Uso de un Microscopio Digital 4K en mediciones RGB
La calidad del producto se ve afectada por cambios sutiles en el color. Por ejemplo, los colores de los productos que varían de un lote a otro y algunas partes exteriores que tienen colores diferentes a los demás afectan negativamente la calidad de la apariencia del producto y también reducen la confiabilidad del mismo. En el caso de artículos como las películas funcionales, el hecho de que diferentes partes tengan colores diferentes y que diferentes tipos se mezclen, pero no sean visiblemente detectables, puede afectar negativamente a las funciones y al rendimiento del producto y puede llevar a que se lancen al público productos defectuosos.
En esta sección se presentan los conocimientos básicos sobre los métodos de medición del color y para los sistemas de color, así como ejemplos de medición RGB utilizando nuestro Microscopio Digital 4K.
- Métodos de medición del color
- Sistemas de color CIE y sus tipos
- Ejemplos de optimización de las mediciones de color con un Microscopio 4K
- Uso de un dispositivo para optimizar la medición RGB y otros trabajos que requieren un microscopio
Métodos de medición del color
Cuando las personas ven un objeto, experimentan sus colores de forma diferente dependiendo de factores como la luz ambiental, la luminosidad y el ángulo de visión. Los colores también se experimentan de manera diferente de un observador a otro. Sin embargo, en la producción en masa de las industrias modernas, estas diferencias dan lugar a variaciones en los productos y en las piezas, e incluso pueden disminuir la calidad del producto.
Para evitar estos defectos, es importante medir con precisión los colores e identificarlos a partir de estos valores medidos. Por ello, en muchos sitios de fabricación se utilizan colorímetros y espectrofotómetros para medir y cuantificar los colores. A continuación, se explican las características y las diferencias entre estos dispositivos.
¿Qué es un colorímetro?
En el ojo humano, la retina separa la luz reflejada por un objeto observado (luz visible con una longitud de onda de 400 a 700 nm) en rojo (R), verde (G) y azul (B) y transmite este estímulo al cerebro, donde se juzga como color. Del mismo modo, un colorímetro mide estos tres tipos de estímulos lumínicos, cuantificándolos como valores triestímulos: X, Y y Z.
Este método de medición se denomina tipo de lectura directa del valor de estímulo. Este tipo de colorímetro es relativamente económico, compacto y fácil de manejar, por lo que se utiliza ampliamente en las inspecciones de color y operaciones similares en los sitios de fabricación. Por otro lado, los valores numéricos varían en función de la fuente de luz, por lo que este dispositivo no es adecuado para los análisis avanzados que se realizan con los espectrofotómetros, que se explican a continuación.
¿Qué es un espectrofotómetro?
Un espectrofotómetro mide la reflectancia utilizando un sensor con múltiples receptores para dispersar en múltiples longitudes de onda la luz emitida por la fuente de luz y reflejada por el objeto. Además de calcular los valores triestímulo X, Y y Z, este dispositivo también es capaz de realizar análisis de color (longitud de onda) a través de la reflectancia espectral con un gráfico o algo similar.
A diferencia del colorímetro de tipo de lectura directa del valor de estímulo, un espectrofotómetro puede utilizar los datos de varias fuentes de luz para investigar las diferencias en los métodos de visualización atribuibles a la fuente de luz (reproducción del color), el fenómeno que se produce cuando dos colores parecen coincidir bajo una misma condición de iluminación (metamerismo) y las diferencias en las condiciones de la superficie del objeto. Aunque son más caros que los colorímetros, los espectrofotómetros permiten realizar un análisis de color más avanzados, por lo que se utilizan principalmente en la investigación y desarrollo.
Sistemas de color CIE y sus tipos
La medición y evaluación cuantitativa de los colores de un objeto requiere una definición común del color, que es un concepto ambiguo. Por ello, la Comisión Internacional de Iluminación (abreviada como CIE por su nombre en francés Commission internationale de l'eclairage), que ha establecido diversas normas internacionales sobre ciencia y tecnología en los campos de la luz y la iluminación, ha definido sistemas de color para permitir a las personas distinguir con precisión los colores de una manera común. Se conocen como sistemas de color CIE y se utilizan ampliamente en diversos campos industriales. Dentro de ellos, el sistema de color RGB, el sistema de color XYZ y el sistema de color L*a*b* son sistemas de color típicos y se explican a continuación.
Sistema de color RGB
Es el primer sistema de color establecido por la CIE. Este sistema expresa el color como una relación de mezcla (una mezcla aditiva de colores) de los tres colores primarios (también conocidos como triestímulos, estímulos de color de referencia y estímulos de color) R (rojo), G (verde) y B (azul) que existen realmente. El espectro de los tres colores primarios es R = 700 nm, G= 546.1 nm y B = 453.8 nm. Sin embargo, hay colores que no se pueden expresar como una mezcla aditiva de colores en el sistema de color RGB. Por ejemplo, el cian brillante no puede crearse con ninguna combinación de los tres colores primarios.
