CN110100173A

CN110100173A - 用于检测宝石中包含物的系统和方法

Info

Publication number: CN110100173A
Application number: CN201780079030.8A
Authority: CN
Inventors: A·克尔纳; O·斯皮尔曼; S·思托珀
Original assignee: Sarin Technologies Ltd
Current assignee: Sarine Technologies Ltd
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2019-08-06
Also published as: WO2018083690A1; IL248717B; IL248717A0; US20200057001A1; EP3535568A4; EP4033224A1; US11016032B2; EP3535568A1; EP3535568B1

Abstract

这里提供了检测宝石中包含物的方法，包括通过连续产生的照明模式照亮每个被选定的宝石，从而对一个或者更多个预先确定的宝石光出射区域提供内部均匀的照明，并且每个由相应照明方向同时照射的间隔开的光入射区域的独特组合限定。该方法进一步包括当如上所述照亮时捕获多个宝石图像，处理这些图像并且根据在这些图像中检测到的内部照明的非均匀性识别图像中的包含物。这些照明方案可以由照明系统产生，所述照明系统被配置为被配置为从相应的照明方向选择性地照射宝石的多个间隔开的光入射区域。所述照明系统可以被控制器控制，所述控制器被配置为使系统连续的产生照明方案。宝石的图像可以被图像获取装置捕获，并由图像处理系统处理，所述图像处理系统被配置为根据图像中检测到的内部照明的非均匀性识别包含物。

Description

用于检测宝石中包含物的系统和方法

技术领域

本发明涉及检测宝石中包含物的领域，特别是涉及切割钻石中的包含物，以便进行净度分级。

背景技术

过去已经尝试开发用于检测钻石中包含物的系统和方法，但是直到现在它们似乎没有产生商业上可获得的结果，商业上要求高度可重复性并且可以用于宝石的自动净度分级，特别是切割钻石。

与检查切割钻石中的包含物以进行净度分级有关的出版物的实施例是US20100086，US 20100088348，US 20140107986和US 6,980,283。

发明内容

根据本发明公开的主题内容的一个方面，提供了一种用于检测宝石中的包含物的系统，包括：

(a)照明系统，被配置为从相应的照明方向选择性地照射宝石的多个间隔开的光入射区域中的每一个，并提供多个照明方案，每个照明方案由同时照射的这种光入射区域的独特组合限定；

(b)控制器，被配置为控制所述照明系统以连续地产生每个被选择的照明方案，以便同时提供宝石的一个或多个预定光出射区域的内部均匀照明；

(c)图像获取装置，用于在由(b)项中定义的照明系统照射时捕获宝石的图像；和

(d)图像处理系统，用于处理所述图像并基于在所述图像中检测到的内部照明中的不均匀性来识别包含物。

该系统可以进一步包括透明工作台，该透明工作台被配置用于在其上固定宝石，使得如果宝石是切割宝石，则其台面朝向图像采集装置。

照明系统可以包括第一半球形照明表面，该第一半球形照明表面例如可以是第一漫反射表面的形式。在这种情况下，照明系统还可以包括第一光源，第一光源被配置为选择性地照射第一半球形照明表面上的多个区域，第一反射表面和第一光源设置在宝石的两侧。

另外或者作为选择，照明系统可以包括第二半球形照明表面，其例如可以是第二漫反射表面的形式。在这种情况下，照明系统还可以包括第二光源，其被配置为选择性地照射第二半球形照明表面上的多个区域，第二反射表面和第二光源设置在透明台的同一侧。

该系统可以具有穿过第一半球形照明表面的中心的光轴，并且在此之后的表面可以包括围绕所述轴的开口。在这种情况下，照明系统还可以包括第三光源，其配置成通过所述开口照射宝石。另外或作为选择，图像采集装置可以被配置成通过所述开口捕获宝石的图像。

光出射区域中的至少一个可以是或可以具有设置在图像采集装置的视场中的至少一个面的区域。

可以以多种方式计算待检测的每个宝石的照明方案。一种方式包括使用光线跟踪模型，例如，基于宝石的3D建模获得。这种3D建模，相应的光线跟踪和照明方案的模拟都可以由根据本公开主题内容的检测系统外部的外部模拟系统来执行。在这种情况下，当前公开的主题内容的系统的控制器可以被配置为从所述外部模拟系统接收指令序列，每个指令定义照明方案。或者，可以通过射线追踪系统在外部执行待检测宝石的3D建模和相应的射线追踪，配置为输出宝石中不同光出射区域之间的相关性。可以检测到它们和光入射区域的对应组合以及入射和成像光束的方向。在这种情况下，当前公开的主题内容的系统可以被配置为接收从上述光线跟踪系统输出的信息，并且确定对其进行的照明方案。

