CN107807130A - 环形光源钻石测量仪及钻石测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及宝石检测领域，提供一种环形光源钻石测量仪及钻石测量方法。一种环形光源钻石测量仪，包括处理器、光源组件、图像采集装置及用于放置样品的样品台，所述光源组件提供照射在位于样品台上样品的入射光线，所述图像采集装置用于采集样品反射所述入射光线所形成的图像；所述处理器用于接收由图像采集装置采集到的图像并利用该图像处理分析得到样品的光学参数；所述光源组件为环形光源；所述环形光源钻石测量仪还包括用于驱动样品台进行转动的驱动机构。该环形光源钻石测量仪能直接测定样品的光学参数，可以有效地、客观地评价钻石的光学效果。一种钻石测量方法，利用上述的环形光源钻石测量仪对样品进行光学参数的测量。
Description
技术领域
本发明涉及宝石检测领域，尤其涉及一种环形光源钻石测量仪及钻石测量方法。
背景技术
钻石璀璨是因其特殊的琢型而产生对入射光线的强烈反射，这些反射作用分为亮光、火彩和闪烁，合并称为明亮度(Brilliance)。为了评价钻石明亮度的好坏，传统上，通过钻石的切工参数(包括琢型的几何参数、对称程度、抛光程度)来评价。这些方法的基本原理建立在Marcel Tolkowsky对钻石光学的二维研究的基础上(《Diamond Design:A Study ofthe Reflection and Refraction of Light in a Diamond》)，也就是说，钻石光学效果的评价是通过间接的切工参数的评价来实现。
然而切工参数很难描述一粒具体钻石的光学效果，不能描述出钻石反射光线的图案，往往切工参数相同的不同钻石，具有不同的光学效果、具有不同的反光图案，因此根据切工参数难以准确判断出钻石光学效果的好坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种环形光源钻石测量仪及钻石测量方法，能直接测定样品的光学参数，可以有效地、客观地评价钻石的光学效果。
为解决上述技术问题，发明采用如下所述的技术方案。一种环形光源钻石测量仪，包括处理器、光源组件、图像采集装置及用于放置样品的样品台，所述光源组件提供照射在位于样品台上样品的入射光线，所述图像采集装置用于采集样品反射所述入射光线所形成的图像；所述图像采集装置与所述处理器相连，所述处理器用于接收由图像采集装置采集到的图像并利用该图像处理分析得到样品的光学参数；所述光源组件为环形光源；所述样品台的中心、光源组件的中心及图像采集装置的中心位于同一中轴线上；所述环形光源钻石测量仪还包括用于驱动样品台进行转动的驱动机构。
优选地，所述环形光源包括呈同心圈分布的灯珠。
优选地，所述灯珠形成6个等距分布的同心圆。
优选地，所述环形光源呈中央开设有通孔的圆盘状，其外径为60-200mmm，中央开设的通孔直径为11-30mm。
优选地，所述驱动机构包括步进电机和同步皮带，所述同步皮带与样品台相连。
一种钻石测量方法，利用上述的环形光源钻石测量仪，获取多组样品转动角度不同时图像采集装置所采集到的图像，处理分析得到样品的光学参数。
优选地，所述钻石测量方法进一步包括将图像采集装置采集到的图像进行数字化信息处理得到图像数据并存贮，利用所有图像数据进行分析计算得到样品的亮度、火彩强度以及闪烁强度。
优选地，所述亮度的分析计算为：读出采集到的每张图像的每一象素的灰度值，并与预设的灰度阈值比较，大于该灰度阈值的为反光的明亮区，该明亮区象素点的灰度值之和即为该图像的亮度值；所有图像亮度值的平均值即为样品的亮度值。
优选地，所述火彩强度的分析计算为：读出采集到的每张图像的每一象素点的R、G、B值，并计算出色相值、饱和度和亮度(HSL)，饱和度与亮度大于预设阈值的象素点为彩色点，并计为彩度值，彩色点的彩度值之和为该图像的火彩值；所有图像火彩值的平均值即为样品的火彩值。
优选地，所述闪烁强度为相邻两张图像的对应象素的色度值(H、S、L)的方差或者灰度值的方差。
本发明的有益效果在于：
