RGB-mérések 4K-s digitális mikroszkóppal
Az enyhe színváltozások is befolyásolják a termékek minőségét. Például a tételenként változó termékszínek vagy az elütő külső részek negatívan befolyásolják a termék megjelenését, valamint csökkentik a termék megbízhatóságát is. Az olyan elemeknél, mint például a funkcionális fóliák, a szabad szemmel ugyan nem érzékelhető, de mégis különböző színű és különböző típusú részek bekeveredése negatív hatással lehet a termék funkcionalitására és teljesítményére, sőt, ennek következtében akár hibás termékek is kerülhetnek a piacra.
Ebben a részben bemutatjuk a színmérési módszerekre és a színrendszerekre vonatkozó alapvető tudnivalókat, valamint a legújabb 4K-s digitális mikroszkópunk segítségével példákat is prezentálunk az RGB-mérésekre.
- Színmérési módszerek
- CIE-színrendszerek és a különböző típusok
- Példák a színmérés 4K-s mikroszkóppal történő optimalizálására
- Mikroszkópot igénylő RGB-mérések és egyéb munkamenetek optimalizálása egyetlen eszközzel
Színmérési módszerek
Amikor ránézünk egy tárgyra, több tényezőtől is függ, hogy milyen színeket látunk: például a környezeti fénytől. a fényerőtől és a látószögtől. Sőt, a minden megfigyelő máshogy látja a színeket. Az ilyen vizsgálati eltérések a modern tömeggyártási folyamatok során a termékeket, alkatrészeket és alapanyagokat érintő különféle minőség- és teljesítménybeli problémákhoz és eltérésekhez vezethet, ami akár a végtermékekre is kihathat.
Az hibák elkerülése érdekében elengedhetetlen a pontos színmérés és a mért értékek alapján a színek beazonosítása. Ennek megvalósításához számos gyártási helyszínen használnak kolorimétereket és spektrofotométereket a színek méréséhez és mennyiségi meghatározásához. Az eszközök jellemzőit és különbségeit az alábbiakban mutatjuk be.
Mi is az a koloriméter?
Az emberi szemben lévő retina a megfigyelt objektumról visszaverődő fényt (pontosabban a 400-700 nm-es tartományban lévő látható fényt) piros (R), zöld (G) és kék (B) színekre bontja, majd továbbítja a stimulust az agy felé, ami aztán meghatározza a pontos színt. Az emberi színérzékeléshez hasonló a koloriméterek működése, hiszen ezek is a három típusú fényingert mérik, és X, Y és Z tristimulus értékként számszerűsíti azokat.
Ezt a mérési módszert az ingerérték közvetlen leolvasási típusának nevezik. Az ilyen típusú koloriméterek viszonylag olcsók, kicsik, és könnyen kezelhetők, aminek köszönhetően gyakran használják őket a gyártási helyszíneken színmérésre és más hasonló műveletek végzésére. A számértékek azonban a fényforrástól függően változhatnak, aminek következtében az ilyen eszközök nem alkalmazhatók az olyan speciális mérésekhez, amikhez inkább a következőkben bemutatott spektrofotométerre van szükség.
Mi is az a spektrofotométer?
A spektrofotométer a fényvisszaverődés méréséhez több vevővel rendelkező érzékelőt használ, hogy a fényforrásból kibocsátott és a céltárgyról visszavert fényt több hullámhosszra oszlassa el. Az X, Y és Z tristimulus értékek kiszámítása mellett ez a készülék színelemzés (hullámhosszelemzés) végzésére is képes, hála a gráfot vagy hasonló eszközt használó spektrális reflexiónak.
Az ingerértéket közvetlenül leolvasó kolorimétertől eltérően a spektrofotométer különböző fényforrások adatait felhasználva vizsgálja a fényforrásból (a színvisszaadás miatt), a metamériából (az a jelenség, amikor két szín bizonyos fényviszonyok mellett ugyanolyannak tűnik) és a target eltérő felületi viszonyainak különbségeiből adódó megfigyelésbeli eltéréseket. A spektrofotométerek drágábbak ugyan a kolorimétereknél, de cserébe lehetővé teszik a speciális elemzések végzését is, aminek köszönhetően a kutatási és a fejlesztési folyamatok során közkedveltek.