如上所述计算的照明方案可以构成初始照明方案，在此方案中，本公开主题内容的检测系统的控制器可以被配置为在系统的初始预检测操作中使用，所述预检测操作被配置成随着控制器计算的调整(如果有的话)而变化，在初始照明方案中执行，以用作系统检测操作中的最终照明方案。

或者，初始照明模式可以由操作员手动输入或者可以预先存储在控制器的存储器中，以便允许操作者选择他认为适合于要检测的特定宝石的那些或者在系统中输入的那些。关于这种宝石的信息，控制器可以根据该信息选择初始照明模式。

上述检测系统的图像采集装置还可以被配置为在宝石中的多个成像深度处捕获宝石的图像。

图像处理可以被配置为使用以下中的至少一个来识别所述图像中的所述非均匀性：

i)将所述预定光出射区域的图像与其模拟图像进行比较，所述模拟图像是在假设这些区域是光学均匀的前提下计算所得的；或者

ii)相对于预定强度，比较图像中多个区域的光照强度；

iii)比较像素处的照明强度，表明所述区域相对于其周围像素的照明强度。

图像处理系统可以被配置为在识别包含物时排除误报检测。

该系统还可以包括暗场照明装置。这种装置可以包括反射表面的组合，并且可以被配置成安装成接收来自上述第一光源的光并将其重新定向到宝石上，同时防止光束从该光源直接进入图像采集设备。

宝石可以是切割宝石，在这种情况下，可以从面对宝石台面的视点捕获多个图像。

该系统还可以进一步被配置为提供宝石中检测到的包含物的映射图。

该系统还可以进一步被配置为根据检测到的包含物对宝石的净度进行分级。

根据本发明公开的主题内容的另一方面，这里提供了一种检测宝石中包含物的方法，包括：

(a)控制照明系统，该照明系统被配置成从相应的照明方向选择性地照亮宝石的多个间隔的光入射区域中的每一个，并提供若干照明方案，每个照明方案由同时照亮的光入射区域的独特组合定义，所述控制器被配置成使所述照明系统连续产生所选的每个照明方案，以便同时为宝石的一个或多个预定的光出射区域提供内部均匀的照明；

(b)根据步骤(a)中的定义，在不同的成像深度处捕获宝石的多个图像；以及

(c)基于所述图像中检测到的内部照明的不均匀性来处理所述图像并识别所述图像中的包含物。

根据本公开的主题内容的第一方面，上述方法还可以包括上述关于系统的任何步骤/操作。

根据本发明主题内容的另一方面，这里提供了一种用于该系统中的附加暗场照明装置，该系统包括一个工作台，该工作台具有用于放置宝石的中心轴，以及一个光源，该光源沿该轴与该工作台隔开，以朝向宝石。该装置包括具有水平反射表面的环形平壁，该水平反射表面具有中心圆孔并且被配置成放置在工作台上，使得该孔与中心轴线同轴并围绕工作台上将放置宝石的区域并且使反射表面面向光源。该装置还包括截头圆锥形壁，其具有沿着中心轴线与水平反射表面间隔开的倾斜反射表面，该装置使得当装置放置在工作台上时，从光源朝向水平反射表面的光束由此朝向倾斜的反射表面反射，然后倾斜的反射表面将光束反射向中心圆孔。

附图说明

为了更好地理解本文公开的主题内容并举例说明如何在实践中实施，现在将参考下列附图描述具体实施方案，这些具体实施方案仅代表非限制性实施例：

图1是根据本发明公开的主题内容的一个实施例的总光学装置系统的示意图；

图2A是根据本发明公开的主题内容的一个实施例，具有类似于图1所示装置系统的等距视图，该视图示出了系统的检测室被部分打开；

图2B是图1的系统的等距视图，具有90度的角度，切口沿系统的中心轴延伸；

图3是图1和2中所示系统的横截面主视图，是沿着包含其中心轴的平面截取的；

图4A示出了切割金刚石的3D模型，其中具有一个光束的轨迹，其同类可以用于根据本公开主题内容的具体实施方式的一个方法中；

图4B是图4A中所示的3D模型的俯视图，没有光束，其中标记了出射区域，其均匀的内部照明可以通过包括图4A的光束的内部光束的组合来实现；

图5A和5D各自示出了切割金刚石的俯视图，其具有内部照明点的示意图；

图5B和5C分别是图2A至3中所示系统的下半球和平台的侧视图和平面图，在图2A至3中，切割钻石设置在所述工作台上，并且示意性地指示下半球上的区域，从该区域向切割钻石反射光束，以在切割钻石内具有这样的轨迹，以提供图5A中所示的光点的内部照明；

