CN102422147A - 对琢石成像的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种对琢石成像的方法。本方法包括：a)识别琢石的定向(202)，b)根据该定向产生琢石的体积模型(203)，c)从琢石周围的多个视角捕获多个琢石的图像(204)，d)使用该体积模型从这多个图像获得图示琢石的多个片段(205)，以及e)从这多个片段形成琢石的体积图像(207，208)。

Description

对琢石成像的方法和系统

相关申请

本申请要求于2009年3月11日提交的美国临时专利申请No.61/202,537的优先权。就好像在此充分地阐述的一样，将所有以上文献的内容通过引证结合于此。

技术领域和背景技术

在其一些实施方式中，本发明涉及成像，更具体地，但是并非唯一地，涉及对琢石(cut stone)成像的方法和系统。

通常基于琢石(诸如钻石)对人眼的视觉外观来对其进行分析。就这一点而论，琢石的视觉外观是钻石的质量的首要指标。因此，因为钻石质量基本上基于人的视觉，所以钻石分析需要辨别力的训练、鉴定(opinion)的形成和基于视觉比较找出细微差别的能力。

关于钻石分析，钻石分析的基础包括4C(色泽(color)、净度(clarity)、切工(cut)和克拉重量(carat weight))分析，一种由美国宝石学院(GIA)定义的分析方法。4C中的两个，色泽和净度，按照某一等级或连续统(continuum)来鉴定。对于无色到浅黄色钻石，按照通常所说的GIA D至Z等级来进行分析。GIA D至Z色泽等级(从无色到黄色)是一种国际标准，自从其形成以来，该标准已使GIA的基准钻石标准化。

通常，钻石质量分析由一组经过专门训练的人来执行，这些人从视觉上检查钻石的特征，诸如夹杂物和结构上的瑕疵。这种由每个人短时间内集中进行的工序包括许多的检查、测量和检验。该工序还包括质量控制，并可包括各种无损检测，以识别处理、填充或其它可能影响样本的质量的缺陷。

在近几年中，已出现涉及琢石成像的方法。例如，于2004年4月30日提交的美国专利No.7461017描述了向顾客提供关于珠宝物品的特征的信息证书的系统和方法。该系统包括：终端，具有构造成用于接收关于第一珠宝物品的至少第一特征的用户输入信息的用户界面；照相机装置，能够获得与第一珠宝物品的至少一部分有关的图像信息；以及打印装置，至少暂时性地接合至终端和照相机装置，并能够打印第一证书，其中，第一证书包括基于用户输入信息的第一信息部分和基于图像信息的第二信息部分，并且其中，终端、照相机装置和打印装置邻近第一珠宝物品的本地销售点。

已出现其它用于改进或促进钻石鉴定工序的方法和系统，例如于2003年6月9日提交的美国专利No.7,136,154描述了一种用于鉴定钻石的切工等级的宝石评级系统，其中，测量特定的切工和特征，并将结果与理论完美切工相比较，且根据与理论完美切工的偏差提供预定分数；并且其中，将偏差分数加和，且然后从初始完美分数中减去，以提供切工的质量的一般可供比较的指标。

发明内容

根据本发明的一些实施方式，提供了一种对琢石成像的方法。本方法包括：a)识别琢石的定向(orientation)，b)根据该定向产生琢石的体积模型，c)从琢石周围的多个视角捕获琢石的多个图像，d)使用体积模型从多个图像采集(crop)图示琢石的多个片段(segment)，以及e)从这多个片段形成琢石的体积图像。

可选地，本方法进一步包括呈现(present)体积图像，以允许从多个视角中的任一个对琢石成像。

可选地，多个片段图示处于第一方位(placement)中的琢石，进一步包括将琢石重新定位在第二方位中，并重复b)-d)，以产生图示处于第二方位中的琢石的多个额外片段，所述形成包括在多个片段与多个额外片段之间进行合并，以形成体积图像。

更可选地，所述形成包括使多个片段与多个额外片段之间相互关联。

可选地，所述识别包括从琢石周围的多个观看点捕获琢石的多个校准图像，并根据对这多个校准图像的分析来估计定向。

可选地，所述产生包括从琢石周围的多个观看点捕获琢石的多个建模图像，并根据对这多个建模图像的分析来产生体积模型。

更可选地，所述识别包括根据定向来计算扫描路径，并操纵至少一个图像传感器，以根据该扫描路径来捕获多个建模图像。

可选地，通过操纵至少一个图像传感器来执行捕获，以根据体积模型和定向中的至少一者来捕获多个图像。

可选地，所述捕获包括从位于琢石周围的虚拟球体的表面上的多个视角捕获多个图像。

可选地，本方法进一步包括用从多个反射元件散射出的光照亮琢石。

根据本发明的一些实施方式，提供了一种对琢石成像的系统。本系统包括：支架(holder)，用于安装琢石；至少一个图像传感器；图像传感器致动器，所述图像传感器致动器操纵至少一个图像传感器，以从琢石周围的多个视角捕获琢石的多个图像；图像捕获模块，所述图像捕获模块分析多个图像，以计算琢石的体积模型，并根据该体积模型从多个图像中的一组采集图示琢石的多个片段；重建(reconstruction)模块，所述重建模块从多个片段重建琢石的体积图像；以及输出单元，所述输出单元输出体积图像，以允许从多个视角中的任一个对琢石成像。

可选地，分析多个图像以计算琢石的定向从而计算扫描图案的图像捕获模块进一步包括控制器，当计算体积模型时，所述控制器根据扫描图案命令支架和图像传感器致动器分别使琢石和图像传感器旋转。

更可选地，本系统进一步包括控制器，所述控制器命令支架和图像传感器致动器分别使琢石和图像传感器旋转，以从多个视角捕获所述组。

可选地，视角位于琢石周围的虚拟球体的表面上。

可选地，支架设定成使琢石围绕第一旋转轴线旋转，图像传感器致动器构造成使图像传感器围绕第二旋转轴线旋转，第一旋转轴线和第二旋转轴线彼此垂直，执行旋转，以在多个视角之间操纵至少一个图像传感器。

