RGB-metingen met een 4K digitale microscoop
De kwaliteit van het product hangt af van subtiele kleurveranderingen. Zo hebben bijvoorbeeld productkleuren die van partij tot partij verschillen een negatieve invloed op de kwaliteit van het uiterlijk van het product en verminderen die tevens de betrouwbaarheid van het product. Bij artikelen zoals functionele folies kunnen verschillende onderdelen met verschillende kleuren en verschillende soorten die gemengd zijn maar niet te zien zijn, een negatieve invloed hebben op de functies en de prestaties van het product en ertoe leiden dat er defecte producten op de markt komen.
In dit gedeelte wordt een inleiding gegeven tot de basiskennis over de methoden voor het meten van kleuren en over kleursystemen alsmede voorbeelden van de RGB-meting met onze nieuwste 4K digitale microscoop.
- Methoden kleurmeting
- CIE-kleursystemen en de typen ervan
- Voorbeelden van het optimaliseren van kleurmetingen met een 4K-microscoop
- Met één microscoop RGB-metingen en diverse andere werkzaamheden optimaliseren waarvoor een microscoop nodig is
Methoden kleurmeting
Wanneer mensen naar een voorwerp kijken, zien zij dat kleuren kunnen verschillen, afhankelijk van factoren zoals het omgevingslicht, de helderheid en de kijkhoek. Kleuren worden ook door iedereen vaak anders gezien. Bij de massaproductie in moderne industrieën leiden deze verschillen echter tot variaties in producten, onderdelen en materialen, alsmede in de kwaliteit en de prestaties daarvan, en kunnen die zelfs zorgen voor kwalitatief slechtere producten.
Om deze tekortkomingen te voorkomen, moeten kleuren nauwkeurig worden gemeten om de kleuren aan de hand van deze meetwaarden te identificeren. Vandaar dat in veel productiebedrijven colorimeters en spectrofotometers worden gebruikt om kleuren te meten en te kwantificeren. De eigenschappen en verschillen van deze apparaten worden hieronder met afbeeldingen uitgelegd.
Wat is een colorimeter?
In het menselijk oog scheidt het netvlies het licht dat door een bekeken voorwerp wordt weerkaatst (zichtbaar licht met een golflengte van 400 tot 700 nm), in rood (R), groen (G) en blauw (B) en geeft deze prikkel door aan de hersenen, waar het als kleur wordt beoordeeld. Op dezelfde manier meet een colorimeter deze drie soorten lichtprikkels door ze te kwantificeren als tristimuluswaarden: X, Y en Z.
Deze meetmethode wordt aangeduid als het directe afleestype van de stimuluswaarde. Dit type colorimeter is betrekkelijk goedkoop, compact en gemakkelijk te hanteren, zodat die op grote schaal wordt gebruikt bij kleurinspecties en soortgelijke bewerkingen in productiebedrijven. Anderzijds variëren de numerieke waarden al naargelang de lichtbron, zodat dit apparaat niet geschikt is voor de geavanceerde analyses die worden uitgevoerd met spectrofotometers, die hierna aan de orde komen.
Wat is een spectrofotometer?
Een spectrofotometer meet het reflectievermogen door gebruik te maken van een sensor met meerdere ontvangers om het door de lichtbron uitgezonden en door het doel gereflecteerde licht in meerdere golflengten te verdelen. Behalve dat met een spectrofotometer de tristimuluswaarden X, Y en Z kunnen worden berekend, kunnen met dit apparaat ook kleuren (golflengte) worden geanalyseerd via spectrale reflectie met een grafiek of vergelijkbaar.
In tegenstelling tot de colorimeter van het type met directe aflezing van de stimuluswaarde kan een spectrofotometer de gegevens van verschillende lichtbronnen gebruiken om verschillen in de manieren van waarnemen onderzoeken die zijn toe te schrijven aan de lichtbron (kleurweergave), het verschijnsel dat optreedt wanneer twee kleuren onder één verlichtingsconditie lijken overeen te komen (metamerisme), en verschillen in de oppervlaktegesteldheid van het doel. Hoewel spectrofotometers duurder zijn dan colorimeters, kunnen er kleuren geavanceerder mee worden geanalyseerd en daarom worden die voornamelijk gebruikt bij onderzoek en ontwikkeling.