图5E和5F分别是上半球和所述工作台的侧视图和平面图，所述工作台上放置有切割钻石，上半球区域的示意图表示，光束必须朝向切割的钻石反射，以便在切割钻石内具有这样的轨迹，以提供图5D所示的点上的内部照明；

图6A-6C是下半球的平面图，其中的区域由图2A至3中所示系统以不同的照明模式的投影仪照射；

图7A和7B分别是在图2A到3中所示类型的系统中获得的钻石的平面图像，具有两个刻面的钻石内部具有比钻石的其他刻面更高的照明均匀性；

图8A-8C分别是在图2A到图3中所示类型的系统中获得的钻石的平面图像，其中在小平面处看到包含物(图8A和8B)或包含物的反射图像(图8C)，其将在内部被照射，具有比钻石的其他小平面更高的照明均匀性；

图9示出了用图1和2中所示类型的系统检测到含有标记的包含物的钻石的说明性图像；

图10A是配置于图1到图3中所示系统的暗视场照明装置的透视图；

图10B是图2A到图3所示系统的主视图，其中安装有图10A所示的暗视场照明装置；

图10C是图10B中所示系统的放大视图，其中示出了由系统的投影仪发射并由暗照明装置反射的光束的轨迹，以在钻石上获得所需的照明方案；

图11A是举例说明用于检测宝石中包含物的方法的准备阶段的方框图，其中照明强度可调节；和

图11B是示出根据本公开主题内容的实施例的用于检测宝石中的包含物的方法的框图。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据当前公开的主题内容的一个实施例的系统1，其具有中心轴X并且包括照明系统，该照明系统包括下部照明子系统3a和上部照明子系统3b，其间配置有工作台2用于将钻石D放置在其上与中心轴X对齐，以使钻石暴露于由每个子系统产生的照明；图像采集装置24与中心轴同轴，并配置成当安装在工作台上并由照明子系统照射时捕获钻石的图像。如果需要，工作台可以构成容器的底部，该容器被配置用于携带浸没介质。这种介质可以是折射率高于空气的折射率的类型，在室温下是透明的。浸没介质的量可以使其包围整个钻石或仅包围其部分，例如，其表面，以减少其直接反射的量。另外，可以提供适合使用该系统的条件。

在所描述的实施例中，将钻石D放置在工作台上，使得其工作台面朝向下部照明子系统3a的方向，并且工作台2对于照明是透明的，由此该子系统被配置为照亮钻石使得来自下部照明子系统的光束在撞击钻石之前穿过工作台。

在所描述的实施例中，下部照明子系统3a包括下部照明表面4a，上部照明子系统3b包括上部照明表面4b，每个照明表面分别形成有开口5a和5b。图像采集装置24设置在距开口5a一定距离处，并且被配置为至少在其将要放置钻石的中心区域处通过该开口观察工作台2。

下部照明表面被配置成经由工作台2接收来自安装在上部照明表面4b中的开口5b内或附近的第一光源8的光并且漫反射，使得至少一部分反射光可以再次通过工作台2到达钻石。所描述的实施例中的第一光源8是投影仪的形式，其可以产生任何期望的照明方案并因此照亮下部照明表面4a的所需几何形状的多个选定区域。本说明书中会详细的描述选择这些区域的方式，尽管已经在这个阶段，但可以指出，所述选择是在预定区域/小平面上照射钻石，使其光束从上述区域在预定方向上反射。

下部照明子系统3a还包括：分束器14，设置在图像采集装置24和开口5a之间的中心轴X上，以及第二光源12，与中心轴X间隔开并相对于分束器设置通过分束器将光线沿着轴线X引导到工作台2，以便能够通过工作台2照射钻石的工作台面。分束器还被配置成允许成像光束在开口5a的方向上射出钻石，穿过分束器朝向图像采集装置24。

上部照明子系统3b包括上部照明表面4b，所述上部照明表面4b被配置为接收来自第三光源10的光并且漫反射，使得至少一部分反射光可以从上方照射钻石。所描述的实施例中的第三光源10具有环形构造，并且其布置在工作台2的周边处或者至少比上部照明表面4b的至少大部分更靠近工作台。第三光源10可以配置成在上部照明表面4b上产生任何所需的照明图案。例如，第三照明源可以是可以单独控制的多个LED的形式。