可选地，本系统包括设定成以这样的方式操纵的背景元件，即，使得图示琢石的每个图像在后方都具有该背景元件。

可选地，本系统包括：照明机构(lighting setup)，所述照明机构照亮琢石；以及光散射体(light diffuser)，所述光散射体的尺寸和形状适于放置在琢石与至少一个图像传感器之间，所述光散射体具有至少一个缝隙，以允许至少一个图像传感器从多个视角捕获多个图像。

可选地，本系统包括放置在光散射体中的至少一个照明源，以增加至少一个图像传感器的曝光。

可选地，本系统包括用于将琢石保持在支架上的真空压力发生器。

可选地，本系统包括设定成用至少一个图像传感器来操纵的照明源，以从多个视角照亮琢石。

根据本发明的一些实施方式，提供了一种对琢石成像的方法。本方法包括：a)通过从第一部分周围的多个视角获得的多个图像形成琢石的第一部分的第一部分体积图像，b)通过从第二部分周围的多个额外视角获得的多个额外图像形成琢石的第二部分的第二部分体积图像，c)合并第一部分体积图像和第二部分体积图像，以形成琢石的体积图像，以及d)输出体积图像。

除非另有定义，否则，本文中使用的所有技术术语和/或科学术语都具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。虽然在本发明的实施方式的实践和测试中可使用与那些在本文中所描述的方法和材料相似或等价的方法和材料，但是以下描述了示例性的方法和/或材料。在相冲突的情况中，将控制专利说明书，包含定义。另外，材料、方法和实例仅是说明性的，而并非旨在必须是限制性的。

对本发明的实施方式的方法和/或系统的执行可包括手动地、自动地或以其组合方式执行或完成所选择的任务。此外，根据本发明的方法和/或系统的实施方式的实际仪器和设备，可通过硬件、通过软件、或通过固件、或使用操作系统通过上述各项的组合来执行几个所选择的任务。

例如，可将用于执行根据本发明的实施方式的所选择的任务的硬件实现为芯片或电路。作为软件，可将根据本发明的实施方式的所选择的任务实现为通过计算机使用任何适当的操作系统执行的多个软件指令。在本发明的一个示例性实施方式中，通过数据处理器(诸如用于执行多个指令的计算平台)来执行根据如本文中所描述的方法和/或系统的示例性实施方式的一个或多个任务。可选地，数据处理器包括用于储存指令和/或数据的易失性存储器和/或非易失性存储器，例如，磁性硬盘和/或可删除介质，以用于储存指令和/或数据。可选地，还提供网络连接。可选地，还提供显示器和/或用户输入装置，诸如键盘或鼠标。

附图说明

在本文中参考附图仅以实例的方式描述本发明的一些实施方式。现在详细地具体参考附图，需要强调的是，以实例的方式示出了细节，并且是出于对本发明的实施方式的说明性论述的目的。在这点上，结合图进行的描述使得，对于本领域的技术人员来说，如何可实践本发明的实施方式是显而易见的。

在图中：

图1是根据本发明的一些实施方式的用于形成琢石的体积图像的琢石成像系统的示意图；

图2是根据本发明的一些实施方式的图像传感器致动器的示意图，所述图像传感器致动器设置成用于在与其上安装有琢石的支架的旋转轴线平行的平面中在琢石周围操纵图像传感器；

图3是用于图示本文中使用的术语的示例性琢石的示例性示意图；

图4是根据本发明的一些实施方式的照明机构的示意图，所述照明机构具有一组用来照亮支架上的琢石的灯；

图5是根据本发明的一些实施方式的对琢石成像的方法的流程图；

图6A和图6B是根据本发明的一些实施方式的将示例性琢石支撑在两个不同方位中的示例性支架的示意图；

图7是根据本发明的一些实施方式的计算琢石相对于坐标系的定向的流程图；

图8是根据本发明的一些实施方式的支架上的琢石相对于示例性坐标系的示意图；

图9是根据本发明的一些实施方式的基于多个周向图像(circumferential image)形成体积模型的方法的流程图；

图10是根据本发明的一些实施方式的琢石的外垂直角(externalvertical angle)的示意图；

图11是根据本发明的一些实施方式的采集工序的流程图，在所述采集工序中，识别并采集图示琢石的片段；

图12是根据本发明的一些实施方式的从其旋转的模型获得的琢石片段的变平的图像；

图13是根据本发明的一些实施方式的琢石片段的二元掩码(binarymask)；

图14包括从琢石的体积图像获得的合并的且相互关联的片段；

图15图示了根据本发明的一些实施方式的示例性合并掩码梯度；

图16图示了根据本发明的一些实施方式的从示例性合并体积图像获得的示例性图像。

具体实施方式

在其一些实施方式中，本发明涉及成像，更具体地，但是并非唯一地，涉及对琢石成像的方法和系统。

根据本发明的一些实施方式，提供了一种自动地或半自动地形成琢石(诸如钻石)的体积图像的方法和系统，所述方法和系统允许观看者从多个不同的视角观看到成像的琢石。例如，体积图像从处于约60个到约360个之间的(例如144个)可能视角对琢石成像在穿过琢石的且其间隔开约1°的处于约5个到180个之间的不同平面中。

本系统包括：支架，可选地是旋转的，用于安装琢石；以及一个或多个图像传感器，所述图像传感器安装在一个或多个图像传感器致动器上。图像传感器致动器操纵图像传感器，以从琢石周围的多个视角捕获琢石的多个图像。可选地，图像传感器和支架具有竖直的旋转轴线。本系统进一步包括图像捕获模块，所述图像捕获模块分析多个图像，以计算琢石的体积模型，并根据该体积模型从一组图像采集图示琢石的多个片段。本系统进一步包括：重建模块，所述重建模块从多个片段重建琢石的体积图像；以及输出单元，所述输出单元输出体积图像，以允许从多个视角中的任一个对琢石成像。

