透過自動量測、分析粒子形狀將評估定量化
粒子材料被用於各種產業領域的產品。要評估其性能或了解其物理性質時，不只該掌握粒徑（粒子徑），粒子的形狀也非常重要的。因此在使用粒子材料的生產現場中，若要適當管理產品的品質、性能及製造製程，就必須定量量測粒子形狀。
在此說明量測粒子形狀的目的及代表性的參數，並介紹運用4K數位顯微鏡自動量測粒子形狀的案例。
量測粒子形狀的目的
下表列舉出粒子形狀量測目標物的代表性產品領域範例，以及需藉由量測粒子形狀來進行評估的物理特性。
| 產品領域 | 評估的物理特性 |
|---|---|
| 食品 | ・口感 |
| 醫藥品 | ・藥物傳遞系統（DDS）中的粉末流動性 ・易操作性 |
| 產品的加工、處理 | ・使用研磨劑（SiC等）及工具等研磨的效率 ・陶瓷的燒結特性 |
粒子形狀量測的參數（圓形度、長寬比、包絡度）
粒子形狀量測的代表性參數為「圓形度（circularity）」，不過也經常使用「長寬比（aspect ratio）」及「包絡度（凸度［convexity］ / 實度［solidity］）」等其他參數。以下說明這些在量測並評估粒子形狀時相當重要的參數。
圓形度
在粒子形狀量測中，最廣泛使用的參數就是圓形度。通常會以圓形度來表示粒子接近完美球體的程度。也是評估具磨損性的粒子的磨損特性時會用到的參數。
設投影面積為S、周長為L時，能以下列算式求出圓度。圓形度1指的是完美的圓，而形狀越複雜，圓形度的值也就越小於1。
長寬比、伸長率
X、Y、Z軸其中兩軸的長度比就是長寬比。會用來區別如針狀或蛋形粒子等在單軸上具備不同尺寸的粒子，以及像球體及正方形的粒子。
設粒子的寬度為a、長度為b時，可求得兩者的比（a/b）。像圓形及正方形，長寬比為1時，表示細長度的「伸長率（elongation）」便為0。伸長率能以下列算式求出。
包絡度
包絡度是用來檢測凝聚的粒子，或評估表面粗糙度時使用的參數。雖然實際的粒子具備複雜的形狀，但進行評估時，有時並不需要用到各粒子的詳細形狀。因此，將外圍形狀簡化到一定程度，讓評估變得更容易的參數便是包絡度。
計算包絡度時會用到「凸體周長」，可將其比喻成橡皮筋被套在粒子的輪廓周圍時，處於伸長狀態的總長。這個數值也稱為粒子周長（端面接觸）。
有了凸體周長即可透過下列算式計算出「凸度」及「實度」。
只要粒子輪廓越平滑，包絡度及實度的值就會越接近1。另一方面，如果凝聚的一次粒子及粒子的輪廓較粗糙，包絡度及實度的值就會遠低於1。
下一節將說明取得算出這些參數所需之量測值的方法。
量測粒子形狀的方法
量測立體又複雜的粒子形狀時通常會使用影像分析法，將放大的粒子影像轉換成2D的投影圖。
接著對粒子的影像執行稱為「二值化（二維二進位）」的影像處理。擷取最適合進行目標分析的資訊來取得粒子形狀的量測值，計算出評估所需的各種參數特徵量。
何謂二值化
指的是將具備多個灰階的影像區分並轉換成兩種顏色的處理。可於任意範圍中依照閾值來比較每個畫素的值，將其分成兩類。
將影像二值化後，即可只從必須的部分擷取任意的資訊，讓量測與計算粒子形狀變得更容易、更快速。
粒子形狀量測中的影像分析法
以下以粒子形狀量測參數中的實度量測與計算為例來說明影像分析法。
將畫素數（pixel）二值化，以求得實度的範例如右側簡圖所示。將影像中的13 pixel定義為實際的粒子面積，25 pixe定義為凸體周長的面積後，即可計算出以下的值。
下一節將介紹能取得清晰的4K影像且具備智慧型自動量測、分析功能，可簡單實現定量評估的4K數位顯微鏡應用案例。
自動量測、分析粒子形狀的案例
要從粒子的影像取得正確的量測值，就必須先用顯微鏡以最佳的條件來放大與清晰拍攝粒子。此外也必須依據無偏差的粒子形狀量測，對散佈於視野中的所有粒子計算出高可靠性的參數。
然而要找出拍攝粒子的條件以及對焦於目標物的難度相當高，量測者必須非常熟練，且具備高度的技術。即使量測者經驗豐富，量測重疊的粒子依然是一個困難的課題。
KEYENCE的超高精細4K數位顯微鏡「VHX系列」搭載了先進的光學系統及全電動硬體，可取得適合執行正確粒子分析的清晰影像。只要透過簡單的操作即可運用豐富的功能，能強力支援分析作業。藉由能夠自動分析已取得4K影像的功能，還可以簡單又迅速地執行以往困難的高階量測與分析。
以下介紹應用「VHX系列」來取得粒子的清晰放大影像，以及自動量測、分析粒子形狀的案例。
在量測、分析粒子形狀時，以4K數位顯微鏡實現自動化、提升效率
4K數位顯微鏡「VHX系列」採用能兼顧一般光學顯微鏡20倍以上的大景深與高解析度的光學系統、4K CMOS，以及獨創的觀察系統。可簡單地取得高精細4K影像，避免錯誤檢測及錯誤識別，實現正確的量測與分析。
就連以往需要耗費許多時間找出的照明條件，也能透過1個按鈕自動取得多張以全方位照明拍攝的「多重照明」功能來縮短時間。只需以視覺選擇符合目的之影像便能迅速開始觀察及分析。此外，只需選擇過去的影像，就能完全重現當下的條件，即使樣本個體或量測者不同，也能在相同條件下進行量測與分析。
還能使用「自動面積量測、計數」功能，對已取得的影像選擇範圍進行自動量測、分析粒子。除了正確計數粒子及圓形度、最大直徑、最小直徑、凸度、實度以外，也能自動量測與計算平均值、標準偏差、最大值、最小值、總和等，並以清單顯示次微米級的詳細數值。
舉例來說，可以依據各粒子最大直徑與最小直徑的比率求得長寬比，也能運用高對比影像來高精度地取得各粒子的實度。
使粒子形狀量測、評估定量化、高速化的4K數位顯微鏡
4K數位顯微鏡「VHX系列」能透過簡單的操作，迅速取得清晰的4K影像並執行自動量測、分析，實現定量評估。
此外「VHX系列」可直接安裝Excel，使用任意的範本來輸出數值與影像，自動編製報告。僅需1台便能無縫執行從放大拍攝粒子到量測與分析、編製報告的一連串作業，大幅提升粒子的量測效率。
強力支援粒子形狀量測的「VHX系列」的詳細說明請下載型錄，或洽詢KEYENCE。