应注意，照明子系统的每个光源可以被配置为提供可见和/或UV和/或IR照明，并且它们都可以根据其目的提供相同或不同种类的照明。因此，例如，当希望排除由钻石外表面上的灰尘或其他外来颗粒引起的假阳性检测时，可以使用UV照射，如下面更详细地描述的。

本实施例中的下部照射表面4a和上部照射表面4b均为半球形的连续漫反射表面的形式，但是它们中的任何一个或每个可以是多个离散的小反射器的形式，其可以是静止或可移动以改变它们相对于系统中心轴的方向。

此外，下部和上部照明子系统的结构不一定需要如上所述，以便根据需要照射钻石上的预定区域。例如，下部照明表面和上部照明表面中的任何一个或每个可以是多个单独可控光发射器的形式，在这种情况下，系统不需要分别包括第一光源8和/或第三光源10。在以这种方式设计下部照明表面4a的情况下，工作台2仅需要在其构造成接触钻石的工作台面的区域是透明的。此外，工作台2可以是托架的形式，该托架构造成将钻石保持在其腰部处，以便将其直接暴露于来自下部和上部照明子系统的照明。

照明系统3可以包括附加组件，其被配置为与光源8、10和12中的一个或多个一起使用，以提供与下部照明子系统和上部照明子系统提供的照明不同的照明。这种附加组件的一个实施例是暗场照明装置，其配置成与光源8一起使用并安装在工作台2上方，以便防止来自光源8的任何光直接到达工作台2并且因此以预定图案接收来自光源8的光，用于将其作为侧面照射引导到钻石，用于使用照明子系统3a和3b按照期望不能检测到的包含物成像。这种暗场分量的一个具体实施例在图10A中示出。

在图像采集装置具有相对短的聚焦深度的情况下，系统还可以包括致动器(图1中未示出)，用于操纵图像采集装置14，以便沿着中心轴X移动其焦平面，并且从而使其能够沿着中心轴X逐个切片地扫描钻石。可选地或另外地，图像采集装置可以具有可变的焦深，以适应不同尺寸的钻石。

系统1还包括控制器6，控制器6被配置成控制其操作，特别是其照明子系统3a和3b的操作，以便选择性地同时以预先确定的方式照射钻石上的预先确定的入口区域。

更具体地，控制器6可以操作照明子系统，提供同时进入钻石的照明光束的模式，相应的成像光束同时离开钻石，通常进入区域与出射区域不同，并且形成其图像在图像采集装置比在钻石的其他区域中更均匀地分布在预定的出口区域，用于使用预定出口区域的图像来检测钻石中的包含物，如下面更详细描述的。换句话说，在预先确定出口区域退出钻石之前，从相应的预定方向进入相应预定入口区域中的钻石的光束经历预测的内部反射并产生相应的内部照明。出口区域，与钻石的其余部分相比具有更高的均匀性。如上所述可以以“更均匀”的方式同时内部照射的出口区域可以是在其俯视图中看到的钻石的一个或多个刻面。例如，它们可以是两个相邻的冠面，全平面或其一部分或甚至整个钻石。因此，照明系统将需要创建的照明图案的数量将由要同时均匀内部照明的出口区域的组合的数量来限定。

控制器还可以控制采集装置，使得其使图像捕获部分与照明系统产生照明方案同步。

为了确定出射区域和相应的入射区域，可以首先扫描钻石以获得其3D模型，并且可以使用3D模型和系统的光学设置来执行其光线跟踪和照明模拟。话虽如此，可以在不对钻石进行建模的情况下执行上述确定。例如，通用的，预先存储的照明方案可以应用于系统中的钻石并且基于在光出射区域处获得的内部照明强度，入口区域，相应的照明方案和/或入口区域处的照明强度可以被调整。通过反复试验，实现出口区域内部照明的所需均匀性。

系统1还可以包括用户界面9。用户界面9可以呈现采集装置14的实时视图，并且系统可以从其操作。

图4A示出了在给定其期望的出射区域和出射方向的情况下，如何使用光线跟踪来确定一个入射照明光束的入射区域和入射方向。因此，图4示出了钻石的实施例的3D模型，一个入射照明光束L_ILL，以及其在预定入射区域A之间的轨迹，入射光束L_ILL在该预定入射区域A处从预定方向照射所述钻石，所述预定方向具有钻石台入射角α和预定出射区域R，在该预定出射区域R处，相应的成像光束L_IMAG在由钻石台限定的预定方向上离开该区域的出射角β，该出射角是图像获取装置24的方向。因此光束经历了许多与钻石的冠面相互作用，导致其被分成内部光束L_INT，在进入入口区域A的钻石之后，通过其小平面的反射继续在钻石内行进，并且一个或多个折射光束L_EXT，其退出在预定出口区域R以外的区域处的钻石。