Debido a que las combinaciones de colores en el sistema de color RGB también se utilizan para mostrar los colores en monitores LCD, este sistema también se conoce como sistema de color de monitor.
Cada uno de los tres colores primarios se expresa como gradaciones de intensidad que van de 0 a 255. Combinando estas gradaciones, es posible expresar 256 a la potencia de 3 = 16,777,216 colores diferentes. El blanco se muestra en el punto donde se superponen los tres colores primarios.
Sistema de color XYZ
El sistema de color XYZ se utiliza ampliamente en varios campos industriales. Utilizando X, Y y Z para expresar los colores, este sistema fue diseñado para evitar matemáticamente el problema de que el sistema de color RGB no puede reproducir con precisión la luz monocromática de la gama de colores.
R, G y B son el espectro que realmente existe y se denominan colores verdaderos. Por otro lado, X, Y y Z en este sistema de color son los colores de la luz convertida matemáticamente. Debido a que algunos de estos colores en realidad no existen, X, Y y Z se denominan colores falsos. En lugar de sistematizar los colores percibidos por las personas, el uso de los falsos colores con el fin de mostrar los colores de forma cuantificada hace posible expresar todos los colores como valores X, Y y Z.
Los tres ejes del sistema de color XYZ se asignan de la siguiente manera.
X: Cantidad de rojo (no contiene luminosidad)
Y: Cantidad de verde (el único valor que contiene luminosidad)
Z: Cantidad de azul (no contiene luminosidad)
X, Y y Z tienen una interrelación tridimensional, pero la figura de la derecha expresa un gráfico bidimensional en el que se ha omitido intencionadamente Z. Este gráfico se conoce como diagrama de cromaticidad xy. X se traza en el eje horizontal y y en el vertical, y el gráfico muestra una forma de herradura, indicando sólo la longitud de onda primaria correspondiente al tono y la pureza de excitación correspondiente a la saturación. La luminosidad no se indica.
El punto cercano al centro se denomina punto blanco, indicando que es donde el color es blanco. Además, a partir de las posiciones del cian (C), el magenta (M) y el amarillo (Y), se puede ver que las saturaciones de colores como la tinta de impresión y la pintura son bajas en el diagrama de cromaticidad xy, lo que indica qué tan amplio es el rango que cubre el sistema de color XYZ.
Sistema de color L*a*b*
Este sistema de color fue definido por la CIE en 1976. L*a*b* se lee como L asterisco, a asterisco, b asterisco.
En esta sección se describen las condiciones indicadas por los valores positivos y negativos de cada eje junto con la siguiente figura.
Eje L*: Eje que indica la luminosidad. Los valores positivos indican un color más blanco (más brillante), y los valores negativos indican un color más negro (más oscuro).
Eje a*: Eje que indica la tonalidad del verde al rojo. Los valores negativos indican un tono verde más fuerte, y los valores positivos indican un tono rojo más fuerte.
Eje b*: Eje que indica la tonalidad del azul al amarillo. Los valores negativos indican un tono azul más fuerte, y los valores positivos indican un tono amarillo más fuerte.
La diferencia de color (ΔE) se puede encontrar utilizando los valores obtenidos de estos tres ejes en la fórmula de la diferencia de color. Los colorímetros, muy utilizados en las inspecciones de calidad, también calculan las diferencias de color con este método.
Establecer este ΔE como un índice de control es útil para mejorar la calidad al permitir la cuantificación en la gestión de la diferencia de color y el juicio comparativo contra los colores de referencia en los campos industriales.
Ejemplos de optimización de las mediciones de color con un Microscopio 4K
En la gestión de la calidad en los sitios de fabricación, los colorímetros manuales se pueden utilizar para aumentar fácilmente el número de mediciones, pero no son adecuados para realizar mediciones de alta precisión. Los espectrofotómetros pueden realizar mediciones precisas y son adecuados para una amplia gama de mediciones. Sin embargo, ninguno de estos dispositivos es adecuado para la evaluación del color en la investigación de productos o el control de calidad cuando el punto de evaluación es tan pequeño que debe ser aumentado para ser medido.
El Microscopio Digital 4K de ultra alta precisión Serie VHX de KEYENCE, puede adquirir imágenes con aumento en 4K con alta resolución, lo que permite una medición precisa de los valores RGB. La gestión del color ahora es posible para los objetivos microscópicos y los puntos de medición.
La Serie VHX utiliza sRGB (RGB estándar)*, que se usa ampliamente en varias industrias, incluido el campo de la electrónica. Los valores medidos se pueden convertir fácilmente en valores XYZ con una hoja de Excel.
- Consejos¿Qué es el sRGB?
