CN106679811B - 一种钻石颜色分级自动测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钻石颜色分级自动测量方法，调节照明和观察条件，使得测试环境和人眼观察环境一致；采用显微微区的精确定位，使得不同颗粒大小的钻石测量时的被测点与标准比色石的测量位置点完全一致；采集样品腰棱和亭部以及靠近底尖的各个位置的图像信号和光谱信号；将测量样品的色坐标与各级标准比色石的色坐标进行逐点比对；计算测量样品的色坐标与各级标准比色石的色坐标差值，将测量样品的颜色等级靠近色坐标差值最小的国家标准等级，如果色坐标差值与两级标准一致，则靠近较低等级的标准。本发明保证自动测量系统进行的钻石颜色分级和人眼观察一致，模拟传统人眼比色环境，减少由于不同观察条件引起的测量系统误差。

Description

一种钻石颜色分级自动测量方法

技术领域

本发明涉及一种符合目视钻石色级的测量装置和方法，尤其涉及的是一种钻石颜色分级自动测量方法。

背景技术

钻石颜色是钻石评定中一项非常重要的指标，国家标准按钻石颜色变化分为12个连续的颜色级别，用字母和数字表示：如表1所示，

表1钻石颜色级别表

D	100
		E	99
F	98
		G	97
H	96
		I	95
J	94
		K	93
L	92
		M	91
N	90
		<N	<90

上述各颜色级别都是由比色石来标定的。一套标准的比色石在颜色分级中是必不可少的，我国使用一套11粒标准颜色比色石。一直以来钻石颜色分级主要靠人眼观察的方式进行。这种人眼观察方式要求非常严格：

1)对于相关人员要求颜色色觉正常，受过专门技能培训的专业人员。在评定时要求两名以上技术人员独立完成同一钻石的颜色分级，并取得统一的结果。

2)环境条件工作区域要求是中性色，即白色，黑色，或灰色。工作区域的光线应避免除分级用标准光源以外的光线的照射。

除此之外，人眼钻石分级中，各方因素对颜色影响也很多，比如钻石对白光的吸收作用，当一束白光透过钻石不被吸收则该钻石为透明无色，若钻石吸收了白光中的某一部分波长的光线，则钻石就会产生颜色。照射钻石样品的光源也会直接对钻石颜色产生影响，如白炽灯下和日光下观察的颜色会截然不同。不同的人眼对颜色和亮度的感觉是不同的，其中影响量最大的是不同大小的钻石对颜色的影响因素，同一色级的钻石，颗粒越大，感觉颜色越黄；颗粒越小，感觉颜色越白。不同于其他行业中测量样品的平面性、均匀性等特点，宝石样品体积小、颜色不均匀、琢型多变、光学性质复杂，由于这些影响因素，在宝石界，到现在为止，仍然依靠训练有素的专业人士，利用人眼对微小颜色差别的敏锐分辨能力或是标准比色石，以目测比较的方法来判别宝石颜色差异与优劣等级。但是，目测方法往往带有主观性，因而在颜色判断上带有很大程度的不确定性。钻石的颜色分级由于各相关因素的影响，使得鉴定工作非常复杂，工作效率低且容易造成分级误差。引起这些误差的原因，是由于人眼对颜色的敏感度，会由于年龄、环境、和心情而改变。实际上，人眼錐状细胞对颜色的感知直接受心理和生理的影响,这种行业现状已经远远不能够满足目前庞大的钻石市场的需求。

近年来，钻石颜色的自动分级已越来越趋向自动化,不仅是在钻石交易商的交易过程中，而且在钻石鉴定实验室都开始使用自动测量仪器.自动测量的方法其优势在于具有很好的测量复现性,不受外部环境及情绪以及心情的影响.