CIE-színrendszerek és a különböző típusok
Egy target színeinek mérése és azok mennyiségi értékelése egy általános színdefiníciót igényel, ami viszont nem feltétlenül egyértelmű. Ezért a Nemzetközi Világítási Bizottság (rövidítve CIE, az eredeti francia Commission internationale de l'eclairage megnevezés alapján), különféle nemzetközi tudományos és technológiai szabványokat dolgozott ki a fény és a világítás területén, továbbá színrendszereket is meghatározott. Mindezek az erőfeszítések lehetővé teszik az emberek számára, hogy átfogó normák alapján különböztessék meg a színeket. Ezeket nevezzük CIE-színrendszereknek, és nagyon sok iparágban használják őket. Magába foglalja az RGB-színrendszert, az XYZ-színrendszert, és az L*a*b*-színrendszert is. Ezek tipikus színrendszereknek számítanak, és a következő sorokban mutatjuk be őket részletesebben.
RGB-színrendszer
Ez az első a CIE által kidolgozott színrendszerek közül. Ebben a rendszerben a színeket a három létező alapszín (más néven tristimulus, referencia színingerek vagy színingerek) valamilyen arány szerinti keverésével (összeadásos színkeverés) fejezzük ki. Az alapszínek a következők: R (red, azaz piros), G (green, azaz zöld) és B (blue, azaz kék). A három főszín spektruma a következő: R = 700 nm, G= 546,1 nm, and B = 453,8 nm. Vannak azonban olyan színek is amiket nem lehet az RGB-színrendszer összeadásos színkeverésével kifejezni. Például a világos cián szín nem hozható létre a három alapszín egyetlen kombinációjával sem.
Mivel az RGB-színrendszer színkombinációit használják a színek LCD-monitorokon való megjelenítésére is, ezért ezt a rendszert a monitor színrendszernek is szokták nevezni.
A három alapszín 0-tól 255-ig terjedő intenzitási fokozatokban van kifejezve. Ezen árnyalatok kombinálásával 256 a harmadikon, azaz 16 777 216 különböző színt lehet megjeleníteni. Ha mindhárom szín maximális intenzitással van jelen, akkor fehér színt kapunk.
XYZ-színrendszer
Az XYZ-színrendszert több iparágban is használják. A színek kifejezésére X, Y és Z jeleket használó rendszert úgy tervezték meg, hogy matematikailag oldja meg az RGB-színrendszer azon problémáját, hogy nem tudja pontosan megjeleníteni a színskála monokromatikus fényét.
Az R, G és B színek spektruma fejezi ki a valóban létező színeket. Ezeket igazi színeknek is nevezzük. Viszont ebben a színrendszerben az X, Y és a Z azokat a színeket jelölik, amiket a fény matematikai konvertálásával kapunk. Mivel néhány ezek közül valójában nem létezik, ezért az X, Y és Z színeket hamis színeknek is nevezzük. Ahelyett, hogy az emberek által észlelt színeket rendszereznénk, a hamis színek használata a számszerűsíthető módon történő színmegjelenítés érdekében lehetővé teszi minden szín X, Y és Z értékekkel történő kifejezését.
Az XYZ-színrendszer tengelyei a következőképpen vannak definiálva:
X: a piros mértéke (fényerő nélkül)
Y: a zöld mértéke (ez az egyetlen érték, ami a fényerőt is tartalmazza)
Z: a kék mértéke (fényerő nélkül)
Az X, Y, és a Z háromdimenziós kapcsolatban állnak egymással, viszont a jobb oldalon egy kétdimenziós ábrát láthatunk, amelyről a Z tengelyt szándékosan elhagytuk. Ezt a grafikont xy színtani diagramnak nevezzük. Az x egy horizontális, az y pedig egy vertikális tengelyen lévő értéket jelöl, a grafikonon pedig patkó alak látható, ami csak a színárnyalatnak megfelelő elsődleges hullámhosszt és a telítettségnek megfelelő gerjesztési tisztaságot jelzi. A fényerő nincs jelölve.
A középponthoz közeli pontot fehér pontnak nevezzük, ez jelzi a fehér színt. A cián (C), magenta (M) és sárga (Y) pozíciójából is látható, hogy a nyomda- és egyéb festékek telítettsége alacsony az xy színtani diagramon, ezzel is bizonyítva az XYZ-színrendszer által lefedett színtartomány terjedelmét.
L*a*b*-színrendszer
Ezt a színrendszert a CIE 1976-ban fogalmazta meg. Az l*a*b* jelölést a következőképpen kell kiejteni: l csillag, a csillag, b csillag.
