici intenzity od 0 do 255. Kombinací těchto stupnic lze vyjádřit třetí mocninou počtu 256 barev = 16 777 216 různých barev. Bílá barva je zobrazena v místě, kde se tři základní barvy překrývají.
Barevný systém XYZ
Barevný systém XYZ má široké použití v nejrůznějších průmyslových odvětvích. Tento systém využívá k vyjádření barev hodnoty X, Y a Z. Byl navržen, aby se matematicky předešlo problému, kvůli kterému barevný systém RGB nedokáže přesně reprodukovat monochromatické světlo barevného gamutu.
Složky R, G a B tvoří spektrum, které skutečně existuje a nazývá se skutečnými barvami. Oproti tomu hodnoty X, Y a Z v tomto barevném systému jsou barvy matematicky převedeného světla. Protože některé tyto barvy ve skutečnosti neexistují, nazývají se barvy X, Y a Z nepravými barvami. Místo abychom systemizovali barvy vnímané lidmi, můžeme pomocí nepravých barev vyjádřit všechny barvy jako hodnoty X, Y a Z, a tím zobrazovat barvy kvantifikovaným způsobem.
Níže je uveden význam třech os barevného systému XYZ.
X: množství červené barvy (nezahrnující jas)
Y: množství zelené barvy (jediná hodnota zahrnující jas)
Z: množství modré barvy (nezahrnující jas)
Osy X, Y a Z společně tvoří třírozměrný prostor. Na obrázku vpravo je však dvojrozměrný graf, v němž je osa Z záměrně vynechána. Tento graf se nazývá diagram chromatičnosti xy. Hodnota X je vykreslena na vodorovné ose a hodnota Y na svislé. Graf má tvar podkovy a uvádí pouze základní vlnovou délku odpovídající odstínu a souřadnicovou čistotu odpovídající sytosti. Jas není uveden.
Bod v blízkosti středu se nazývá bílý bod. Označuje místo, kde je barva bílá. Kromě toho lze z poloh azurové (C), purpurové (M) a žluté (Y) barvy vidět, že sytosti barev, jako je tiskařský inkoust a nátěrové barvy, jsou v diagramu chromatičnosti xy nízké. To ukazuje, jak široký rozsah pokrývá barevný systém XYZ.
Barevný systém L*a*b*
Tento barevný systém byl definován komisí CIE v roce 1976. L*a*b* se čte jako L hvězdička, a hvězdička, b hvězdička.
V této části jsou popsáno, co znamenají kladné a záporné hodnoty na jednotlivých osách na následujícím obrázku.
Osa L*: Osa označující světlost. Kladné hodnoty znamenají bělejší (světlejší) barvu a záporné černější (tmavší) barvu.
Osa a*: Osa označující odstín v rozsahu od zeleného po červený. Záporné hodnoty znamenají silnější zelený odstín a kladné silnější červený odstín.
Osa b*: Osa označující odstín v rozsahu od modrého po žlutý. Záporné hodnoty znamenají silnější modrý odstín a kladné silnější žlutý odstín.
Barevný rozdíl (ΔE) lze určit pomocí vzorce pro výpočet barevného rozdílu z hodnot získaných na těchto třech osách. Kolorimetry, které se široce používají při kontrolách kvality, také vypočítávají barevné rozdíly touto metodou.
Stanovení hodnoty ΔE jako řídicího indexu je užitečné při zvyšování kvality, protože umožňuje kvantifikaci při řízení barevných rozdílů a při porovnávacích hodnoceních vůči referenčním barvám v průmyslových odvětvích.
Příklady optimalizace měření barev pomocí 4K mikroskopu
Při řízení kvality ve výrobních závodech lze pomocí ručních kolorimetrů snadno zvýšit počet měření. Kolorimetry však nejsou vhodné pro vysoce přesná měření. Přesná měření lze provádět pomocí spektrofotometrů, které jsou vhodné pro celou řadu měření. Žádné z těchto zařízení však není vhodné pro posouzení barev při výzkumu a vývoji výrobků a pro zajištění kvality, pokud je bod měření tak malý, že je třeba jej zvětšit mikroskopem, a pokud je objekt měření nebo bod měření úzký.
Digitální 4K mikroskop KEYENCE řady VHX dokáže pořizovat zvětšené obrazy ve vysokém rozlišení 4K, což umožňuje provádět přesná měření hodnot RGB. Je tak možné zajistit správu barev u mikroskopických objektů a bodů měření.
Mikroskop řady VHX využívá systém sRGB (standardní RGB)*, který se široce používá v různých odvětvích, například v oboru elektroniky. Změřené hodnoty lze snadno převést na hodnoty XYZ v tabulce Excel. Kromě toho lze aplikaci Excel nainstalovat přímo do mikroskopu řady VHX.
- TipyCo je sRGB?
- Jde o mezinárodní normu ustanovenou Mezinárodní komisí pro elektrotechniku (IEC) v roce 1999. Tuto normu splňuje široká řada výrobků, jako jsou monitory, tiskárny a digitální fotoaparáty. Systém je velmi všestranný a vysoce kompatibilní s monitory a dalšími barevnými režimy. Protože usnadňuje pokročilou správu barev, používá se také v oborech, jako je pořizování, úpravy a tisk obrázků.