但是，任何自动颜色测量分析系统，无论其测量原理如何，其最终的测量结果，必须与人眼观察的颜色结果一致。这是评定自动颜色测量系统最为重要的技术指标。

目前存在的钻石颜色自动分析方法有以下情况：

一、目前绝大多数钻石颜色测量方法，其样品的采集采取的是将被测钻石样品放置于积分球窗口，光线主要照射样品的台面，光线经钻石样品表面反射后经过积分球内表面的漫反射射入探测器进行数据采集。如LiuLab公司生产的光谱仪是一种典型的积分式测量仪器，王蓉在宝石颜色测量的新技术研究<中国地质大学>2007硕士论文。

这种采用光线照射被测样品，反射光线经积分球漫射方式收集被测量信号的测量方法，在颜色测量领域被广泛采用。但这种样品采集方式与目视钻石色级比色评价观察条件中规定的观察方式存在很大的差异，由于这种观察条件的差异，造成测量结果的差异，这就要求设计者对其所设计的系统进行系统修正，而系统修正的精度会影响到其测量结果与人眼观察颜色结果的差异的大小。

二、积分式颜色自动测量时，为保证其测量结果的重复性、准确性，通常要求被测样品为平面结构。但钻石颜色测量中，面临着复杂的情况：钻石被加工为多面体，且颗粒大小不一，当光线照射钻石样品时，经过不同大小钻石内部的光程的长短都不一致，即体积大的钻石其光线进入内部的光程要长，颜色要深。而体积小的钻石其光程要短，颜色要浅。所以光程的长短会直接影响到钻石的颜色的饱和度。这里就会出现这样一个问题，同一颜色色级的钻石，由于其颗粒的大小不同，经仪器的测量后可能会得出不同颜色结果。

人眼观察比色方式要求包括：被观察钻石需要有统一的定位,在几乎垂直观察表面的方向；在一个白色背景下；通过具有正确紫外线含量的D65光源照射；观察的结果必须是各表面的平均值；有一套具有标准颜色的比色石作为参考。所以采用这类方式检测的结果和人眼视觉色彩的方式存在差异，从而导致分级结果的差异。同时由于被测钻石样品大小尺寸不同，光线经过样品内部光程的差异，使得这种方法测量的重复性、复现性都不能够满足测量结果的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种钻石颜色分级自动测量方法，实现对钻石颜色分级的自动测量。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明一种钻石颜色分级自动测量方法，包括以下步骤：

(1)调节照明和观察条件，使得测试环境和人眼观察环境一致；

(2)采用显微微区的精确定位，使得不同颗粒大小的钻石测量时的被测点与标准比色石的测量位置点完全一致；

(3)采集样品腰棱和亭部以及靠近底尖的各个位置的图像信号和光谱信号；

(4)根据光谱信号计算标准比色石的CIE颜色坐标(x,y)；

(5)将测量样品比对标准比色石进行逐点定标，计算测量样品的色坐标，然后将测量样品的色坐标与各级标准比色石的色坐标进行逐点比对；

(6)计算测量样品的色坐标与各级标准比色石的色坐标差值，将测量样品的颜色等级靠近色坐标差值最小的国家标准等级，如果色坐标差值与两级标准一致，则靠近较低等级的标准。

所述步骤(1)中，照明和观察条件具体为：符合CIE标准照明体D65照明条件，采用白色漫反射背景，规定测量钻石样品面观察角度，满足人眼观察时视线与亭部垂直的观察条件，被测样品方便旋转，进行各表面的平均值的观测。测量钻石样品面、观察角度、满足人眼观察时视线与亭部垂直的观察条件，采用和人眼一致的观察条件，能够保证本申请的测量结果与人眼颜色分级的结果一致。

所述步骤(2)中，在显示设备上标记标准位置，然后调节被测样品的工作台，将被测样品的底尖对准标准位置，使得样品的底尖与标准位置底尖重合。精确定位的目的是为了保证不同颗粒大小的钻石测量的被测点与标准比色石的观察位置完全一致,确保被测钻石的测量重复性和复现性。最重要的是解决了被测样品大小引起的颜色测量误差.从根本上解决了目前采取的积分式测量方法中,由于钻石形状大小，不同的摆放位置引起的测量结果的离散性。大大提高了测量的精度。

所述步骤(4)中，按照D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N十一级对标准比色石分别测量其光谱曲线，将光谱P(λ)，与三刺激函数X(λ)、Y(λ)、Z(λ)对应的波长相乘后累加，得出三刺激值X、Y、Z，根据三刺激值计算出各级标准比色石的色坐标x＝X/(X+Y+Z)、y＝Y/(X+Y+Z)。