根据本发明的一些实施方式，提供了一种对琢石成像的方法。本方法包括识别琢石的定向，例如通过分析从琢石周围的多个周向点获得的一组校准图像。然后，使用该定向来产生琢石的体积模型，例如通过获取并分析多个沿着根据该定向计算的扫描路径捕获的建模图像。现在，从琢石周围的多个视角(例如从处于环绕琢石的虚拟球体上的多个视角)捕获琢石的图像。现在，使用体积模型从图像采集图示琢石的片段。此工序允许从多个片段形成琢石的体积图像。

根据本发明的一些实施方式，提供了一种使用部分体积图像对琢石成像的方法。本方法基于从多个图像(从第一部分周围的多个视角获得)形成的琢石的第一部分的第一部分体积图像以及从多个额外图像(从第二部分周围的多个额外视角获得)形成的琢石的第二部分的第二部分体积图像。这些图像可选地使用在上文中概述的且在下文中描述的系统而获得。这允许合并第一部分体积图像和第二部分体积图像，以形成琢石的体积图像，并允许输出体积图像，例如用于显示。

在详细地说明本发明的至少一个实施方式之前，应该理解的是，并非必须将本发明的应用限制于在以下描述中阐述的和/或在图中和/或实例中示出的部件和/或方法的构造和布置的细节。本发明能够是其它实施方式或者以各种方式实践或实现。

现在参照图1，其是根据本发明的一些实施方式的形成琢石的体积图像的琢石成像系统100的示意图。如本文中所使用的，体积图像表示提供琢石的多维图像(例如三维图像)的数据集。体积图像可以是一组多个图像，每个图像均从不同的视角和/或基于这多个图像形成的3D元件来图示琢石。

如本文中所使用的，琢石99表示一块经切割的且可选地抛光的矿石，诸如钻石、宝石等。切工可以是例如圆钻型切工(round brilliant cut)、混合切工、玫瑰型切工、和/或阶梯型切工。切工可以按照以下标准来定义：注册宝石学家委员会(AGA)、美国标准、实用完美琢型、斯堪的纳维亚标准、奥伊利茨明亮琢型(Eulitz brilliant)、理想明亮琢型、以及帕克明亮琢型。此标准通过引证结合于此。

琢石成像系统100包括：支架101、可选地是旋转的，用于安装琢石99；以及一个或多个图像传感器102，诸如照相机，本文中简称为图像传感器102，所述图像传感器捕获琢石99的图像。图像传感器102连接至图像传感器致动器103，所述图像传感器致动器操纵所述图像传感器，以从支架周围的多个观看点捕获琢石99的图像。可选地，图像传感器致动器103是由电机(诸如步进电机)致动的杠杆。可选地，图像传感器致动器103支撑图像传感器102，从而使得所述图像传感器的透镜在旋转过程中位于距离琢石约10厘米的距离处。可选地，如图2所示，图像传感器致动器103设置成在与支架101的旋转轴线平行的平面中在琢石99周围操纵图像传感器102。在这种实施方式中，图像传感器102旋转所围绕的旋转轴线与琢石99旋转所围绕的旋转轴线垂直。此旋转轴线将图像传感器保持在大致位于琢石的中心前方。这些旋转轴线允许从位于琢石99周围的虚拟球体的表面上的任何点对琢石99成像。为了对被支架隐藏的部分成像，对琢石99成像在两个相反的方位中，例如如以下在图6A和图6B中所描述和图示的。图像传感器可以是基于电荷耦合器件(CCD)的传感器、基于互补金属氧化物半导体(CMOS)的传感器和/或任何其它用于捕获琢石的图像的传感器。可选地，图像传感器102是三百万像素的MP传感器或更大的。可选地，图像传感器102具有可替换的透镜。于是，可基于琢石99的尺寸来选择并使用各种透镜，例如微距镜头16mm、25mm、30mm、和/或50mm。可选地，图像传感器102具有可控的焦距，可选地根据图像传感器102距离宝石的距离来确定。该距离可手动地设置、从下面形成的体积模型提取、和/或使用距离检测器(诸如基于激光的距离检测器)来估计。可选地，各种焦距深度用于相同的区域，例如，用于对台子成像。可通过图像传感器102的透镜内的焦距电机、改变图像传感器的位置、和/或在扫描过程中升起宝石(例如使用支架101中的升降元件)来改变焦距。可选地，图像传感器102包括显微镜图像传感器，所述显微镜图像传感器允许捕获图像，以进行小夹杂物检测。

图3是用于图示本文中使用的术语的示例性琢石99的示例性示意图。用相应的数字图示腰部(girdle)81、亭部(pavilion)83、冠部(crown)84、上台面(upper table)85和尖底(culet)82。可选地，图像传感器101包括照明源，所述照明源朝向其成像的区域。可选地，将图像传感器102放置在半移动(hal ftransferable)镜子和/或白色反射体之后，以减少反射。可选地，图像传感器102的透镜设置有白色反射体。

琢石成像系统100进一步包括计算单元105(诸如个人计算机、膝上型电脑、微处理器和/或数字信号处理(DSP))以及控制器104，所述控制器控制图像传感器致动器103。计算单元105可选地作为图像捕获模块106和重建模块107的主机，所述图像捕获模块计算用于操纵图像传感器102和/或使支架101旋转的运动扫描图案，所述重建模块通过合并由图像传感器102从多个观看点获得的多个琢石图像来重建琢石99的体积图像，琢石99和/或图像传感器102被操纵。因为体积图像基于从琢石周围的多个观看点获得的多个图像，所以，其可允许观看者从各个可能的角度接收琢石的图像。如下面进一步描述的，体积图像可以不包括具有估计值的像素，并由此提供琢石99的真正的且可靠的图示。以下形成的体积图像可仅基于琢石99的图像，并由此不需要使用外部数据源，诸如预定的模型、估计的轮廓线等。因而，体积图像可用来精确地评估琢石。

可选地，系统100包括在对琢石成像的同时照亮琢石99的照明机构。这允许捕获能清楚地观看到琢石99的内含物的图像，同时增大琢石99的亮度。可选地，小型荧光灯和/或LED用来提供非彩色的且均匀的光。