Ebben a részben az ábra segítségével bemutatjuk a különböző tengelyekhez tartozó pozitív és negatív értékek által jelölt viszonyokat.
L* tengely: a világosságot jelölő tengely. A pozitív értékek a világosabb színt jelölnek, míg a negatívak a sötétebbet.
a* tengely: a piros és zöld közötti árnyalatot jelölő tengely. A pozitív értékek pirosabb színt jelölnek, míg a negatívak zöldesebbet.
b* tengely: a kék és sárga közötti árnyalatot jelölő tengely. A pozitív értékek sárgább színt jelölnek, míg a negatívak kékebbet.
A színkülönbséget (ΔE) úgy határozhatjuk meg, ha behelyettesítjük a három tengely értékeit a színkülönbségi képletbe. A minőségellenőrzés során gyakran használt koloriméterek is ezzel a módszerrel határozzák meg a színkülönbséget.
Ennek a ΔE-nek a szabályozási indexként történő beállítása elősegítheti a minőség javítását, mivel lehetővé teszi a számszerűsítést a színkülönbségek kezelése során, valamint sok iparágban a referenciaszínekkel való összehasonlító értékelést is megkönnyíti.
Példák a színmérés 4K-s mikroszkóppal történő optimalizálására
A gyártási helyszíneken folytatott minőségirányítás során a kézi színmérőkkel több mérést lehet elvégezni, viszont ezek nagy pontosságú mérésekre nem alkalmasak. A spektrofotométerekkel nem csak garantálják a pontos mérési eredményeket, de rengeteg különböző fajta mérés elvégzésére is alkalmasak. Azonban ha a mérési pont mikroszkopikus nagyságrendű, illetve ha a céltárgy vagy a mérési pont szűk, akkor egyik készülék sem alkalmas a K+F, vagy a minőségbiztosítás során végzett színmeghatározásra.
A KEYENCE VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkópja 4K-s felbontású nagyított képeket készít, lehetővé téve az RGB értékek pontos mérését. A színkezelés mostantól a mikroszkopikus nagyságrendű céltárgyak és mérési pontok esetén is megvalósítható.
A VHX sorozatú mikroszkópok sRGB (standard RGB)* technológiát használnak, amit több iparágban (például az elektronikák esetében) is előszeretettel használnak. A mért értékeket egy Excel-táblázat segítségével könnyedén XYZ értékekké lehet alakítani. Sőt, az Excel közvetlenül telepíthető a VHX sorozatú termékekre.
- TippekMi az az sRGB?
- Ez egy nemzetközi szabvány, amit a Nemzetközi Világítási Bizottság (IEC) dolgozott ki 1999-ben. Rengeteg termék, köztük monitorok, nyomtatók, és digitális kamerák is e szabvány szerint működnek. Nagyon sokoldalú, és kompatibilis mind a monitorokkal, mind pedig más színmódokkal. Mivel megkönnyíti a részletes színkezelést is, ezért olyan területeken is népszerűségnek örvend, mint a képrögzítés, a képszerkesztés, és a képnyomtatás.
Színek közötti különbségek értékelése fóliás RGB-méréssel
A VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkóp fejlett optikai rendszerrel és 4K-s CMOS-képérzékelővel rendelkezik, amely egyesíti a nagy mélységélességet a nagy felbontással. Ezen túl egy megfigyelőrendszerrel is fel van szerelve, amely könnyedén kezelhető funkciók széles tárházát biztosítja.
A VHX sorozat segítségével még a változó felszíni állapotú fóliákról is könnyen és gyorsan készíthet kristálytiszta nagyított képeket. Például, még ha a felület durva is, a nagy mélységélesség a teljes látómezőben lehetővé teszi az automatikus fókuszálást. Fényes fóliák esetén nehéz meghatározni a fényviszonyokat, de a többszörös megvilágítás funkció, amely egy gombnyomásra automatikusan készít képeket több irányból érkező megvilágítás mellett, megkönnyíti a munkavégzést.
Az egyszerűen végrehajtható műveletek eredményeként készített nagy felbontású 4K-s képeket fel lehet használni pontos RGB-mérésekhez és a színek közötti különbségek értékeléséhez. Emellett amikor a kezelő egy régi képet választ ki, az eszköz reprodukálja s kép készítése idejében lévő állapotokat. Ez lehetővé teszi a gyors RGB-méréseket és a mennyiségi, színek közötti különbségekre fókuszáló értékeléseket ugyanolyan körülmények között, még akkor is, ha másik (de ugyanolyan terméktípusú) mintáról van szó.