通过照明系统的同时操作产生的足够数量的内部光束L_INT的组合，其轨迹已被计算以便在与光束L_IMAG相同的方向上离开区域R，允许该区域被内部照明系统均匀的内部照明，均匀程度比钻石的其他区域的程度高。图4B示出了这样的出射区域R。

该系统还包括图像处理器7，图像处理器7被配置为处理由图像采集装置捕获的图像，并且基于内部照射的出射区域R的均匀性与应该由内部光束提供的相应均匀性的偏差来识别钻石内的包含物。对应于成像光束L_IMAG的L_INT，其被期望参与出射区域R的成像。处理器还可以提供有合适的软件，以基于检测到的包含物确定钻石的净度等级。

更具体地，利用系统在每个图像捕获部分中提供的给定照明参数，预期为该部分选择的出射区域R将以预定的照明均匀性被内部照射。如果在该区域的图像中，对于这些出射区域R，照明均匀性与预定的不同，则怀疑是由改变相应内部光束L_INT的预期轨迹的包含物引起的。

因此，图像处理器在所有图像捕获部分中处理由获取装置捕获的多个图像，并且基于在预期均匀内部照明的出口区域处在这些图像中检测到的内部照明中的不均匀性来识别包含物。可以通过任何适当的方式执行这种不均匀性的检测。例如，可以通过以下中的至少一个来执行检测：(i)将预定光出射区域的图像与在假设这些区域被均匀地内部照射的情况下计算的光线跟踪模拟图像进行比较；和/或(ii)将其图像中的光出射区域的亮度/强度与预先计算的预期亮度/强度进行比较。

在上述选择(i)和(ii)的每一个中，通过使用宝石的模拟来识别可以导致假阳性检测结果的钻石边缘并且将它们排除在被认为是潜在检测到的包含物之外，可以促进比较。

由于可以粘附到钻石外表面的灰尘或其他外来颗粒，可能发生其他假阳性检测。可以例如通过用UV光照射钻石的外表面并获取被照射的外表面的图像以检测由颗粒发射的光来识别这种用于进一步排除检测结果的假阳性检测，如果有的话，在紫外线的影响下。该选项基于已知的现象，即当被吸收的辐射在光谱的UV区域中时荧光物质在光谱的可见区域中发出明显颜色的光，并且因此对于人眼是不可见的和/或各种检测器，例如彩色CCD相机。

图2A、2B和3示出了可以实现上述系统1的一种特定方式。

因此，图2A、2B和3中所示的系统100包括与图1描述的系统1相似的组件。尤其是，如图3中最佳所示，系统100具有中心轴X并且包括透明圆形工作台102，所述透明圆形工作台102具有钻石支撑表面101并位于球体104中间，用于在其上安装钻石，其工作台面与圆形工作台102的支撑表面101接触。圆形工作台102可具有通过定心装置106移动的能力，该定心装置106可在垂直于中心轴线X的平面内移动所述工作台，和/或围绕此轴旋转所述工作台。如果需要，透明工作台102的移动可以有助于将钻石与中心轴对准。

球体104构成照明系统103的一部分，并且它包括分别具有下半球和上半球漫反射表面104a和104b的下半部和上半部，形成有位于下半球底部的底部开口105a和位于上半球顶部的顶部开口105b，分别使得中心轴X穿过开口的中心。

照明系统103还包括以下光源：

顶部光源108，在该实施例中是投影仪的形式，被配置为经由开口105b照射下半球漫反射表面104a并且被控制以在漫反射表面104a上提供各种照明配置，使得该表面上的每个照射点可以以不同的强度照射；

中心光源110，用于照亮半球形上表面104b；在本实施例中，中心光源是LED阵列的形式，其围绕工作台102环形地设置在比上半球104b的至少大部分更靠近工作台的位置；LED可以照射漫反射表面104b的一部分，以便提供所需的照明图案；和

横向底部光源112与轴线X间隔开并且与设置在中心轴线X上的分束器114相关联，两者都位于下部表面104b的外部并且被配置为提供工作台的中心区域的照明，这是当通过开口105a并平行于中心轴X的光束通过位于工作台上的钻石的台面接触；底部光源112可以是例如投影仪，灯泡阵列或LED阵列的形式，其可以可选地与漫射器耦合。

围绕开口105b的中央底部光源117，其直接从其他光源不能获得的方向照射金刚石，更具体地说为顶部光源108，由于对钻石的视线阻挡，它不能照射下半球漫反射表面104a。