光的均匀性允许合并从环绕琢石99的虚拟球体上的不同观看点获得的图像，从而形成没有或基本上没有亮度差异的体积图像。例如，照明机构允许相似地照亮腰部81以下的亭部锥形体和腰部81以上的截顶冠部锥形体，同时对它们成像。例如，现在参考图4，其是根据本发明的一些实施方式的一组灯131的示意图，所述灯用来照亮支架101上的琢石99。例如，这组灯131包括定位在盒子中的6个LP 28W冷白色灯泡。

可选地，将背景元件放置在支架101上，以为由图像传感器102捕获的图像提供背景。于是，背景元件(可选地是黑色的)与支架一起旋转，确保琢石99在成像过程中介于图像传感器102与背景元件之间。

如图4所示，旋转的支架101放置在盒子(诸如35×35×35cm的盒子，具有用白色表面覆盖的内壁)的中心处。可选地，照明机构包括光散射体，例如15cm直径的白色无光泽的半球状或基本上为半球状的元件。半球状元件定位成使得其内部空间朝着支架101和琢石99转动，并使得将琢石99定位在半球状元件的中间前方，例如上边缘以下5厘米(cm)。可选地，半球状元件的前侧中形成有约2cm宽的竖直槽。可选地，琢石99与半球状元件之间的距离是约110mm。该竖直槽允许对琢石99成像，例如通过使图像传感器102旋转，从而使得所述图像传感器的光轴穿过竖直槽。竖直槽可选地比灯泡的顶端高，从而使得直射光不会进入到半球体中。

照明机构允许用从多个反射元件(诸如盒子的壁和/或光散射体)散射出的光照亮琢石99。在这种实施方式中，为了得到均匀的且柔和的照明，可选地光散射多次，例如两次。例如，第一散射来自外盒132，在所述外盒中，从内壁均匀地散射光，并且第二散射来自半球体，在所述半球体中，使光朝着琢石99聚焦。多次散射致使清楚地照亮琢石99的内部。这种照明增加了琢石99的刻面的闪烁，并抵消了来自琢石99的表面(例如来自上台面85)的直接反射效应。还实现了从琢石99(诸如钻石)的内部空间清楚地观看到下刻面。

可选地，将一个或多个照明源(诸如3×3阵列大的白色LED)定位在半球体内，从而从相对于缝隙的前部位置照亮琢石99。可选地，每个照明源均包括覆盖有初步抛光的丙烯酸玻璃箔的LED，以使LED的锐边模糊。在使用中，在扫描工序过程中，使照明源通电，以使图像传感器102曝光过度，从而使得图像捕获琢石的轮廓线，实现琢石与其周围环境之间的强烈刺眼的对比。

还参考图5，其是根据本发明的一些实施方式的对琢石成像的方法200的流程图。

首先，如在201处所示，将琢石99安装在旋转的支架101上、且安装在第一方位(诸如101)中。例如，如图6A所示地或如图6B所示地放置琢石99。这些图分别图示了琢石99在支架101中的第一方位和第二方位。第一方位和第二方位是相反的方位。例如，当琢石99是圆钻型切工钻石时，第一方位将琢石99定位成台面侧向上，而第二方位将琢石99放置成亭部侧向上。支架101可选地包括可选地是环形的支撑元件71，所述支撑元件支持琢石99，从而使得尖底82转向下，并且琢石99的中心轴线垂直于支架101的底座。在扫描工序过程中，支架允许稳定地安装琢石99。可选地，支撑元件71是可拆卸的且可替换的。在这种实施方式中，根据琢石99的形状和/或尺寸，从一组多个支撑元件中选择支撑元件。于是，某一宝石切工可具有调节的支撑件，例如，圆形的、椭圆形的，等等。

可选地，使用真空压力发生器来将琢石99保持在支架101上，例如当所述琢石旋转时。真空压力发生器可选地包括用于在琢石99上形成真空附设压力的管子。管子沿着支架101放置，从而使得所述管子的顶部面向支撑元件71。管子可选地是由玻璃或丙烯酸玻璃制成的、与电机管轴相接合的白色吸管。在扫描工序过程中，管子允许在琢石99上施加真空压力。此压力将琢石99保持在位。可选地，将可选地由硅制成的适配器附设于管子的顶部，从而适合琢石99的表面。当琢石为向上方向时，通过适配器覆盖尖底。当琢石向下定位时，将琢石的台面放置在适配器上。

如在202处所示，检测琢石在其当前方位中的定向。现在参考图7，其是根据本发明的一些实施方式的计算琢石99相对于坐标系的定向的流程图。为了简明起见，还参考图3，如上所述地，其是具有圆钻型切工的示例性琢石、钻石的图像。

首先，如在300处所示，捕获并提供一组多个校准图像，所述多个校准图像从琢石周围的多个观看点图示了琢石99。可选地，本文中被称为校准图像的这些图像是当周向图像传感器102的光轴基本上垂直于钻石99的腰部时所获得的图像。可选地，这些校准图像在钻石99周围获得。例如，可获得360个图像，每个图像均从琢石99的中心轴线周围的介于0°到259°之间的不同角度获得。可选地，不同图像的视角之间的水平角差处于约1°到约6°之间，例如2.5°。为了清楚起见，视角意指起源于琢石99中和/或其上的点(可选地起源于琢石99的中心)的轴线的角度。该角度可与水平面和/或穿过琢石99(可选地穿过琢石99的中心)的平面相关。现在，根据校准图像来计算琢石99的定向。

对每个校准图像重复块301至304。如在301处所示，找到腰部的左右边缘401，402。可选地，使用高通滤波器来处理校准图像。然后，根据之前捕获的校准图像(其中通过跟踪(follow)宝石99的轮廓线来首先识别左右边缘，可选地，从所述宝石相对于水平面的最高点开始跟踪)中的之前识别的左右边缘401，402的坐标来采集两个子图像。使用凸包算法(convex hull algorithm)来填充每个采集的图像。这允许将其中的左边缘401或右边缘402标记成5个水平像素的平均值，所述水平像素为距离钻石的中心最远的，可选地根据尖底82的位置来识别。

如在302处所示，如在403处所示，计算左右边缘401，402之间的距离。此距离在本文中可被称为腰线长度。如在303处所示，计算腰部404的宽度。此宽度在本文中可被称为腰部宽度。如在304处所示，连接左右边缘401，402的线与亭部83或冠部84之间的角度405取决于所执行的琢石99的定位。