本发明提供了一种环形光源钻石测量仪，通过提供入射光线，并采集样品反射入射光线所形成的图像，利用所采集的图像处理分析得到样品的光学参数；相对于现有技术中通过切工参数间接地评价钻石的光学效果，该环形光源钻石测量仪能直接测定样品的光学参数，可以有效地、客观地评价钻石的光学效果。
并且，环形光源能提供均匀一致性好的光线，能更好的测定钻石的发光效果；该环形光源还具有结构简单，易于制造的优点；驱动机构能驱动样品台转动，从而带动样品进行转动，能对样品不同角度时进行测试，从而提高测试结果的准确度。该环形光源钻石测量仪应用前景好，可以用于钻石加工质量评价，能有效提高加工过程中钻石切磨的质量、钻石的成品率；该环形光源钻石测量仪还可用于钻石成品的质量检验，钻石首饰的明亮度的展示，有助于钻石首饰的质量控制和商业推广。
本发明还提供了一种钻石测量方法，采用上述的环形光源钻石测量仪对样品进行光学参数的测量，能直接测定样品的光学参数，可以有效地、客观地评价钻石的光学效果。并且该钻石测量方法具有操作方便、测试结果准确的优点。并且该钻石测量方法能对样品不同角度时进行测试，从而提高测试结果的准确度。该钻石测量方法应用前景好，可以用于钻石加工质量评价，能有效提高加工过程中钻石切磨的质量、钻石的成品率；该钻石测量方法还可用于钻石成品的质量检验，钻石首饰的明亮度的展示，有助于钻石首饰的质量控制和商业推广。
附图说明
图1是本发明所提供的环形光源钻石测量仪的结构示意图。
图2是本发明所提供的环形光源钻石测量仪中环形光源的结构示意图。
图3是本发明所提供的钻石测量方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对发明做进一步的阐述。
实施例一
如图1所示，一种环形光源钻石测量仪，包括处理器4、光源组件、图像采集装置3及用于放置样品16的样品台1，所述光源组件提供照射在位于样品台1上样品16的入射光线，所述图像采集装置3用于采集样品16反射所述入射光线所形成的图像；所述图像采集装置3与所述处理器4相连，所述处理器4用于接收由图像采集装置3采集到的图像并利用该图像处理分析得到样品16的光学参数；所述光源组件为环形光源2；所述样品台1的中心、光源组件的中心及图像采集装置3的中心位于同一中轴线8上；所述环形光源钻石测量仪还包括用于驱动样品台1进行转动的驱动机构。
本发明所提供的一种环形光源钻石测量仪，通过提供入射光线，并采集样品16反射入射光线所形成的图像，利用所采集的图像处理分析得到样品16的光学参数；相对于现有技术中通过切工参数间接地评价钻石的光学效果，该钻石测量仪能直接测定样品的光学参数，可以有效地、客观地评价钻石的光学效果。并且，环形光源2能提供均匀一致性好的光线，能更好的测定钻石的发光效果；该环形光源2还具有结构简单，易于制造的优点；驱动机构能驱动样品台1转动，从而带动样品16进行转动，能对样品16不同角度时进行测试，从而提高测试结果的准确度。该环形光源钻石测量仪应用前景好，可以用于钻石加工质量评价，能有效提高加工过程中钻石切磨的质量、钻石的成品率；该环形光源钻石测量仪还可用于钻石成品的质量检验，钻石首饰的明亮度的展示，有助于钻石首饰的质量控制和商业推广。
优选地，所述驱动机构包括步进电机13和同步皮带14，所述同步皮带14与样品台1相连。步进电机13具有精度高、可靠性好的优点，并且通过同步皮带14带动样品台1转动，保证转动的稳定性。样品台1转动时横向摆动误差不大于0.1mm。更好的是，步进电机13通过电缆与处理器4相连接，步进电机13的转动受处理器4的专用程序控制。
请一并参阅图2，优选地，所述环形光源2呈中央开设有通孔的圆盘状，其外径为60-200mmm，中央开设的通孔直径为11-30mm。优选地，所述环形光源2包括呈同心圈分布的灯珠15，这样不同圈环的灯珠15提供了不同角度的光线。如图中所示，灯珠15可以是安装在印刷有电路的电路板17上，通过控制开关与外置的电源相连接，不同圈环的灯珠15提供了不同角度的光线照射到样品16。