CIE-kleursystemen en de typen ervan
Voor het meten en kwantitatief beoordelen van de kleuren van een doel is een algemene definitie van kleur nodig, wat een dubbelzinnig begrip is. Vandaar dat de International Commission on Illumination (afgekort als CIE voor de Franse autoriteit French name Commission internationale de l’eclairage) verschillende internationale normen heeft vastgesteld inzake wetenschap en technologie op het gebied van licht en verlichting, en kleursystemen heeft gedefinieerd om mensen in staat te stellen kleuren op een gemeenschappelijke manier nauwkeurig van elkaar te onderscheiden. Deze staan bekend als CIE-kleursystemen en worden op grote schaal gebruikt in diverse industriële sectoren. Het RGB-kleursysteem, het XYZ-kleursysteem en het L*a*b*-kleursysteem zijn typische kleursystemen en worden hieronder toegelicht.
RGB-kleursysteem
Dit is het eerste kleursysteem dat door de CIE is vastgesteld. Dit systeem drukt kleur uit als een mengverhouding (een additief mengsel van kleuren) van de drie primaire kleuren (ook tristimulus, referentiekleurstimuli en kleurstimuli genoemd) R (rood), G (groen), en B (blauw) die echte kleuren zijn. Het spectrum van de drie primaire kleuren is R = 700 nm, G= 546,1 nm en B = 453,8 nm. Er zijn echter kleuren die niet als een additief mengsel van kleuren in het RGB-kleursysteem kunnen worden uitgedrukt. Zo kan helder cyaan bijvoorbeeld niet worden gemaakt door de drie primaire kleuren met elkaar te mengen.
Omdat kleurencombinaties in het RGB-kleursysteem ook worden gebruikt om kleuren op LCD-monitoren weer te geven, wordt dit systeem ook wel het monitorkleursysteem genoemd.
Elk van de drie primaire kleuren wordt uitgedrukt in gradaties van intensiteit, gaande van 0 tot 255. Door deze gradaties te combineren, is het mogelijk 256 tot de macht 3 = 16.777.216 verschillende kleuren weer te geven. Wit wordt weergegeven op het punt waar de drie primaire kleuren elkaar overlappen.
XYZ-kleursysteem
Het XYZ-kleursystemen wordt op grote schaal gebruikt in diverse industriële sectoren. Dit systeem, dat met X, Y en Z kleuren uitdrukt, werd ontworpen om wiskundig het probleem te omzeilen dat het RGB-kleursysteem monochromatisch licht van het kleurengamma niet nauwkeurig kan weergeven.
R, G, en B zijn het spectrum dat werkelijk bestaat en worden ware kleuren genoemd. Anderzijds zijn X, Y en Z in dit kleursysteem de kleuren van mathematisch omgezet licht. Omdat sommige van deze kleuren in werkelijkheid niet bestaan, worden X, Y, en Z valse kleuren genoemd. In plaats van de door mensen waargenomen kleuren te systematiseren, maakt dit kleursysteem gebruik van valse kleuren met het doel kleuren op een gekwantificeerde manier weer te geven om mogelijk alle kleuren als X-, Y- en Z-waarden uit te drukken.
De drie assen van het XYZ-kleursysteem worden als volgt toegewezen.
X: hoeveelheid rood (bevat geen helderheid)
Y: hoeveelheid groen (de enige waarde die helderheid bevat)
Z: hoeveelheid blauw (bevat geen helderheid)
X, Y, en Z staan driedimensionaal in verhouding tot elkaar, maar de afbeelding is een tweedimensionale grafiek waarin Z opzettelijk is weggelaten. Deze grafiek wordt een xy-chromaticiteitsdiagram genoemd. X wordt uitgezet op de horizontale as en y op de verticale as. De grafiek heeft een hoefijzervorm, die alleen de primaire golflengte aangeeft die overeenkomt met de tint, en de excitatiezuiverheid die overeenkomt met de verzadiging. De helderheid wordt niet aangegeven.
Het punt dat zich het dichtst bij het midden bevindt, wordt het witte punt genoemd, de plaats waar de kleur wit is. Ook uit de positie van cyaan (C), magenta (M) en geel (Y) blijkt dat de verzadiging van kleuren zoals drukinkt en verf laag is op de xy-chromaticiteitsdiagram, waarmee wordt aangegeven hoe groot het bereik is dat door het XYZ kleursysteem wordt bestreken.