将对每个校准图像的每个302-304所收集的数据储存在多个向量中。将每个图像中的左右边缘之间的距离记载(document)在距离向量中，将每个图像中的腰部402的宽度记载在腰部宽度向量中，并将每个图像中的连接左右边缘的线与亭部/冠部之间的角度记载在倾角向量或角度向量中。可选地，相对于腰部402周围的周向图像传感器102的坐标来确定坐标。这些向量提供了琢石99的周界的映射，并允许计算琢石99的定向。

相对于在三维空间中指定的坐标系定向琢石99。如在305处所示，例如通过计算平均腰线与水平面之间的平均角度来估计琢石99相对于坐标系的水平面的倾斜。现在，如在306处所示，根据向量来计算琢石99的法向量。这允许，如在307处所示，计算法向量在水平面上的投影与坐标系的X轴之间的角度，在本文中被称为phi(Φ)，并且，如在308处所示，计算法向量与坐标系的Z轴之间的角度，在本文中被称为theta(Θ)。可选地，在抵消倾斜的效果之后计算phi和theta。为了清楚起见，在图8中标记示例性坐标系phi(Φ)和theta(Θ)，图8是根据本发明的一些实施方式的支架101上的琢石99相对于示例性坐标系的示意图。

现在，如在309处所示，使用倾斜、theta和phi来计算琢石99的定向。应注意的是，theta是由所有图像中的左右边缘之间的角度产生的正弦的振幅，phi是琢石的旋转角，其中腰部与水平轴线之间的角度是最大的(等于theta)。

现在再次参考图5。在计算琢石99的定向之后，如在203处所示，估计处于当前方位中的琢石的体积模型。

现在参考图9，其是根据本发明的一些实施方式的基于多个周围图像形成体积模型的方法的流程图。

首先，如在501处所示，根据在202中估计的定向来计算扫描路径。可选地，通过抵消倾斜和theta失真(distortion)的效果来计算运动扫描路径，如上所述地，对每个校准图像计算theta失真。

这允许，如在502处所示，沿着运动扫描路径操纵图像传感器102，从而使得所述图像传感器的光轴与琢石99的腰部基本上垂直。当沿着运动扫描路径操纵图像传感器102时，捕获第二组图像，在本文中被称为建模图像。如下面进一步描述的，合并来自这些图像的片段，以重建琢石99的体积模型。在使用中，图像传感器致动器103可选地改变图像传感器102相对于水平面的仰角和/或角度，从而使得图像传感器102完全沿着运动扫描路径面向腰部。可选地，根据theta(其根据从相同的周向观看点获得的校准图像而计算)来计算运动在每个周向观看点中的振幅。在这种实施方式中，在所捕获的图像中，使所捕获的图像中的琢石99倾斜，然而腰部是直的。

对于每个图像执行以下操作。首先，如在503处所示，提取外垂直角。为了清楚起见，现在还参考图10，其是琢石99的外垂直角的示意图。可选地，外垂直角是这样的角度，即，当琢石99处于第一方位和第二方位中时，根据图像传感器102的视野而定义的角度。例如，外垂直角包括当亭部面向上且成像时在其以下则不能清楚地看到琢石99的台面部分的垂直角(在本文中被称为MinCrop)以及当使亭部面向上且成像时在其以上则不能清楚地看到尖底的垂直角(在本文中被称为MaxCrop)。这些角度允许完全图示钻石的亭部侧的图像与完全图示钻石的台面侧的图像之间的合并。外垂直角可选地包括左右边缘的外垂直角。应注意的是，虽然亭部和台面用于描述琢石99的方位和/或侧面，但是可使用系统100和方法200来对具有不同切工的琢石成像。在这种实施方式中，亭部指代下侧，而台面指代上侧。

如在504处所示，琢石99的移动的作用允许计算旋转移动的中心和琢石99的倾角。现在，如所示的，分割或切割在建模图像中图示琢石的部分。例如，在估计的旋转移动的中心周围采集图像。然后，例如使用高通滤波器和/或根据特定阈值来过滤图像。这允许识别在建模图像中图示的琢石切片(slice)的边界。

如在506处所示，根据估计的琢石99的角度来对准琢石切片。

如在507处所示，现在可排列来自所有建模图像的琢石切片，例如根据来自相反角度的两个切片图像之间的平均直径。如本文中所使用的，相反的片段是从两个相对的观看点图示琢石99的图像，从而使得相反的片段是镜像的(除了距离图像传感器102的距离以外)。根据琢石99相对于图像传感器102沿着运动扫描路径的旋转，围绕坐标系的Z轴排列图像。

这允许，如在508处所示，产生琢石99的体积部分的体积模型，从所有琢石片段对处于当前方位中的琢石99成像。可选地，使用凸包算法来填充体积模型。

可选地，可通过以下方式来校正琢石片段99的尺寸：使用与之成180度相对的琢石片段99，并测量两个琢石片段的平均直径。

可选地，使用边缘过滤器和/或通过“图像闭合(image close)”形态学方法的行密度的识别来改进采集。

可选地，使用在光轴处于琢石99的中心轴线上或平行于该中心轴线时所获得的琢石99的图像来产生体积模型和/或使这些片段变平(level)。

现在再次参考图5。现在，如在204处所示，从沿着环绕琢石99的虚拟球体的表面的多个观看点捕获一组琢石图像。可选地，不同图像的视角之间的水平和/或竖直角度差在约1°到约4°之间，例如，1°的水平角差和3.6°的垂直角差。

可选地，相对于穿过腰部的平面在约-40°到约90°之间获得琢石图像。可选地，以这样的扫描图案来操纵图像传感器，即，计算所述扫描图案，从而使得当Xamp是侧面组(verAng＝0)中的X移动振幅且Yamp是Y轴移动时，所述描述图案具有沿着X轴的中心旋转移动的正弦特性以及Y移动中的sine(verAng)*Xamp和cosine(verAng)*Yamp的重叠。