采用系列的标准比色石进行各个级别颜色的分级定标，消除仪器线性误差，极大的提高了在整个测量范围的准确度。确保颜色坐标测量的高精度，采用了颜色系统计算方法，能够方便的进行测量系统的颜色坐标和分级标准的转换，使得颜色分级真正成为自动化。

所述步骤(5)中，标准是指GB/T18303-2001<钻石色级比色目视评价方法>中的色级分级颜色，即D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、<N。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明保证自动测量系统进行的钻石颜色分级和人眼观察一致，模拟传统人眼比色环境：包括符合CIE人眼观察的照明条件，平均漫射场，样品采集方式。建立一种与人眼比色方法完全相同的观察条件，以减少由于不同观察条件引起的测量系统误差。

解决由于钻石形状、大小引起的颜色分级的测量误差和测量的离散性；对各类不同规格钻石样品，精确采集相同位置的测量信号，以确保采集信号的一致性，减少光的折射与吸收的影响，同时保证信号的信噪比和动态范围。

解决自动测量中整个测量范围的测量精确度,采用标准比色石定标方法，完全符合人眼比色的参考标准。消除测量引起的系统误差。保证与人眼分级的一致性。

提高钻石颜色分级的测量精确度，同时改变以往人眼观察的传统方式，提高检测效率。

解决了目前钻石颜色测量系统无法解决的测量离散性以及颜色分级误差的问题，能够满足国内各珠宝质检站、各高校实验室,以及珠宝交易市场批发商、钻石零售商等领域。将产生良好的经济效益和社会效益,提高行业在钻石颜色分级方面的技术水平。

附图说明

图1是本发明的S点的差值示意图；

图2是光谱测量装置的结构示意图；

图3是V型槽的局部示意图；

图4是两个大小不同钻石样品的示意图；

图5是两个大小不同钻石样品亭部相同区域的特征示意图。。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

一种钻石颜色分级自动测量方法，包括以下步骤：

(1)调节照明和观察条件，使得测试环境和人眼观察环境一致；

照明和观察条件具体为：符合CIE标准照明体D65照明条件，采用白色漫反射背景，规定测量钻石样品面观察角度，满足人眼观察时视线与亭部垂直的观察条件，被测样品方便旋转，进行各表面的平均值的观测。测量钻石样品面、观察角度、满足人眼观察时视线与亭部垂直的观察条件，采用和人眼一致的观察条件，能够保证本申请的测量结果与人眼颜色分级的结果一致；

(2)采用显微微区的精确定位，使得不同颗粒大小的钻石测量时的被测点与标准比色石的测量位置点完全一致；

在显示设备上标记标准位置，然后调节被测样品的工作台，将被测样品的底尖对准标准位置，使得样品的底尖与标准位置底尖重合。精确定位的目的是为了保证不同颗粒大小的钻石测量的被测点与标准比色石的观察位置完全一致,确保被测钻石的测量重复性和复现性。最重要的是解决了被测样品大小引起的颜色测量误差.从根本上解决了目前采取的积分式测量方法中,由于钻石形状大小，不同的摆放位置引起的测量结果的离散性。大大提高了测量的精度；

(3)采集样品腰棱和亭部以及靠近底尖的各个位置的图像信号和光谱信号；

(4)根据光谱信号计算标准比色石的CIE颜色坐标(x,y)；

按照D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N十一级对标准比色石分别测量其光谱曲线，将光谱P(λ)，与三刺激函数X(λ)、Y(λ)、Z(λ)对应的波长相乘后累加，得出三刺激值X、Y、Z，根据三刺激值计算出各级标准比色石的色坐标x＝X/(X+Y+Z)、y＝Y/(X+Y+Z)；

(5)将测量样品比对标准比色石进行逐点定标，计算测量样品的色坐标，然后将测量样品的色坐标与各级标准比色石的色坐标进行逐点比对；

(6)计算测量样品的色坐标与各级标准比色石的色坐标差值，将测量样品的颜色等级靠近色坐标差值最小的国家标准等级，如果色坐标差值与两级标准一致，则靠近较低等级的标准，本实施例中的国家标准是指GB/T18303-2001<钻石色级比色目视评价方法>中的色级分级颜色，即D、E、F、G、H、I,J、K,L、M、N、<N。采用系列的标准比色石进行各个级别颜色的分级定标，消除仪器线性误差，极大的提高了在整个测量范围的准确度。确保颜色坐标测量的高精度，采用了颜色系统计算方法，能够方便的进行测量系统的颜色坐标和分级标准的转换，使得颜色分级真正成为自动化。