L*a*b*-kleursysteem
Dit kleursysteem werd in 1976 door de CIE gedefinieerd. L*a*b* wordt gelezen als L ster, a ster, b ster.
In dit gedeelte worden aan de hand van de volgende afbeelding de voorwaarden beschreven die door de positieve en negatieve waarden van elke as worden aangegeven.
L*-as: deze as geeft de lichtheid aan. Positieve waarden staan voor een wittere (helderdere) kleur en negatieve waarden voor een zwakkere (donkerdere) kleur.
a*-as: deze as geeft de tint van groen naar rood aan. Negatieve waarden staan voor een sterkere groene tint en positieve waarden voor een sterkere rode tint.
b*-as: deze as geeft de tint van blauw naar geel aan. Negatieve waarden staan voor een sterkere blauwe tint en positieve waarden voor een sterkere gele tint.
Het kleurverschil (ΔE) kan worden gevonden door de waarden die worden verkregen uit deze drie assen, te gebruiken in de kleurverschilformule. Colorimeters die op grote schaal worden gebruikt bij kwaliteitsinspecties, kunnen op deze manier ook kleurverschillen berekenen.
Het instellen van deze ΔE als controle-index is nuttig bij het verbeteren van de kwaliteit door kwantificering mogelijk te maken bij het beheer van kleurverschillen en bij vergelijkende beoordelingen ten opzichte van referentiekleuren op industrieel gebied.
Voorbeelden van het optimaliseren van kleurmetingen met een 4K-microscoop
Bij kwaliteitsbeheer in productiebedrijven worden ook handheld-colorimeters gebruikt als er veel moeten worden gemeten, maar deze meters zijn minder geschikt als er nauwkeurig moet worden gemeten. Spectrofotometers meten nauwkeurig en kunnen worden gebruikt voor een breed scala aan metingen. Geen van beide apparaten is echter geschikt voor de beoordeling van kleuren bij productonderzoek en -ontwikkeling en bij kwaliteitsborging, wanneer het meetpunt zo klein is dat het met een microscoop moet worden vergroot en het meetdoel of het meetpunt smal is.
Met de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks van KEYENCE kunnen vergrote 4K-beelden met hoge resolutie worden gemaakt, waardoor nauwkeurige meting van RGB-waarden mogelijk is. Kleuren kunnen nu ook worden beheerd voor microscopisch kleine doelen en meetpunten.
De VHX-reeks maakt gebruik van sRGB (standaard-RGB),* die op grote schaal wordt gebruikt in diverse industrieën zoals de elektronicasector. Meetwaarden kunnen gemakkelijk met een Excel-blad worden geconverteerd naar XYZ-waarden. Excel kan bovendien op de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks worden geïnstalleerd.
- TipsWat is sRGB?
- sRGB is een internationale norm die in 1999 door de Internationale Elektrotechnische Commissie (IEC) is vastgesteld. Een breed scala aan producten, waaronder monitoren, printers en digitale camera's, voldoet aan deze norm. Deze norm is zeer veelzijdig en is uitermate compatibel met monitoren en andere kleurmodi. Omdat met sRGB geavanceerd kleurbeheer gemakkelijk is, wordt sRGB ook gebruikt op gebieden als het vastleggen, bewerken en afdrukken van beelden.
Beoordeling van kleurverschillen door RGB-meting van folie
4K digitale microscopen uit de VHX-reeks zijn voorzien van een geavanceerd optisch systeem en een 4K CMOS-beeldsensor die een hoge resolutie paren aan een grote scherptediepte, en van een waarnemingssysteem dat met eenvoudige handelingen toegang biedt tot diverse functies.
Met de VHX-reeks kunnen eenvoudig en snel duidelijke, vergrote beelden worden gemaakt van folies met een afwisselende oppervlaktegesteldheid. Zelfs als het oppervlak ruw is, kan er bijvoorbeeld door de grote scherptediepte automatisch worden scherpgesteld in het hele zichtveld. Het is lastig om de verlichtingscondities voor glanzende folies te bepalen, maar door de multiverlichtingsfunctie, waarmee automatisch met één druk op een knop de gegevens van meerdere beelden onder een omnidirectionele verlichting worden vastgelegd, wordt dit een stuk eenvoudiger.