通过旋转支架101和图像传感器致动器103来捕获图像，从而改变图像传感器102相对于琢石99的表面的视角。在每个图像中，将图像传感器102的光轴引导至位于琢石99的表面上的另一个点。这允许基于处于当前方位中的琢石99的体积模型来产生体积图像。采集工序将图示琢石99的图像的片段与支架101和背景分开。

如上所述地，将琢石99放置在支架上，例如手动地。此外，例如如上所述地，可根据琢石99的定向来改变图像传感器102的扫描图案。因而，可提前确定和/或知晓琢石99与图像传感器102之间的距离。根据估计的旋转轴线的中心，在支架101和/或图像传感器的旋转的过程中，可校正此偏差。可选地，通过根据片段的直径与位于旋转圆周周围180°的相对切片直径之比的所述片段的尺寸的标准化来进行校正。此相对切片直径从另一侧描绘宝石的轮廓线，但是同时具有相似的轮廓线。

现在，如在205处所示，根据在203中产生的相应体积模型来采集处于当前方位中的琢石的琢石图像。

现在参考图11，其是根据本发明的一些实施方式的采集工序的流程图600，在该工序中，在琢石图像中，识别并采集图示处于其当前方位中的琢石99的片段。在每个琢石图像中保持此工序。

首先，如在603处所示，根据估计的角度来对准图像。可选地，根据用于捕获多个图像的扫描图案来执行对准。

现在，如在604处所示，从体积模型产生用于该片段的二元掩码(binary mask)。旋转体积模型，以与在当前琢石图像中图示的观看点的水平角和垂直角相匹配。可选地，设定体积模型的原始位置，从而使得垂直角＝0°。为了使用用于掩码产生的模型，将所述模型水平地和垂直地旋转，从而使得所述模型适合当前图像。使3D旋转的模型变平，以适合2D图像，例如如图12所示。然后，对变平的模型进行凸包(convhull)和填充。结果是允许去除图示背景和支架101的片段的琢石99的二元掩码，如图13所示。

如在605处所示，使用掩码来采集该片段。可选地，通过将该片段与二元掩码相乘来产生新的图像。可选地，通过将该片段的背景乘以(1-掩码)来产生人造背景。此工序的输出是图示处于当前方位中的琢石99的图像，且没有背景或支架101。现在，在已采集所有琢石图像之后，接收来自不同角度的处于当前方位中的琢石99的多个琢石片段。可选地，组合这些琢石片段，以产生处于其当前方位中的琢石99的部分体积图像。例如，部分体积图像可图示处于台面向上方位中的琢石99，如图6A所示，或者图示处于亭部向上方位中的琢石99，如图6B所示。

可选地，使用琢石99的特性来将琢石99与背景分开，例如，用于产生掩码。可选地，例如使用人机界面(MMI)(诸如与系统100连接的键盘)手动地提供琢石的特性和/或如果所捕获的图像和/或刻度与支架连接例如使用图像处理自动地提供琢石的特性。这些特性可以是估计的从琢石反射的光、光反射强度、尺寸的色泽、和/或其尺寸。这允许改进用来产生掩码和/或边缘检测工序的滤波器。

现在，如在206处所示，翻转琢石99，从而使得其当前方位改变，例如从台面向上方位改变成亭部向上方位，或者反过来。当琢石99处于当前方位(其现在是另一方位)中时，重复块202-205。这允许产生两组琢石片段，按照琢石99的部分体积图像来排列每组琢石片段。第一组从多个视角图示处于第一方位中的琢石99，第二组从多个视角图示处于第二方位中的琢石99。可选地，第一方位和第二方位是亭部向上方位和台面向上方位。

现在，如在207处所示，现在使处于第一方位和第二方位中的琢石的琢石片段相互关联。于是，使图示琢石处于台面向上位置中的部分体积图像(在本文中被称为台面体积图像)中的某一琢石片段的水平角和垂直角与具有相似的水平角和垂直角且从图示琢石处于亭部向上位置中的部分体积图像(在本文中被称为亭部体积图像)获得的相应琢石图像相互关联。

可选地，在多步工序中执行此相互关联。可选地，使用对亭部体积图像产生的体积模型和对台面体积图像产生的体积模型。为了简明起见，这些模型在本文中被称为亭部体积模型和台面体积模型。

在相关性的每个步骤中，使亭部体积模型旋转固定的水平角，并使亭部体积模型与台面体积模型统一(unify)。此旋转允许产生两个模型的统一体积。当统一体积最小且两个模型一致时，实现相互关联。首先，识别并可选地提取来自台面体积模型和亭部体积模型的公共部分。现在，转动亭部体积模型，以适合台面体积模型的形状。然后，以Δ(delta)水平角旋转亭部体积模型。使台面体积模型与旋转的亭部体积模型统一。可选地，将台面体积模型和亭部体积模型中的每个均表示为3D点矩阵。将这些矩阵附加在彼此之上，例如，通过将台面体积模型的3D点矩阵附加于旋转的亭部体积模型的3D点矩阵上。可选地，对每个可选的相关性计算统一模型的体积，并且所选择的相关性是具有最小的统一体积的相关性。

额外地或可替代地，使用亭部体积图像的片段与台面体积图像切片图像的片段之间的可选相关性的区域表面来检测相关性。用于此相关性的数据源包括亭部体积图像和台面体积图像的琢石片段组，例如如上所述地产生的。

现在，移动亭部体积图像的这组片段中的第一片段，以与台面体积图像的这组片段的最后一个片段相互关联，并且后续的片段变成第一片段。在此移动工序中，不移动台面体积图像的片段。现在，使亭部体积图像的每个片段与对应的台面体积图像的相应片段统一，并计算统一的表面。计算所有统一表面之和，并且此工序的结果代表两个体积图像的统一体积。对于具有n个琢石片段的一组，反复地重复n次此过程。当统一体积最小时(这是两个体积图像一致的迹象)，获得相关性。

额外地或可替代地，使用左右边缘之间的距离、腰部的宽度、以及连接左右边缘401的线与亭部或冠部直径之间的角度来检测相关性。用于此相关性的数据是以上计算的距离、宽度、和/或角度向量。