如图1所示，由于钻石颜色变黄为单向变化，按国标定义标准比色石各颜色等级为下限值。图中S点为被测钻石，将被测钻石坐标向标准钻石曲线投影，利用函数插值或线性插值方法计算被测钻石与标准钻石颜色坐标差值。

S点在F、G区域内，计算S点与F和G的色坐标差值，S点的颜色等级靠近色坐标差值最小的国家标准等级F点。

本实施例的测量使用的宝石的光谱测量装置如下：

如图2所示，本实施例包括V型槽1、镜头5、半透半反射镜6、光源4、面阵CCD7、光谱仪9、样品3、二维调节平台2、定位显示器8、分析显示器10；本实施例的V型槽1具有漫反射特性，所述镜头5位于V型槽1上方，所述光源4设置于V型槽1和镜头5之间，所述半透半反射镜6设置于镜头5的光路上，所述样品3放置于V型槽1上，所述面阵CCD7设置于半透半反射镜6的透射光路上，所述光谱仪9设置于所述半透半反射镜6的反射光路上，二维调节平台2设置于V型槽1的底部，定位显示器8连接面阵CCD7，分析显示器10连接光谱仪9。

本实施例的镜头5为变倍调焦镜头5。可以根据需要进行焦距调节。

本实施例的V型槽1能够确保被测样品3的侧面与测量头保持垂直，同时具有漫反射特性。

本实施例的半透半反射镜6的反射光路上设有光纤传感器，所述光纤传感器通过光纤11连接光谱仪9。

如图3～5所示，本实施例中有一个大样品31和一个小样品32，两个样品的亭部相同区域的高度为H，相同区域的特征如图5所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种钻石颜色分级自动测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)调节照明和观察条件，使得测试环境和人眼观察环境一致；

(2)采用显微微区的精确定位，使得不同颗粒大小的钻石测量时的被测点与标准比色石的测量位置点完全一致；

(3)采集样品腰棱和亭部以及靠近底尖的各个位置的图像信号和光谱信号；

(4)根据光谱信号计算标准比色石的CIE颜色坐标(x,y)；

(5)将测量样品比对标准比色石进行逐点定标，计算测量样品的色坐标，然后将测量样品的色坐标与各级标准比色石的色坐标进行逐点比对；

(6)计算测量样品的色坐标与各级标准比色石的色坐标差值，将测量样品的颜色等级靠近色坐标差值最小的国家标准等级，如果色坐标差值与两级标准一致，则靠近较低等级的标准。

2.根据权利要求1所述的一种钻石颜色分级自动测量方法，其特征在于，所述步骤(1)中，照明和观察条件具体为：符合CIE标准照明体D65照明条件，采用白色漫反射背景，规定测量钻石样品面观察角度，满足人眼观察时视线与亭部垂直的观察条件，被测样品方便旋转，进行各表面的平均值的观测。

3.根据权利要求1所述的一种钻石颜色分级自动测量方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在显示设备上标记标准位置，然后调节被测样品的工作台，将被测样品的底尖对准标准位置，使得样品的底尖与标准位置底尖重合。

4.根据权利要求1所述的一种钻石颜色分级自动测量方法，其特征在于，所述步骤(4)中，按照D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N十一级对标准比色石分别测量其光谱曲线，将光谱P(λ)，与三刺激函数X(λ)、Y(λ)、Z(λ)对应的波长相乘后累加，得出三刺激值X、Y、Z，根据三刺激值计算出各级标准比色石的色坐标x＝X/(X+Y+Z)、y＝Y/(X+Y+Z)。

5.根据权利要求1所述的一种钻石颜色分级自动测量方法，其特征在于，所述步骤(6)中，标准是指GB/T18303-2001<钻石色级比色目视评价方法>中的色级分级颜色，即D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、N、<N。