半球形漫反射表面104a和104b分别与底部、顶部和中央光源108、110和112的组合为照明系统103提供了选择性地照射大部分(如果不是整个)钻石表面上的区域的能力。在钻石中，每个区域可以用所述光源提供的所需强度选择性地照射，以便获得钻石上预选光出射区域的内部照明，具有如上所述的所需照明均匀度。

系统100还包括照相机124形式的图像采集设备，其被配置为通过分束器114捕获钻石的图像。照相机124可以在各种焦深下操作。例如，其焦点深度可以使得钻石的整个高度成为焦点。在另一实施例中，相机可以具有短的焦深并且由致动器127操纵，致动器127被配置为通过逐片地捕获多个图像来改变相机的焦平面的位置以高精度地扫描整个钻石，以覆盖整个钻石的深度。在所描述的实施例中，致动器127用于沿轴线X移动照相机124。

系统100被配置为由控制器126操作。控制器126被配置为操作照明系统103，以根据从外部光线跟踪模拟系统接收到的相应指令或根据从外部光线跟踪模拟系统接收到的数据计算出的多个照明方案。在本实施例中，每个这样的照明方案可以由分别通过投影仪108和LED 110的选择性照明在所需强度的一个或两个漫反射半球104a和104b上产生的多个照射区域限定，以便确保从所述区域漫反射的光束将包括这样的入射照明光束，其将以预定方向进入预定入射区域的钻石，如上面参照图4所述。如果需要，其他入射照明光束可以由光源112提供。由图2A至图3所示系统产生的漫射半球之一中的这种照射方案的实施例示于图6A-6C中。如图所示，每个这样的方案包括选择性照射区域128的组合。

如上面参照图4所解释的，每个入射光以预先确定的方向进入钻石的预定入口区域，将参与相应预先确定的光出射区域的内部照明。为了举例说明图2A至3所示的系统，下面参考图5A-5F。

图5A示出了钻石的俯视图，包括在该方向上可以看到的边缘的反射。光斑SD1位于钻石的台面上，在该实施例中构成其所需的光出射区域。图5B和5C示出了下部漫反射半球104a，其上具有相应的光斑SS1，其需要被照射以在钻石上产生这样的入射光束，该入射光束将具有以参与光斑SD1的内部照明结束的内部轨迹并且在相应的成像光束在照相机124的方向上从光斑SD1射出。

图5D示出了钻石模型的另一个实施例的俯视图，其中光斑SD2位于钻石的冠部上，构成了其所需的光出射区域。图5E和5F示出了上部漫反射半球104b，其上具有相应的光斑SS2，其需要被照射以在钻石上产生这样的入射光束，该入射光束将具有以参与光斑SD2的内部照明结束的内部轨迹并且在相应的成像光束在照相机124的方向上从光斑SD2射出。

图7A和7B是钻石的两个图像，每个图像在一个图像捕获部分中拍摄，其中通过计算的独特照明方案照射钻石，以提供图7a图像中钻石的两个面F1和F2以及图7B的图像中的钻石的另外两个小平面F3和F4(由闭合线标记)的均匀内部照明。如图所示，所示的小平面被照得更均匀，以至于在相同图像中看到的任何其他小平面。如上所述，预先计算了独特的照明方案，并且控制器126操作照明系统103以提供该方案。

该系统还包括图像处理器(未示出)，其被配置为以与上述图像处理器7相同的方式操作，以检测钻石中的包含物。图8A-8C是钻石的图像，其中旨在内部照明均匀的光出射区域(由闭合线标记)具有对应于检测到的夹杂物的非照明或不良照射区域。

该系统可以进一步包括显示器或用户界面，其中可以呈现钻石的俯视图，其中标记有检测到的包含物。图9中示出了这种呈现的实施例。除了标记包含物之外，还可以添加关于标记包含物的各种细节，例如其在钻石中的位置，其大小，类型或与之相关的任何其他包含物标准。