首先，找到亭部体积图像的片段的距离向量与台面体积图像的片段的距离向量之间的最好的相关点和第二好的相关点。可使用宽度和角度向量来确定这两个中的哪个表示真实的相关性及其精确的位置。这定义了相关性，并允许根据相关点来旋转琢石片段。可选地，由操作员通过目测来校正相关性。可选地，操作员针对近似的区域，并且通过此区域中的最佳相关性来确定精确的点。可选地，使用图像配准技术来找到底部和/或向上图像，以找到底部的适当的图片。

现在，如在208处所示，合并部分体积图像，以形成琢石99的完整体积图像。琢石99的体积图像包括多个合并的相互关联的片段，例如如图14所示。在此工序过程中，将部分图像和互补图像组合成琢石99的单个完整图像，所述完整图像包括不仅通过一个部分体积图像成像的部分。如上所述地，在扫描过程中，覆盖琢石99的一些部分。例如，可将琢石99的顶部放置在支架101中，如图3所示。通过使用来自亭部体积图像和台面体积图像的片段，接收琢石99的所有表面的完全覆盖。首先，产生合并掩码，所述合并掩码包含用于定义每个像素的合并比的范围[0，1]中的值。每个像素的值定义了合并的比例，其中，值为1的像素表示从一组(例如向上组)中获得的像素，值为0的像素表示从另一组(例如向下组)获得的像素。

这允许从一个部分体积图像形成体积图像，并允许根据合并掩码增加和/或替换来自另一部分体积图像的像素。可选地，如下所述地产生合并掩码：

首先，通过使合并掩码从“0”开始来产生合并掩码构架(skeleton)。根据获得的图像来设定合并掩码构架的尺寸。然后，从在一个体积模型中定义的腰线提取腰部表面。在掩码中标记腰部表面。现在，用“1”填充腰部表面与掩码的上边界之间的空间。仅从向上组图像获得该区域的像素。合并区域的底部位于亭部模型中。此阶段点代表该阶段，且不应出现在结果中。从腰线向琢石99阶段点的区域复制腰线，同时使其值从1减小至0，以具有梯度图像。

在阶段点以下，使掩码保持为零，将仅从亭部图像获得此区域，例如参见图15。

一个像素一个像素地将亭部体积图像的片段与合并掩码相乘，并将台面体积图像的片段与1-(合并掩码)相乘。两次相乘的结果是，一个像素一个像素地加和，得到合并的图像。图16图示了从合并的体积图像获得的图像。

现在，如在209处所示，可将体积图像呈现给观看者，允许她从多个视角中的任一个观看琢石99，从这些视角获得图示琢石片段的图像。这允许使用定点设备(pointing device)，例如鼠标或触摸屏，以使琢石99旋转，将显示从显示一个视角改变成显示另一视角。可在任何客户终端(例如，个人计算机、写字板、蜂窝式电话、智能手机、膝上型电脑等等)上呈现琢石99。

将旋转指令转换成当前显示给用户的体积图像的合并的片段的变化。可将体积图像作为独立的文件、一组多个文件(每个文件均代表不同的合并的片段)等等来提供。

根据本发明的一些实施方式，使用系统100来自动地检查琢石99的其它方面。例如，可增加图像处理模块，以根据已知的方法来评估色泽、荧光性和/或切工。可选地，通过以下方式来进行比例估定：使用琢石的形状的频率展开、以不同的角度使宝石适于所述频率展开，以估定对称性。可选地，使用比例尺来评估重量。

根据本发明的一些实施方式，使用系统100来鉴定琢石99。例如，可进行导热性检查和/或通过视觉体积鉴定和/或称重来进行比重检查。可使用本领域已知的适合的传感器来进行导热性检查。

根据本发明的一些实施方式，还使用系统100来鉴别琢石99。如上所述地，体积图像从多个视角图示了宝石99，并由此包括关于宝石的唯一的视觉数据，例如其净度和/或精确的切工和/或杂质。可分析此唯一的数据，以鉴别琢石99。例如，可使其导数的体积图像与鉴别的体积图像和/或其导数的数据库相匹配。鉴别工序可结合其它特征鉴别，例如重量。

可预料的是，在从本申请开始的使专利成熟的整个过程中，将逐渐获得许多相关的系统和方法，并且可预料的是，术语图像处理、模块、图像传感器、光源和计算单元的范围旨在包括所有这些新技术。

如本文中所使用的，术语“约”指代±10％。

术语“包含(comprises)”、“包含(comprising)”、“包括(includes)”、“包括(including)”、“具有(having)”及其同根词意指“包括但不限于”。此术语包含术语“由…组成(consisting of)”和“基本上由…组成(consistingessentially of)”。

短语“基本上由…组成”意指组成或方法可包括额外的成分和/或步骤，但是只有当额外的成分和/或步骤不会从本质上改变所要求保护的组成或方法的基本的且新颖的特征时才是这样。

如本文中所使用的，单数形式“一个(a)”、“一(an)”和“该(the)”包括复数涵义，除非上下文有明确表示不是这样。例如，术语“一个化合物”或“至少一个化合物”可包括多个化合物，包括其混合物。

在本文中使用词语“示例性的”来表示“作为一个实例、例子或例证”。并非必须将任何被描述为“示例性的”实施方式都解释成比其它实施方式优选或有利和/或并非必须将其解释成拒绝来自其它实施方式的特征的合并。

在本文中使用词语“可选地”来表示“在一些实施方式中提供而在其它实施方式中不提供”。本发明的任何具体的实施方式都可包括多个“可选的”特征，除非这些特征相冲突。

在本申请中，可在范围格式中呈现本发明的各种实施方式。应理解的是，范围格式中的描述仅是为了方便和简洁，而不应将其解释为不可改变地限制本发明的范围。因此，对范围的描述应被认为是具有特别公开的所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。例如，对诸如从1到6的范围的描述应被认为是具有特别公开的子范围，诸如从1到3、从1到4、从1到5、从2到4、从2到6、从3到6等等，以及该范围内的各个数字，例如，1、2、3、4、5和6。这与范围宽度无关地加以应用。