De 4K-beelden met hoge resolutie die met deze eenvoudige handelingen worden verkregen, kunnen worden gebruikt voor zeer nauwkeurige RGB-metingen en evaluaties van kleurverschillen. Wanneer in dat geval een eerder gemaakt beeld wordt geselecteerd, worden tevens de omstandigheden gereproduceerd zodat onder dezelfde omstandigheden snelle RGB-metingen kunnen worden uitgevoerd en kwantitatieve kleurverschillen kunnen worden beoordeeld, zelfs voor een ander monster van hetzelfde type product.
Identificatie van ander type folie door RGB-meting
De 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks kan duidelijke 4K-beelden vastleggen en zeer nauwkeurige RGB-metingen uitvoeren. Door deze functies is die microscoop ideaal voor het identificeren van de verschillende soorten folies, wat anders visueel erg lastig is.
Naast nauwkeurige verschillen tussen gemeten RGB-waarden kunnen met de VHX-reeks duidelijk subtiele structuurverschillen worden vastgelegd, die normaal gesproken moeilijk te controleren zijn door het lage contrast ervan als gevolg van de verschillen in materialen en verwerking.
Bovendien is het gemakkelijk om typen folieproducten te identificeren door de beelden ervan naast elkaar te vergelijken op een grote LCD-kleurenmonitor van 27 inch waarop beelden waarheidsgetrouw worden weergegeven.
Deze geavanceerde functie vereenvoudigt niet alleen de handelingen voor het meten van RGB-waarden van folies, het onderzoeken van kleurverschillen en het onderscheid maken tussen producttypen, maar ook de geavanceerde waarneming en analyse van microscopisch kleine gebreken en defecten op filmoppervlakken, wat zeer complex is.
Conversies van RGB- en XYZ-waarden en automatisch rapporten maken
Voorbeelden van conversies tussen XYZ-waarden en RGB-waarden die overeenkomen met sRGB, staan in de volgende tabel. W.P. is de afkorting van wit punt.
| RGB-systeem | Drie primaire kleuren & 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) |
Excel kan op de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks worden geïnstalleerd, waardoor met deze microscoop meetwaarden gemakkelijk worden geconverteerd en er automatisch rapporten kunnen worden gemaakt.
RGB-meting, conversie naar XYZ-waarden en automatisch rapporten maken met de VHX-reeks.
- De instellingen voor het vastleggen van beelden kunnen worden gereproduceerd aan de hand van eerder gemaakte beelden, zodat het gemakkelijk is om beelden vast te leggen onder dezelfde verlichtings- en cameracondities.
- Nauwkeurige sRGB-waarden kunnen worden verkregen door het omgevingslicht zo veel mogelijk te beperken en de witbalans op de juiste manier in te stellen.
- Excel kan op de 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks worden geïnstalleerd, waardoor sRGB-metingen, conversies naar XYZ-waarden en het automatisch maken van rapporten met slechts dit ene apparaat mogelijk zijn.
Met één microscoop RGB-metingen en diverse andere werkzaamheden optimaliseren waarvoor een microscoop nodig is
De 4K digitale microscoop uit de VHX-reeks kan worden gebruikt voor het kwantitatief meten van RGB-waarden van folies (zoals in bovenstaand voorbeeld) en van diverse andere doelen. Omdat Excel rechtstreeks op deze microscoop kan worden geïnstalleerd, kunnen met deze microscoop bovendien de efficiëntie van alle werkzaamheden in verband met rapporten aanzienlijk worden verbeterd doordat gegevens kunnen worden uitgevoerd naar sjablonen, automatisch zijn te converteren naar XYZ-waarden en er automatisch rapporten kunnen worden gegenereerd.
Bovendien zorgt de automatische bediening ervoor dat het werk niet al te ingewikkeld is, zodat zelfs gebruikers die geen ervaring hebben met microscopen, gemakkelijk met deze microscoop kunnen werken.
De nauwkeurige RGB-meting van de VHX-reeks wordt ondersteund door de hoge prestaties en functionaliteit van de microscoop. Zodoende kan dit ene apparaat voor verschillende soorten werkzaamheden worden gebruikt, zoals waarnemingen, 2D- en 3D-metingen en het automatische meten/tellen van gebieden voor onderzoek en ontwikkeling, alsmede voor kwaliteitsborging in diverse industrietakken.
Klik op de onderstaande knoppen voor aanvullende informatie of vragen over de VHX-reeks.
