4K數位顯微鏡在RGB量測中的應用
產品的微妙顏色差異會影響其品質。舉例來說，如果不同批次的產品顏色有差異，或是部分外裝零件的顏色不同，將損及外觀品質及可靠性。此外，若功能性薄膜等產品有部分的色彩差異，或混入目視無法辨別的種類，則可能損及產品原本的功能及性能，使不良品外流。
在此介紹量測色彩的方法及色彩體系的基礎知識，並介紹使用4K數位顯微鏡量測RGB的案例。
量測色彩的方法
人透過眼睛看到物體時，感受到的顏色會隨著環境光、亮度及觀看角度等而異。此外隨著看的人不同，同樣的顏色也會有各種感受方式。但在現代工業的大量生產中，每個人感受顏色方式的差異卻可能導致產品、零件、構件的品質與性能出現偏差，使最終產品的品質降低。
為了防止這些不良情形發生，正確量測色彩，依據數值找出顏色是相當重要的。因此，在許多製造現場都會使用「色差計」及「分光光度計」來量測色彩，將其數值化。以下說明其特徵及差異。
何謂色差計
又稱色差儀。人眼的視網膜在看見物體時，會將物體反射的光（＝可視光：波長400至700 nm）分成紅（R）、綠（G）、藍（B）三種，再將這些刺激傳達到腦部來判斷顏色。色差計也同樣會量測這三種光的刺激，將其化為X、Y、Z的「三色激值」。
這種量測方式稱為「刺激值直讀式」。由於這種色差計的價格較為低廉，尺寸也比較小，易於操作，因此被廣泛用於製造現場的色彩檢查等。但測得的數值會隨光源改變，不適合用來進行像接下來即將說明、需要使用分光光度計進行的高階分析。
何謂分光光度計
分光光度計會藉由接收器內的多個感測器，將目標物接受來自光源反射的光，並依照波長分光來量測反射率。不只能計算X、Y、Z的三色激值，還能透過分光反射率以圖表等分析色彩（波長）。
與刺激值直讀式的色差計不同，甚至能使用各種照明光源資料來調查不同光源下呈現方式的差異（演色性）、兩個顏色在特定條件下給人相同感受的條件等色（同色異譜），以及目標物表面狀態的差異等。雖然價格高於色差計，但由於能執行更高階的色彩分析，因此主要用於研究、開發等方面。
CIE色彩體系與其種類
如果要量測並定量評估目標物的顏色，就必須對色彩設定共通的定義。在光與照明領域設置了各種科學與技術相關的國際基準的國際照明委員會（CIE：Commission Internationale de l‘Eclairage）便定義了一套色彩體系，讓人們能共通且正確地辨別顏色。稱為CIE色彩體系，被廣泛應用於各式各樣的產業領域中。以下說明其中代表性的色彩體系「RGB色彩體系」、「XYZ色彩體系」，以及「L*a*b*色彩體系」。
RGB色彩體系
CIE最初設立的便是RGB色彩體系，是以實際存在的R（紅）、G（綠）、B（藍）三原色（又稱三刺激、原刺激、色彩刺激）的混合比例（加法混色）來表示色彩的系統。三原色在光譜上的位置分別為R=700 nm、G=546.1 nm、B＝453.8 nm。但也有顏色無法靠RGB色彩體系的加法混色來表現。舉例來說，無論以何種比例來混合三原色，實際上都無法調出鮮豔的青色。
由於以RGB色彩體系來調和色彩的方式也被用於液晶顯示器等的色彩顯示，因此也被稱為顯示器色彩體系。
三原色分別能以0至255級灰階來表示濃淡，將其互相組合即可顯示256的3次方＝16,777,216種色彩。此外將三原色全部重疊時，會顯示白色。
XYZ色彩體系
XYZ色彩體系被廣泛應用於各種產業領域中。是為了以數學方式避免RGB色彩體系無法正確重現色域單色光的不便而構思出的系統，使用X、Y、Z進行標示。
R、G、B是實際存在的光譜，被稱為真彩色（true color）。另一方面，這個色彩體系的X、Y、Z則是以數學方式轉換而成的光的色彩。其中也包含實際上不存在的顏色，稱為假色（false color）。使用假色的目的不是將人感受到的色彩建立成一套體系，而是為了定量標示色彩。藉此，即可以X、Y、Z的值來表現各種色彩。
XYZ色彩體系的三個軸分別對應以下項目。
X：紅色的量（不具明度）
Y：綠色的量（唯一具有明度）
Z：藍色的量（不具明度）
右圖是將具有3D相互關係的X、Y、Z刻意排除Z後製成的2D圖表，稱為「xy色度圖」。是以x為橫軸、y為縱軸的馬蹄形圖形，只顯示相當於色相的「主波長」與相當於彩度的「刺激純度」，不顯示明度。
大約位於中央的點稱為「白點」，表示白色。此外，從青色（C）、洋紅色（M）、黃色（Y）的位置能看出印刷用油墨及顏料等的色彩在xy色度圖中的彩度較低，可知XYZ色彩體系涵蓋的範圍非常大。
L＊a＊b＊色彩體系
L*a*b* 色彩體系是CIE於1976年建議使用的色彩體系。L*a*b*讀做L star、a star、b star。