- Es una norma internacional establecida por la Comisión Electrotécnica Internacional (CEI) en 1999. Una amplia gama de productos, incluyendo monitores, impresoras y cámaras digitales, se ajustan a este estándar. Tiene una excelente versatilidad y es altamente compatible con monitores y otros modos de color. Debido a que facilita la gestión avanzada del color, también se utiliza en campos como la captura, la edición y la impresión de imágenes.
Evaluación de la diferencia de color mediante la medición RGB de la película
El Microscopio Digital 4K Serie VHX está equipado con un sistema óptico avanzado y un sensor de imagen CMOS 4K que combina una gran profundidad de campo con capacidades de obtención de imágenes de alta resolución.
La Serie VHX puede adquirir fácil y rápidamente imágenes con aumento nítidas de películas que presentan diversas condiciones de superficie. Por ejemplo, aunque la superficie sea rugosa, la gran profundidad de campo permite el enfoque automático en todo el campo de visión. Es difícil determinar las condiciones de iluminación para las películas brillantes, pero la función de iluminación múltiple, que adquiere automáticamente múltiples imágenes bajo iluminación omnidireccional con sólo pulsar un botón, facilita este trabajo.
Las imágenes 4K de alta resolución adquiridas con estas sencillas operaciones se pueden utilizar en mediciones RGB y evaluaciones de diferencia de color de alta precisión. Además, cuando se selecciona una imagen anterior, las condiciones utilizadas para capturar esa imagen se reproducen completamente, lo que permite realizar mediciones RGB rápidas y evaluaciones cuantitativas de la diferencia de color en las mismas condiciones, incluso para una muestra diferente del mismo tipo de producto.
Identificación de los diferentes tipos de película mediante la medición RGB
El Microscopio Digital 4K Serie VHX puede capturar imágenes 4K nítidas y realizar mediciones RGB de alta precisión. Estas características lo hacen útil para identificar diferentes tipos de películas, que son difíciles de determinar visualmente.
Además de las diferencias precisas entre los valores medidos en RGB, la Serie VHX puede capturar claramente las sutiles diferencias de textura —que normalmente son difíciles de comprobar debido a su bajo contraste— que surgen de las diferencias en los materiales y el procesamiento.
Además, es fácil identificar los tipos de productos de película comparando sus imágenes una al lado de la otra en un gran monitor LCD en color de 27 pulgadas especialmente diseñado para mostrar imágenes fieles al objetivo.
Este avanzado rendimiento fundamental no sólo simplifica las operaciones de medición de los valores RGB de la película, la investigación de las diferencias de color y la diferenciación entre los tipos de productos, sino también la observación y el análisis avanzados de las imperfecciones y los defectos microscópicos de las superficies de la película.
Conversiones de valores RGB y XYZ y creación automática de informes
En la siguiente tabla se muestran ejemplos de conversiones entre los valores XYZ y los valores RGB conforme a sRGB. W.P. es una abreviatura de punto blanco.
| Sistema RGB | Tres colores primarios y 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) |
Se puede instalar Excel directamente en el Microscopio Digital 4K Serie VHX, lo que permite convertir fácilmente los valores medidos y crear informes automáticamente con este único dispositivo.
Medición RGB, conversión a valores XYZ y creación automática de informes con la Serie VHX
- Todos los ajustes de captura de imágenes se pueden reproducir a partir de imágenes anteriores, por lo que es fácil capturar imágenes bajo las mismas condiciones de iluminación y de la cámara.
- Se pueden adquirir valores sRGB precisos simplemente reduciendo la luz ambiental tanto como sea posible y ajustando el balance de blancos de forma adecuada.
- Se puede instalar Excel directamente en la Serie VHX, lo que permite realizar mediciones sRGB, conversiones a valores XYZ y la creación automática de informes con sólo este dispositivo.
Uso de un dispositivo para optimizar la medición RGB y otros trabajos que requieren un microscopio
El Microscopio Digital 4K Serie VHX se puede utilizar para medir cuantitativamente los valores RGB de las películas (como se muestra en el ejemplo anterior), así como de varios otros objetos. Además, gracias a que Excel se puede instalar directamente en este producto, este dispositivo solo puede mejorar en gran medida la eficiencia de todo el trabajo relacionado con los informes al permitir la salida de datos a plantillas, la conversión automática a valores XYZ y la creación automática de informes.
Además, el control automático evita la sobre especialización del trabajo al permitir que incluso los usuarios que no están familiarizados con los microscopios los operen fácilmente.
La medición RGB precisa de la Serie VHX está respaldada por su alto rendimiento y funcionalidad como microscopio. En consecuencia, este dispositivo solo se puede utilizar en múltiples tipos de trabajo, como la observación, la medición 2D y 3D, y la medición de área/conteo automáticos en la investigación y el desarrollo, así como en el aseguramiento de la calidad en diversas industrias.
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