입자 형상의 자동 측정·해석에 의한 평가의 정량화

원형도

입자 형상 측정 시 가장 폭넓게 사용되는 파라미터가 원형도입니다. 일반적으로 입자가 완전한 구체에 어느 정도 가까운지를 원형도로 나타냅니다. 마멸성을 지닌 입자의 마모 특성을 평가하는 경우 등에 사용되는 파라미터입니다.
투영 면적을 S, 둘레의 길이를 L이라고 했을 때 다음 식으로 구할 수 있습니다. 원형도 1은 완전한 원을 뜻하며 형상이 복잡할수록 원형도가 1보다 작은 값이 됩니다.

가로세로비·신장도

X·Y·Z축 중에서 두 개의 축 길이 비율이 가로세로비입니다. 바늘 형상 또는 계란형 입자와 같은 1개의 축 위에서 치수가 다른 입자와 구체 또는 정사각형과 같은 입자를 구별하기 위해 사용됩니다.
입자의 단축 직경을 a, 장축 직경을 b로 했을 때 그 비율(a/b)을 구할 수 있습니다. 원형이나 정사각형과 같이 가로세로비가 1인 경우, 세장을 나타내는 「신장도(elongation)」가 0이 됩니다. 신장도는 다음 식으로 구할 수 있습니다.

포락도

포락도는 응집한 입자를 검출하거나 표면 거칠기를 평가할 때 사용되는 파라미터입니다. 실제 입자는 복잡한 형상이지만 평가 시 각 입자의 자세한 형상이 불필요한 경우가 있습니다. 따라서 주위 형상을 어느 정도 단순화하여 평가를 쉽게 만드는 파라미터가 포락도입니다.

포락도를 산출할 때는 입자의 윤곽 주위에 고무 밴드를 감았다고 가정했을 때 신장 상태의 고무 밴드 길이로 나타내는 「포락 둘레 길이」를 이용합니다. 이는 입자 둘레 길이(단면 접촉)라고도 합니다.

이 포락 둘레 길이로 다음 식을 사용해 「둘레 길이 포락도」 및 「면적 포락도」를 산출할 수 있습니다.

입자의 윤곽이 매끄러울수록 포락도와 면적 포락도의 값은 1에 가깝습니다. 반면에 응집한 1차 입자 및 입자의 윤곽이 거친 경우에는 포락도와 면적 포락도의 값이 1보다 낮아집니다.

다음 항에서는 이들 파라미터의 산출에 필요한 측정값을 취득하는 방법에 대해 설명합니다.

2치화란

다수의 계조를 가진 화상에서 두 가지 색으로 나누어 변환하는 처리를 말합니다. 임의의 범위에서 한계값에 따라 각 화소의 값을 비교하고 2가지로 분류합니다.
화상을 2치화하면 필요한 부분에서 임의의 정보만 추출할 수 있으므로 입자 형상의 측정·산출이 쉬워지고, 시간을 단축할 수 있습니다.

입자 형상 측정의 화상 해석법

입자 형상 측정 파라미터 중 면적 포락도의 측정·산출을 예로 들어 화상 해석법에 대해 설명합니다.

면적 포락도를 화소 수(pixel)로 2치화하여 구하는 예를 간략화한 도표로 정리했습니다. 화상에서 13 pixel을 실제 입자의 면적, 25 pixel을 포락 둘레 길이의 면적으로 정의하여 다음 값을 산출할 수 있습니다.

다음으로 선명한 4K 화상 취득과 인텔리전트한 자동 측정·해석 기능을 통해 정량적인 평가를 간단하게 실현하는 4K 디지털 마이크로스코프의 활용 사례를 소개합니다.

입자 형상 측정·해석의 4K 디지털 마이크로스코프를 이용한 자동화·효율화

4K 디지털 마이크로스코프 「VHX 시리즈」는 일반 광학 현미경의 20배 이상 깊은 피사계 심도와 고분해능을 동시에 실현한 광학계 및 4K CMOS, 독자적인 관찰 시스템을 채택했습니다. 고해상도 4K 화상을 간단하게 취득할 수 있으므로 검출 오류 및 인식 오류를 방지하여 정확한 측정·해석을 실현합니다.
기존에는 많은 시간이 필요했던 조명의 조건 설정도 버튼 하나로 모든 방향에서 조명을 조사하여 촬상한 복수의 화상 데이터를 자동으로 취득하는 「멀티 라이팅」 기능을 통해 시간을 단축할 수 있습니다. 목적에 맞는 화상을 시각적으로 선택하기만 하면 신속하게 관찰 및 해석을 시작할 수 있습니다. 또한 과거의 화상을 선택하는 것만으로 당시의 조건을 완전하게 재현할 수 있으므로, 샘플 개체 및 작업자가 달라져도 동일한 조건의 측정·해석을 실현합니다.

그리고 「자동 면적 계측·카운트」 기능을 사용해 취득한 화상에서 선택한 범위의 입자를 자동으로 측정·해석을 끊김없이 실행 가능합니다. 입자의 정확한 카운트 및 원형도·최대 직경·최소 직경·둘레 길이 포락도·면적 포락도 외에 이들의 평균·표준 편차·최대값·최소값·총계 등 서브미크론 단위의 자세한 수치를 자동으로 계측·산출하여 목록으로 표시할 수 있습니다.
예를 들어 각 입자의 최대 직경과 최소 직경의 비율로 가로세로비를 구하거나, 높은 콘트라스트의 화상을 활용해 각 입자의 면적 포락도를 고정도로 취득할 수도 있습니다.