只要在本文中写明数字范围，就意味着包括所写明的范围内的任何列举的数字(分数或整数)。在本文中可交换地使用短语“在第一写明数字与第二写明数字之间变化/介于第一指示数字与第二指示数字之间”以及“在从第一写明数字到第二写明数字之间变化/从第一写明数字变化到第二写明数字”，并且其意味着包括第一写明数字和第二写明数字以及其间的所有分数和整数。

应理解的是，本发明的某些特征(为了清楚起见，在不同的实施方式的上下文中对其进行描述)也可在单个实施方式以组合的方式提供。相反地，本发明的各种特征(为了简洁起见，在单个实施方式的上下文中对其进行描述)也可分开地或以任何适当的子组合的方式提供，或者当适合时，在本发明的任何其它所述实施方式中提供。在各种实施方式的上下文中所描述的某些特征不应被认为是那些实施方式的必要特征，除非该实施方式没有那些元件就不起作用。

虽然已结合其具体实施方式描述了本发明，但是显然，对于本领域的技术人员来说，许多替代方式、修改和变型将是显而易见的。因此，旨在包含所有这些落在所附权利要求的实质和宽泛范围内的替代方式、修改和变型。

本说明书中所提到的所有公开物、专利和专利申请都整体通过引证结合于此，结合到好像具体地且单独地指出每个单独的公开物、专利或专利申请以通过引证结合于此的一样的程度。另外，本申请中的任何参考文献的引证或识别不应解释成允许这种参考文献可用作本发明的现有技术。就所使用的章节标题来说，其不应被解释成必然是限制性的。

Claims (21)

1.一种对琢石成像的方法，包括：

a)识别琢石的定向；

b)根据所述定向产生所述琢石的体积模型；

c)从所述琢石周围的多个视角捕获所述琢石的多个图像；

d)使用所述体积模型从所述多个图像采集图示所述琢石的多个片段；以及

e)从所述多个片段形成所述琢石的体积图像。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括呈现所述体积图像，以允许从所述多个视角中的任一个对所述琢石成像。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多个片段图示处于第一方位中的所述琢石，进一步包括将所述琢石重新定位在第二方位中，并重复所述b)-d)，以产生图示处于所述第二方位中的所述琢石的多个额外片段，所述形成包括在所述多个片段与所述多个额外片段之间进行合并，以形成所述体积图像。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述形成包括使所述多个片段与所述多个额外片段之间相互关联。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述识别包括从所述琢石周围的多个观看点捕获所述琢石的多个校准图像，并根据对所述多个校准图像的分析来估计所述定向。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述产生包括从所述琢石周围的多个观看点捕获所述琢石的多个建模图像，并根据对所述多个建模图像的分析来产生所述体积模型。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述识别包括根据所述定向来计算扫描路径，并操纵至少一个图像传感器，以根据所述扫描路径来捕获所述多个建模图像。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，通过操纵至少一个图像传感器来执行所述捕获，以根据所述体积模型和所述定向中的至少一者来捕获所述多个图像。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述捕获包括从位于所述琢石周围的虚拟球体的表面上的多个视角捕获所述多个图像。

10.根据权利要求1所述的方法，进一步包括用从多个反射元件散射出的光照亮所述琢石。

11.一种对琢石成像的系统，包括：

支架，用于安装琢石；

至少一个图像传感器；

图像传感器致动器，所述图像传感器致动器操纵所述至少一个图像传感器，以从所述琢石周围的多个视角捕获所述琢石的多个图像；

图像捕获模块，所述图像捕获模块分析所述多个图像，以计算所述琢石的体积模型，并根据所述体积模型从所述多个图像中的一组采集图示所述琢石的多个片段；

重建模块，所述重建模块从所述多个片段重建所述琢石的体积图像；以及

输出单元，所述输出单元输出所述体积图像，以允许从所述多个视角中的任一个对所述琢石成像。

12.根据权利要求11所述的系统，其中，分析所述多个图像以计算所述琢石的定向从而计算扫描图案的所述图像捕获模块进一步包括控制器，当计算所述体积模型时，所述控制器根据所述扫描图案命令所述支架和所述图像传感器致动器分别使所述琢石和所述图像传感器旋转。

13.根据权利要求11所述的系统，进一步包括控制器，所述控制器命令所述支架和所述图像传感器致动器分别使所述琢石和所述图像传感器旋转，以从所述多个视角捕获所述组。

14.根据权利要求11所述的系统，其中，所述多个视角位于所述琢石周围的虚拟球面上。

15.根据权利要求11所述的系统，其中，所述支架设定成使所述琢石围绕第一旋转轴线旋转，所述图像传感器致动器构造成使所述图像传感器围绕第二旋转轴线旋转，所述第一旋转轴线和第二旋转轴线彼此垂直，执行所述旋转，以在所述多个视角之间操纵所述至少一个图像传感器。

16.根据权利要求11所述的系统，进一步包括设定成以这样的方式操纵的背景元件，即，使得图示所述琢石的每个所述图像在后方都具有所述背景元件。

17.根据权利要求11所述的系统，进一步包括：照明机构，所述照明机构照亮所述琢石；以及光散射体，所述光散射体的尺寸和形状适于放置在所述琢石与所述至少一个图像传感器之间，所述光散射体具有至少一个缝隙，以允许所述至少一个图像传感器从所述多个视角捕获所述多个图像。

18.根据权利要求11所述的系统，进一步包括放置在所述光散射体中的至少一个照明源，以增加所述至少一个图像传感器的曝光。

19.根据权利要求11所述的系统，进一步包括用于将所述琢石保持在所述支架上的真空压力发生器。

20.根据权利要求11所述的系统，进一步包括设定成用所述至少一个图像传感器来操纵的照明源，从而从所述多个视角照亮所述琢石。

21.一种对琢石成像的方法，包括：

a)通过从第一部分周围的多个视角获得的多个图像形成琢石的所述第一部分的第一部分体积图像；

b)通过从第二部分周围的多个额外视角获得的多个额外图像形成所述琢石的所述第二部分的第二部分体积图像；

c)合并所述第一部分体积图像和第二部分体积图像，以形成所述琢石的体积图像；以及

d)输出所述体积图像。

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