可通过上述系统检测的包含物的实施例是Gletz、晶体、针状物和羽毛。它们的尺寸和位置可以对应于VVS(非常、非常轻微包含)的净度等级分级。

除了由上述上部和下部照明子系统提供的照明之外，可能需要特殊照明的包含物是非常少的无色包含物，例如，如云状物。使用暗场照明，可以突出显示这些包含物并进行检测。

为了在上述系统100中提供这种暗场照明，附加的暗场照明装置132(例如，如图10A所示)可以以图10B和10C所示的方式在系统中使用。附加暗场照明装置132具有中心对称轴C，并且被配置为与系统的轴X同轴地放置在工作台102上，以覆盖工作台围绕其中心区域133的大部分区域，其中放置钻石(其大小应足以容纳该系统被设置可检测的最大值的钻石)，以便接收来自第一光源108的照明。装置132包括具有反射表面134的环形平坦壁，该反射表面134例如可以是镜面，并且是截头圆锥形壁，具有反射表面136，后者壁沿着轴线C与前壁隔开，因此当装置132放置在工作台102上时，平壁与其接触，截头圆锥形壁设置在平壁上方。环形平坦反射表面134具有内径d1的中心圆孔135，其对应于工作台102的中心区域的内径，并且其外径d2足够大，以确保当装置放置在工作台上时，来自第一光源108的围绕其中心区域朝向工作台102发射的所有光将照射反射表面134。当装置132安装在工作台102上时，装置132的至少一部分在其顶部开口以允许预先确定的照明方案的光束从第一光源108通过该开口到达平面反射表面134。

截头圆锥形反射表面136相对于平坦反射表面134倾斜，当装置放置在工作台102上时，第一光源108根据预定方案发射并由平坦的反射表面134反射到截头圆锥形反射表面136，并且由此进一步朝向中心圆孔135反射，以便在其不同高度处照亮钻石的冠。这种光束轨迹的实施例如图10C所示。

在具有附加装置102的系统的操作中，第一光源108由控制器126控制，以在平坦反射表面134上提供上述预定的照明方案，从而导致安装在工作台102的中心区域上的钻石的冠通过从截头圆锥形反射表面136反射的光束照明。由此产生的入射光束进入钻石的内部，并且在没有任何包含物的情况下，沿着照相机124方向以外的方向离开钻石。因此，只有光线遇到钻石中的包含物，才能在相机中捕捉到，并且很容易检测到小而无色的包含物。这种暗场照明的模拟可以从上述模拟系统输入到控制器，或者可以由控制器本身基于钻石的3D模型和相应的光线跟踪来计算。

系统的操作通常需要将系统与外部光隔离，因此球体通常由非穿透性光材料覆盖。然而，盖子的一部分是可移动的盖子115，如图2A所示，具有闭合和打开状态(仅在其打开状态下示出)，因此可以出于任何种类的原因到达球体的内部，例如，放置钻石或出于维护原因。

如上所述，可选地，在检测上述系统中的钻石D之前获得其3D模型，例如，借助于具有光线跟踪能力和照明模拟能力的外部3D绘图系统。

在操作中，将钻石D放置在工作台上，将钻石与相机对准，并且如果需要，它还与接收的光线轨迹模拟/3D模型对准。通过移动/旋转透明工作台来获得对准，并且它可以由操作员手动完成或由系统自动完成。通过使用钻石的俯视图成像来执行对准。

图11A和11B示出了在控制器126的控制下使用上述系统100检测钻石中的包含物的方法的一个实施例，包括图11A中所示的第一准备阶段和第二检测阶段，其中，在准备阶段确定入口区域，在此入口区域以多个图像捕获期间的照明强度进行包含物的检测。在本实施例中，每个这样的图像捕获期间包括拍摄由钻石内的一个焦点位置处的所有照明方案连续照射的钻石图像。

参考图11A，在步骤200中，接收关于特定钻石的数据/指令，无论是从外部系统还是从本地数据库导出的。这些指令包括每种光出射区域组合的照明模式，这些光出射区域将同时进行内部照明，这些模式的总数n和光出射区域的相应组合。该指令还包括关于初始强度的数据，根据此数据在该阶段提供照明方案。

在步骤202中，设置照相机124，以便在其视场中具有整个钻石，用于至少在钻石内部的一个焦点位置捕获其图像。另外，在步骤204中，设置相机的所有参数，例如曝光、ISO等。

在步骤206中，根据所接收的照明模式1的指令和其初始强度设置照明，在步骤208中，捕获钻石的一个或多个测试图像，并且这些步骤重复N次(步骤210)。

在步骤212中，使用模拟软件处理捕获的测试图像，以确定在每个照射图案中需要提供的最终照明强度，以便获得相应的光出射区域的均匀内部照明。

参照图11B，执行检测阶段，在该阶段中，在多个图像捕获期中检测包含物，这些图像捕获期对应于要在钻石中捕获钻石图像的照相机焦平面的所需位置数。

在步骤214中，将照相机设置为其焦平面的第一位置。如果希望在不同的图像捕获期之间改变它们，则该步骤还可以包括设置照相机的其他参数。

在步骤216中，根据接收到的指令和计算出的最终强度设置1号照明方案，以获得具有均匀内部照明的相应出射区域。

在步骤218中，捕获多个期望图像。在步骤220中，对于N个照明模式，在每个捕获期中重复步骤216和218N次。如果要在钻石中检查更多深度，即在步骤222中执行更多捕获期，则重复步骤214、216、218和220。