优选地，所述灯珠15形成6个等距分布的同心圆，这样能提供亮度足够且一致的光线。在一些具体的实施例中，环形光源2的外径92mm，中心的圆孔直径30mm，环形光源2中分布了6圈直径3mm的白光Led灯珠，第一圈共20颗白光led灯珠,第二圈共32颗白光led灯珠,第三圈共40颗白光led灯珠,第四圈共48颗白光led灯珠,第五圈共56颗白光led灯珠,第六圈共64颗白光led灯珠,这些白光led灯珠保持等距分布，目的是使环形光源2的每个部分的亮度基本一致。使用时所有白光Led灯珠同时点亮。
请参阅图1，优选地，所述样品台1包括透明隔板11，以及用于固定所述样品16的光阑12。通过光阑12对样品16进行固定，能保证样品16一直位于样品台1的中心，有效提高测量的稳定性和准确性。更好的是，所述透明隔板11为圆形，其直径为9-40mm。所述光阑12可以是手动的，也可以是自动的，在一些具体实施例中，所述光阑12为手动光阑。
在一些实施例中，所述环形光源钻石测量仪还包括带有一机箱面板6的机箱5，所述样品台1设置于机箱面板6上，所述光源组件和图像采集装置4设置于机箱5内。具体的如图1中所示，所述样品台1位于机箱5外侧，所述环形光源2位于机箱5内。优选地，在机箱5内设置支架板7，在支架板7上设置或安装所述环形光源2及图像采集装置3。优选地，所述机箱面板6上设有机箱盖10，能起到遮光罩的作用。优选地，所述机箱面板6上设有用于控制环形光源2的控制开关9，便于控制环形光源2。在一些实施例中，也可以是所述处理器4用于控制所述环形光源2，或者是所述处理器4通过控制开关9来控制环形光源2。
所述处理器4可以是如图1中所示，放置于机箱5内，当然可以设置在机箱5外。在一些优选的实施例中，所述处理器4还包括显示装置，可以显示图像采集装置3采集到的图像，这些图像的再现提供了直接观察样品光学效果的方法，使得钻石的明亮度可以更为直观展示与认识，有利于展示钻石的魅力以及商业推广。例如所述处理器4为计算机，计算机的屏幕即为显示装置。
实施例二
一种钻石测量方法，利用实施例一中所提供的环形光源钻石测量仪，获取多组样品转动角度不同时图像采集装置所采集到的图像，处理分析得到样品的光学参数。采用上述的环形光源钻石测量仪对样品进行光学参数的测量，能直接测定样品的光学参数，可以有效地、客观地评价钻石的光学效果。并且该钻石测量方法具有操作方便、测试结果准确的优点。并且该钻石测量方法能对样品不同角度时进行测试，从而提高测试结果的准确度。该钻石测量方法应用前景好，可以用于钻石加工质量评价，能有效提高加工过程中钻石切磨的质量、钻石的成品率；该钻石测量方法还可用于钻石成品的质量检验，钻石首饰的明亮度的展示，有助于钻石首饰的质量控制和商业推广。
请一并参阅图1和图3所示，依据实施例一中该环形光源钻石测量仪的说明，可以理解，所述钻石测量方法包括：
步骤S1：启动所述环形光源钻石测量仪，获取多组样品16转动角度不同时图像采集装置3所采集到的图像。具体为，点亮环形光源2，即点亮所有的灯珠15，灯珠15发出的光线即为照射在位于样品台1上样品16的入射光线，图像采集装置3采集样品16反射所述入射光线所形成的图像；然后利用驱动机构，也即控制步进电机13通过同步皮带14带动样品台1以及位于样品台1上样品16的转动，完成转动后重复获取样品16反射所述入射光线所形成的图像。可以理解，转动的角度可以根据实际需求进行调整，并且每个样品16可以进行多次转动，获取多组图像。可以理解，在实际操作中，较优的是，沿同一方向，如顺时针或逆时针，连续获取图像。
步骤S2：所述处理器4接收由图像采集装置3采集到的所有图像并利用所有图像处理分析得到样品的光学参数。
优选地，将图像采集装置3采集到的图像进行数字化信息处理得到图像数据并存贮；经数字化信息处理后更便于数据传输的准确性、快速性，即时存贮能对数据进行有效保存，便于查看。所述的光学参数为亮度、火彩强度以及闪烁强度。因此，在一些优选的实施例中，所述钻石测量方法进一步包括将图像采集装置3采集到的图像进行数字化信息处理得到图像数据并存贮，利用所有图像数据进行分析计算得到样品16的亮度、火彩强度以及闪烁强度。