以下搭配圖片說明各軸正負值表示的程度。
L*軸：表示明亮度的明度軸。越接近正端越白（亮），越接近負端越黑（暗）。
a*軸：表示綠色至紅色彩度的軸。越接近負端綠色越濃，越接近正端紅色越濃。
b*軸：表示藍色至黃色彩度的軸。越接近負端藍色越濃，越接近正端黃色越濃。
將以上三軸所得的值帶入色差計算公式，即可求得色差（＝⊿E）。經常用於品質檢查的色差計也同樣透過這個方法計算出色差。
只要將⊿E設為管理指標，即可將各工業領域的色差管理數值化，與基準色彩進行比較判定，有助提升品質。
以4K數位顯微鏡提升色彩量測效率的案例
在製造現場進行品質管理時，手持式色差計雖然能輕鬆增加N數，但並不適合執行高精度的量測。分光光度計能執行正確的量測，適合量測大範圍。但在產品研究、開發及品質保證中，如果遇到量測部位較小，或量測對象、量測部位狹窄，必須以顯微鏡放大的情形時，兩種計量器都不適合用來判定色彩。
如果是KEYENCE的超高精細4K數位顯微鏡「VHX系列」，即可取得4K高解析度的放大影像，量測正確的RGB值。實現微小目標物或量測部位的色彩管理。
「VHX系列」使用sRGB（standard RGB）*，目前被廣泛應用於以電子工學領域為中心的各種業界中。此外，「VHX系列」也能直接安裝使用Excel，量測值可透過Excel的工作表輕鬆轉換成XYZ值。
- Tips何謂sRGB
- sRGB是國際電工委員會（IEC）於1999年制定的國際標準規格。以顯示器及印表機、數位CAMERA等為中心，現代有許多產品都遵循此規格。與顯示器及其他色彩模式具有高度的相容性，通用性佳。由於能簡化高階的色彩管理，也被運用於影像拍攝、編輯及印刷等領域。
以RGB量測來評估薄膜的色差
4K數位顯微鏡「VHX系列」搭載了能兼顧大景深與高解析度的先進光學系統與4K CMOS，以及能透過簡單操作運用豐富功能的觀察系統。
有了「VHX系列」，便能簡單又迅速地取得具備各種表面狀態的薄膜清晰放大影像。即使表面具有凹凸，也能夠透過大景深對整片視野實現自動對焦。此外就算遇到不易設定照明條件的光澤薄膜，只要使用「多重照明」功能，透過1個按鈕即可自動取得多張全方位照明的影像，簡化找出條件的過程。
運用簡單操作取得的高解析度4K影像，便能執行高精度的RGB量測與評估色差。此外，只需選擇過去的影像，就能完全重現當下的條件，以相同的條件對相同品種的不同個體迅速執行RGB量測與色差的定量評估。
以RGB量測來鑑定不同品種的薄膜
4K數位顯微鏡「VHX系列」能藉由清晰的4K影像與高精度的RGB量測來協助鑑定無法以目視辨別的不同品種薄膜。
使用「VHX系列」不只能掌握正確的RGB量測值差異，就連材質、加工差異、對比較低而難以確認的微妙紋理差異也可以清晰地捕捉。
並且，還能在忠實呈現目標物顏色的27吋彩色液晶螢幕上並排比較影像，即可輕鬆鑑定薄膜種類。
這般高性能不只能用來量測薄膜的RGB值、調查色差或辨別品種，就連以往高難度的薄膜表面微小缺陷、不良的高階觀察與分析也變得簡單許多。
RGB值、XYZ值的轉換與報告自動編製
下表是將符合sRGB的RGB量測值轉換成XYZ值的範例。另外W.P.代表白點。
| RGB的方式 | 三原色& 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） |
4K數位顯微鏡「VHX系列」可直接安裝Excel。僅需1台就能輕鬆執行轉換量測值到自動編製報告的步驟。
使用「VHX系列」量測RGB、轉換成XYZ值、自動編製報告
- 可由過去的影像完全重現拍攝設定，能輕鬆統一照明及CAMERA的拍攝條件。
- 盡可能抑制環境光，只要妥善設定白平衡，即可取得正確的sRGB值。
- 「VHX系列」可直接安裝Excel，1台裝置便能量測sRGB、轉換成XYZ值，以及自動編製報告。
1台設備即可提升數位顯微鏡的RGB量測及各種需求的工作效率
除了案例中的薄膜以外，4K數位顯微鏡「VHX系列」也能應用於各種目標物的定量RGB量測。還能直接安裝Excel，僅需1台就能將資料輸出至範本，自動轉換成XYZ值並自動編製報告，大幅提升一連串作業的效率。
而且透過自動控制，連不熟悉數位顯微鏡的人也可以簡單操作，避免部分作業仰賴特定人員的問題。
支援「VHX系列」實現正確RGB量測的，就是數位顯微鏡所具備的高性能與高功能。因此僅需1台裝置，就能多元應用於各種業界的研究、開發及品質保證等方面的觀察、2D與3D量測，以及自動面積量測、計數等作業。
有關「VHX系列」的詳細說明，請下載型錄，或洽詢KEYENCE。