在步骤224中，处理所有捕获的图像以识别可疑包含物。应当注意，图像可以在捕获期期间或在每个捕获期之后发送到处理器，而不一定在所有捕获期结束时发送。

步骤224的处理输出可以是例如具有标记的包含物的钻石图像形式。它还可以包括与包含物有关的数据，例如它们的尺寸，深度，类型等。此外，可选的输出可以是钻石的净度分级。

应当注意，这里所表述的步骤并不局限于具体描述的顺序，一些步骤可以在其他步骤之前或者之后进行，或者被省略。

Claims

1.一种用于检测宝石中的包含物的系统，包括：

2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括透明工作台，该透明工作台被配置用于在其上固定宝石，使得如果宝石是切割宝石，则其台面朝向图像采集装置。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其中所述照明系统可以包括第一半球形照明表面。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述第一半球形照明表面是第一漫反射表面的形式，并且所述照明系统进一步包括第一光源，所述第一光源被配置为选择性地照射第一半球形照明表面上的多个区域，第一反射表面和第一光源设置在宝石的两侧。

5.根据权利要求1、2或3所述的系统，其中所述照明系统可以包括第二半球形照明表面。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述第二半球形照明表面是第二漫反射表面的形式，并且所述照明系统进一步包括第二光源，所述第二光源被配置为选择性地照射第二半球形照明表面上的多个区域，第二反射表面和第二光源设置在透明台的同一侧。

7.根据权利要求3、4或6中任意一项所述的系统，其中，当直接或者间接从属于权利要求3时，所述系统具有穿过第一半球形照明表面的中心的光轴，并且在此之后的表面包括围绕所述轴的开口。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述照明系统还包括第三光源，其配置成通过所述开口照射宝石和/或图像采集装置可以被配置成通过所述开口捕获宝石的图像。

9.根据权利要求1到8中任意一项所述的系统，其中，所述一个或者多个光出射区域的至少一个包括宝石的至少一个小面。

10.根据权利要求1到9中任意一项所述的系统，其中，所述控制器被配置成使用光线跟踪模型计算照明方案。

11.根据权利要求1到10中任意一项所述的系统，其中，进一步提供了沿着宝石高度捕获宝石多个深度图像的方法。

12.根据权利要求1到11中任意一项所述的系统，其中，所述图像处理被配置为使用以下中的至少一个来进行所述检测：

ii)相对于该区域的预定强度，检测该区域光照强度的区别；

iii)相对于该区域的强度，相对于其周围像素，比较像素处的照明强度。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述图像处理系统可以被配置为在识别包含物时排除误报检测，使用以下一个或者两个实现：

i)模拟宝石以识别钻石边缘；

ii)在照射下对宝石的外表面成像，以允许检测所述外表面上的外来颗粒。

14.根据权利要求1到13中任意一项所述的系统，进一步包括暗场照明装置。

15.根据权利要求14所述的系统，进一步包括暗场照明装置，所述暗场照明装置包括多个反射面的组合并被配置为固定的，从而接受来自第一光源的光同时防止该光源的光束直接进入图像获取装置。

16.检测宝石中包含物的方法，包括：

(b)当如(a)中定义的方式照亮时捕获宝石的多个图像，选择性的，以不同的成像深度捕获图像；并且

17.根据权利要求16所述的方法，其中，使用漫反射表面和至少一个光源进行照明。

18.根据权利要求16或17所述的方法，其中，如果所述宝石是切割的宝石，从面向宝石的台面的视点捕获多个图像。

19.根据权利要求16-18中任意一项所述的方法，进一步包括提供宝石内检测到的包含物的映射图。

20.根据权利要求16-19中任意一项所述的方法，其中，所述内部均匀照明是以光线跟踪模型为基础的。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述光线跟踪模型是以宝石的3D建模为基础的。

22.根据权利要求16-21中任意一项所述的方法，其中，进一步根据所检测到的包含物对宝石净度分级。

23.根据权利要求16-22中任意一项所述的方法，其中，所述一个或者多个预先确定的光出射区域包括至少一个宝石的小面。

24.根据权利要求16-23所述的方法，其中，检测内部照明的非均匀性包括以下至少一个：

i)将一个或者多个预先确定的光出射区域的图像与这些区域是光均匀的模拟图像相比较；

ii)相对于该区域的预定强度，检测该区域光照强度的区别。

25.根据权利要求24所述的方法，其中，使用宝石模拟进行检测，识别钻石边缘，减少误报检测。