进一步的是，所述亮度的分析计算为：读出采集到的每张图像的每一象素的灰度值，并与预设的灰度阈值比较，大于该灰度阈值的为反光的明亮区，该明亮区象素点的灰度值之和即为该图像的亮度值；所有图像亮度值的平均值即为样品的亮度值。
亮度的计算公式为：
式中Lzj为第j次测量获得的钻石样品的亮度，Lji为第j张图像中第i象素点的亮度值，m为图像的象素总数。
式中Lz为钻石样品的亮度值，Lj为第j张图像的亮度值，m为图像总张数。
进一步的是，所述火彩强度的分析计算为：读出采集到的每张图像的每一象素点的R、G、B值，并计算出色相值、饱和度和亮度(HSL)，饱和度与亮度大于预设阈值的象素点为彩色点，并计为彩度值，彩色点的彩度值之和为该图像的火彩值；所有图像火彩值的平均值即为样品的火彩值。
火彩强度的计算公式为：
式中Lcj为第j次测量获得的钻石样品的火彩强度，Lcji为第j张图像中第i象素点的彩度值，m为图像的象素总数。
式中Lcz为钻石样品的火彩强度，Lcj为第j张图像的火彩值，m为图像总张数。
进一步的是，所述闪烁强度为相邻两张图像的对应象素的色度值(H、S、L)的方差或者灰度值的方差。闪烁强度的计算公式为：
式中：Dj为平方差值，SS为样品的闪烁值；j为第j张图像的序号，K为第j+1张图像的序号；Hji为第j张图像，第i个象素点的H值；Sji为第j张图像，第i个象素点的S值；Lji为第j张图像，第i个象素点的L值。m为图像的总象素数，n为采集的图像张数减一。
当处理器4包括显示装置时，可以将每次转动采集获得的图像依次连接成动画，作为测试结果的一部分保存，并可以调用播放。
Claims (10)
1.一种环形光源钻石测量仪，包括处理器、光源组件、图像采集装置及用于放置样品的样品台，所述光源组件提供照射在位于样品台上样品的入射光线，所述图像采集装置用于采集样品反射所述入射光线所形成的图像；所述图像采集装置与所述处理器相连，所述处理器用于接收由图像采集装置采集到的图像并利用该图像处理分析得到样品的光学参数；其特征在于：
所述光源组件为环形光源；所述样品台的中心、光源组件的中心及图像采集装置的中心位于同一中轴线上；所述环形光源钻石测量仪还包括用于驱动样品台进行转动的驱动机构。
2.如权利要求1所述的环形光源钻石测量仪，其特征在于：所述环形光源包括呈同心圈分布的灯珠。
3.如权利要求2所述的环形光源钻石测量仪，其特征在于：所述灯珠形成6个等距分布的同心圆。
4.如权利要求1所述的环形光源钻石测量仪，其特征在于：所述环形光源呈中央开设有通孔的圆盘状，其外径为60-200mmm，中央开设的通孔直径为11-30mm。
5.如权利要求1-4任一项中所述的环形光源钻石测量仪，其特征在于：所述驱动机构包括步进电机和同步皮带，所述同步皮带与样品台相连。
6.一种钻石测量方法，其特征在于：利用如权利要求1所述的环形光源钻石测量仪，获取多组样品转动角度不同时图像采集装置所采集到的图像，处理分析得到样品的光学参数。
7.如权利要求6所述的钻石测量方法，其特征在于：所述钻石测量方法进一步包括将图像采集装置采集到的图像进行数字化信息处理得到图像数据并存贮，利用所有图像数据进行分析计算得到样品的亮度、火彩强度以及闪烁强度。
8.如权利要求7所述的钻石测量方法，其特征在于：所述亮度的分析计算为：读出采集到的每张图像的每一象素的灰度值，并与预设的灰度阈值比较，大于该灰度阈值的为反光的明亮区，该明亮区象素点的灰度值之和即为该图像的亮度值；所有图像亮度值的平均值即为样品的亮度值。
9.如权利要求7所述的钻石测量方法，其特征在于：所述火彩强度的分析计算为：读出采集到的每张图像的每一象素点的R、G、B值，并计算出色相值、饱和度和亮度(HSL)，饱和度与亮度大于预设阈值的象素点为彩色点，并计为彩度值，彩色点的彩度值之和为该图像的火彩值；所有图像火彩值的平均值即为样品的火彩值。
10.如权利要求7所述的钻石测量方法，其特征在于：所述闪烁强度为相邻两张图像的对应象素的色度值(H、S、L)的方差或者灰度值的方差。
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