Hodnocení rozdílů barev fólií na základě měření barev RGB
Digitální 4K mikroskop řady VHX je vybaven pokročilou optickou soustavou a obrazovým senzorem CMOS s rozlišením 4K. Tyto dvě součásti společně zajišťují velkou hloubku ostrosti a vysoké rozlišení. Současně je mikroskop vybaven pozorovacím stojanem, který nabízí nejrůznější snadno ovladatelné funkce.
Mikroskop řady VHX dokáže snadno a rychle pořizovat jasné zvětšené obrazy fólií, které mají různé vlastnosti povrchu. Pokud je například povrch drsný, lze pomocí velké hloubky ostrosti zajistit automatické zaostření v celém zorném poli. V případě lesklých fólií je obtížné stanovit světelné podmínky, ale s funkcí vícenásobného osvětlení, která umožňuje stisknutím tlačítka automaticky získat data řady snímků pořízených s osvětlením ze všech směrů, je tato práce snadná.
Snímky s vysokým rozlišením 4K pořízené těmito jednoduchými operacemi lze použít pro vysoce přesná měření barev RGB a hodnocení barevných rozdílů. Pokud je navíc vybrán starší snímek, jsou reprodukovány podmínky použité k jeho pořízení. To umožňuje provádět rychlá měření barev RGB a kvantitativní hodnocení barevných rozdílů za stejných podmínek, a to i pro odlišný vzorek stejného druhu výrobku.
Rozpoznání různých druhů fólií na základě měření barev RGB
Digitální 4K mikroskop řady VHX umožňuje pořizovat jasné snímky v rozlišení 4K a provádět vysoce přesná měření barev RGB. Díky těmto funkcím je užitečný při rozpoznávání různých druhů fólií, jejichž vizuální rozpoznání je obtížné.
Mikroskop řady VHX dokáže přesně určovat rozdíly mezi změřenými hodnotami barev RGB a kromě toho dokáže jasně snímat jemné rozdíly struktury. Kontrola těchto struktur je obvykle obtížná kvůli jejich nízkému kontrastu, což pramení z rozdílů v materiálech a zpracování.
Kromě toho je snadné rozpoznat druhy fóliových výrobků porovnáním jejich snímků vedle sebe na velkém barevném LCD monitoru s úhlopříčkou 27 palců, která je speciálně navržena pro věrné zobrazování snímků objektů.
Tyto pokročilé klíčové funkce nejenže zjednodušují měření hodnot barev RGB na fóliích, studium barevných rozdílů a rozlišení druhů výrobků, ale zjednodušují také pokročilé pozorování a analýzu mikroskopických nedostatků a vad na povrchu fólií, což je velmi důležité.
Převody mezi hodnotami RGB a XYZ a automatická tvorba sestav
V následující tabulce jsou uvedeny příklady převodů mezi hodnotami XYZ a hodnotami RGB splňujícími normu sRGB. W.P. je zkratka bílého bodu.
| Systém RGB | Tři základní barvy a W.P. | XYZ ← RGB | RGB ← XYZ |
|---|---|---|---|
| sRGB (D65) | R (0,64, 0,33) | X = 0,4124R + 0,3576G + 0,1805B | R = 3,2410X − 1,5374Y − 0,4986Z |
| G (0,30, 0,60) | Y = 0,2126R + 0,7152G + 0,0722B | G = −0,9692X + 1,8760Y + 0,0416Z | |
| B (0,15, 0,06) | Z = 0,0193R + 0,1192G + 0,9505B | B = 0,0556X − 0,2040Y + 1,0507Z | |
| W (0,3127, 0,3290) |
Přímo do digitálního 4K mikroskopu řady VHX lze nainstalovat aplikaci Excel, takže lze snadno převádět změřené hodnoty a automaticky vytvářet sestavy na jednom zařízení.
Měření barev RGB, převod na hodnoty barev XYZ a automatická tvorba sestav na mikroskopu řady VHX
- Ze starších snímků lze reprodukovat nastavení pořizování snímků, takže je snadné pořizovat snímky za stejných světelných a fotografických podmínek.
- Přesné hodnoty sRGB lze získat pouhým snížením okolního světla na minimum a správným nastavením vyvážení bílé barvy.
- Přímo do digitálního 4K mikroskopu řady VHX lze nainstalovat aplikaci Excel, takže lze měřit barvy sRGB, převádět je na hodnoty XYZ a automaticky vytvářet sestavy na jednom zařízení.
Použití jednoho zařízení k optimalizaci měření barev RGB a různých dalších činností vyžadujících mikroskop
Digitální 4K mikroskop řady VHX lze použít ke kvantitativnímu měření hodnot barev RGB fólií (jak ukazuje příklad výše) a také různých dalších objektů. Kromě toho lze přímo do tohoto výrobku nainstalovat aplikaci Excel. Toto zařízení tak může významně zvýšit efektivitu všech činností souvisejících s tvorbou sestav tím, že umožňuje odesílat data do šablon, automaticky převádět barvy na hodnoty systému XYZ a automaticky vytvářet sestavy.
Automatické řízení navíc zabraňuje nutnosti nadměrné specializace práce, protože mikroskopy mohou snadno obsluhovat i uživatelé bez předchozích zkušeností.
Přesné měření barev RGB na mikroskopu řady VHX je umožněno jeho vysokou výkonností a funkčností. V důsledku toho lze toto zařízení použít k různým činnostem, jako je pozorování, měření ve 2D a 3D a automatické počítání a měření oblasti, a to jednak ve výzkumu a vývoji, jednak při zajišťování kvality v různých odvětvích.
Pokud máte další dotazy k řadě VHX, klikněte na tlačítka níže.