A különféle fóliák RGB-méréssel történő beazonosítása
A VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkóp képes tiszta 4K-s képeket készíteni és pontos RGB-méréseket végezni. Ezeknek a funkcióknak hála a mikroszkóp még az olyan különböző fóliatípusok azonosítására is alkalmas, amelyeket egyébként nehéz vizuálisan megkülönböztetni.
Az RGB-s mért értékek közötti pontos különbségek mellett a VHX sorozat mikroszkópjai egyértelműen képesek rögzíteni az anyag- és feldolgozási különbségekből adódó finom textúrakülönbségeket is, amelyeket általában nehéz ellenőrizni az alacsony kontraszt miatt.
Ezenkívül a képeket egy, a céltárgyakról készült képek hiteles megjelenítésére tervezett, nagy méretű, 27 hüvelykes színes LCD-monitoron hasonlíthatja össze, aminek köszönhetően könnyű azonosítani a különböző típusú fóliatermékeket.
Ez nem csak a fóliák RGB-értékeinek mérését, a színbeli különbségek meghatározását, és a terméktípusok megkülönböztetését teszi egyszerűbbé, hanem a fólián lévő mikroszkopikus nagyságrendű hibák fejlett megfigyelését és elemzését is – ami általában nehéz feladatnak minősül.
RGB- és XYZ-értékek átváltása és automatikus jelentéskészítés
Példák az XYZ-értékek és az sRGB szabványnak megfelelő RGB-értékek közötti konverziókra a következő táblázatban láthatók: A W.P a fehér pont (white point) rövidítése.
| RGB-rendszer | Három főszín & W.P. | XYZ ← RGB | RGB ← XYZ |
|---|---|---|---|
| sRGB (D65) | R (0,64, 0,33) | X = 0,4124R + 0,3576G + 0,1805B | R = 3,2410× − 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) |
Az Excel közvetlenül telepíthető a VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkópra, így a mért értékek egyszerű konvertálása és a jelentések automatikus készítése egyetlen készülékkel lehetséges.
RGB-mérés, a mért értékek XYZ-értékké konvertálása, és automatikus jelentéskészítés a VHX sorozattal
- A képrögzítési beállítások a korábbi képek alapján reprodukálhatók, így könnyedén rögzíthet képeket a korábbi megvilágítás és kamerabeállítások mellett.
- A környezeti fény maximális csökkentésével és a fehéregyensúly megfelelő beállításával pontos sRGB-értékeket lehet rögzíteni.
- Az Excel közvetlenül telepíthető a VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkópra, így egyetlen eszközzel lehetséges az sRGB-mérés, az XYZ értékekre való konvertálás és az automatikus jelentéskészítés.
Mikroszkópot igénylő RGB-mérések és egyéb munkamenetek optimalizálása egyetlen eszközzel
A VHX sorozatú 4K-s digitális mikroszkóp segítségével lehetséges a fóliák (és egyéb céltárgyak) RGB-értékeinek mennyiségi mérése (ahogy azt a fenti példán is láthatjuk). Ezen túlmenően, mivel az Excel közvetlenül telepíthető a mikroszkópra, az eszköz nagymértékben növeli a jelentéskészítéshez kapcsolódó összes munkamenet hatékonyságát, mivel lehetővé teszi az adatok sablonokba történő átvitelét, automatikus XYZ-értékekre konvertálást és a jelentések automatikus létrehozását.
Ezenkívül az automatikus vezérlésnek hála a munkavégzés nem igényel nagy mértékű szakképzettséget, így még a mikroszkópokat nem ismerő felhasználók is könnyedén kezelhetik az eszközt.
A VHX sorozattal végzett pontos RGB-mérések az eszköz kiváló teljesítményének és sokoldalú funkcióinak köszönhető. Következésképpen ez az egy eszköz többféle munkához is használható, például megfigyeléshez, 2D-s és 3D-s mérésekhez, valamint automatikus területméréshez/részecskeszámláláshoz a kutatás-fejlesztés során, illetve a különböző iparágakban végzett minőségbiztosításhoz.
Ha többet szeretne megtudni a VHX sorozatról, vagy ha bármilyen kérdése van, kattintson az alábbi gombra.
