JP2012505375A - 宝石の査定、評価および等級づけのための改良された装置および方法 - Google Patents

Abstract

宝石の査定、評価および等級づけのための装置（１０）は、宝石がその上で支持される台（１１）を有する。台は、光を透過しないハウジング（１５）において囲まれる。ハウジングに位置し、宝石上へ入射の光を投影するために適応する少なくとも１つの光源（１４）が存在する。入射光への宝石の配向性を変化させるために台を回転させて、傾けるための手段もまた存在する。デジタル・カメラ（１６）は、光源または各々の光源に隣接するハウジングに位置し、入射光の反射および／または屈折に基づき、宝石の画像を撮るために適応する。装置は、画像を調整し、分析するための情報処理手段も含む。その情報処理手段は、色、カット、クラリティ、閃光放射、輝度、光彩、波長分散および光沢の一以上を評価するための命令セットでプログラムされる。宝石は、その底面で宝石と係合する固定手段（１７）により台に支持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉱物試料と同様に、オパール、真珠およびダイヤモンドのような（非有機的および有機的な宝石を含む）宝石および鉱物の査定、評価および等級づけのための装置および方法に関するものである。特に本発明は、ハードウェアおよびソフトウェアの両方を組み込むそのような宝石および鉱物のデジタル分析器に関係がある。

本発明の背景および本発明の好ましい実施形態が以下に、オパールおよび他の色のついた宝石の査定、評価および等級づけに関して記載されるが、ここで記載した発明の明細書の意図がそれへ限定されず、すべての宝石および鉱物へのより広い適用を有することは当業者にとって明らかである。この明細書における理解の容易さのため、用語「宝石（および複数形）」が、本発明の範囲内に含まれるすべての宝石および鉱物を指すときに使われる。

本発明はまた、オパール、ダイヤモンド、サファイヤ、ルビー、エメラルド、アクアマリンおよびアレキサンドライトのようにファセットを作られたおよび／またはカボション面の両方を有する、特定の宝石の査定、評価および等級づけのための装置および方法にも関するものである。この明細書における参照の容易さのため、そのような宝石は、以下に「色のついた宝石」と呼ばれる。

現在のオパール査定および評価の実行法は、人間が観察した要因の組合せに基づくので、オパールを動かした時の色の煌き、本体の色調、色、輝度およびパターンをスコアリングするような非常に主観的なものである。オーストラリアが世界のオパールの９５％に貢献するという事実は、幸福でもあり災いでもある。海外の買い手は多くの場合、供給されているオパールの価値を評価するためにトレーニングを受けておらず（買い手と売り手間の交渉が困難になる）、供給業者が適切なオパールを提供することができるような十分に簡潔かつ客観的な語で特定のタイプのオパールを説明することもできない。

ほとんどの宝石査定は、１０倍の拡大ルーペを用いて作成される。宝石は、宝石との光の相互作用、および、外部および内部の特徴を見るため、一対の宝石ピンセットでそれを保持して、（縦揺れ、横揺れおよび偏揺れを用いて）回転させることによって観察される。

現在のオパール査定および評価の実行法の主観的な性質が交渉を難しくし、オパール鉱山労働者と買い手との間の取引条件を実質的に歪曲してしまう。

オパールがその価値のために等級づけされる多くの主要な特徴が存在する、例えば：●色（色相）および煌きの領域、
●輝度、
●本体の色調、
●パターン、
●形状、
●他の特徴である。

オパールの全体的な宝石学的価値の相対的な重要性に関して、色と本体の色調の組み合わせは約４０％の重要性を有し、続いて輝度およびパターンが各々約３０％の重要性を有し、残りの特徴はそれほど有意な重要性を有しない。人間の観察者によって客観的な査定を追求する観点から、色が最も困難であるように見え、続いて、そのパターンに２８の主なタイプがあるのでマニュアルで評価および定量化するのがより容易である輝度がある。

色は、以下の理由により人間の観察者が評価するのに困難である：（１）各々の色の寄与が、見る角度で、つまり縦揺れ、横揺れおよび偏揺れで変化する。すべての配向性は、人間の限定された知覚、主観的な記憶および視力の変化のために困難である色評価において一体化されることになる。（２）屋外に出ると、見る状態が非常に変わりやすいので、カラー参照図により正確に明度を割り当てることは困難である。

問題を倍加させるのは、オパールおよび他の宝石の合成的または人工レプリカが改良されていることであり、ある場合には（例えばダイヤモンド）、合成のものから自然の宝石を検出することは極めて困難である。宝石の真正性を確かめることは、客観的で自動化した分析手法の導入によって解決される他の問題である。

客観的で自動化した分析手法、および、画像捕獲装置をダイヤの等級づけに提供する１つの方法は、米国特許第６，２３９，８６７号（以下「該特許」）に開示される。また、オパールおよび他の宝石の等級づけのための方法および装置の使用にも言及しているが、その方法はオパールには不適当であり、他の宝石、ダイヤモンドにさえも十分には適していない。該特許において開示された画像捕獲装置および方法は、宝石台が傾けられないので宝石の「閃輝色」を示すための画像を取り込む間の宝石の縦揺れ、横揺れおよび偏揺れの運動を考慮に入れない。そして、該特許が、各々の特徴で宝石を等級づけする前にその多数が特にオパールにとって重要である各々の色、輝度、本体の色調および他の特徴における宝石の表面のすべての部分の査定を開示するというわけではない。むしろ、該特許は、制御された弧形を通じてカメラを動かすことによってダイヤモンドの小さな領域の試料を採取し、ダイヤモンドの色を評価するためにその領域の全体の照明データの平均をとる方法を開示する。

そのような限定された試料採取は、それがオパールの全体領域の「閃輝色」、本体の色調および輝度を表さないのでオパールに適していない。特に、該特許は、宝石色の分析が、ガードルおよびテーブルファセットによって輪郭を描かれる画像画素領域における色画像の平均的な赤、緑および青（ＲＧＢ）の値を得ることによって実行され、より小さな領域の色の試料を採取することにより、より予測可能かつ正確な色表示が得られることを述べる。これらの手順は、オパールの全表面が色の査定を必要とするオパールの査定には適していない。

さらに、該特許において開示される画像捕獲装置は、宝石とそのカメラとの間の光にフィルターをかけ、これが色の分析には決定的であると明言されている。その装置はまた、その上で中央に配置される、または、傷または色の含有物の検出のために宝石の閃光を取り除き、光の伝達を助けるように宝石を浸漬するため宝石およびガラスプレート間のどちらでも高粘度の液浸油を使用する。該特許において開示される画像捕獲装置および方法のこれらの特徴は、オパールには不適当であり、他の宝石には十分に適していない。

色のついた宝石の美しさは、光に対するそれらの影響によって完全に決まる。宝石の査定を判定する要因は、色、色の変更パターン、透明度、光沢、輝度、分光および「ファイア：輝き」を含む。

色のついた宝石は、それらの原子構造、原子構造の表現としての幾何学的な形状、および、構造と物理的な特性との間の関係によって定められる結晶系に分けられる。

各々の結晶系は、定められた光学的特性を有する。それらは：●単独で屈折する−屈折した光線が、一定の新規な速度で単一の新規な方向において移動する（等方性）、
●二倍に屈折する−光線が屈折し、異なる通路をとり、異なる速度で進行する２つの光線に分かれ、媒体は一以上の屈折率を有している（異方性）、
●二倍に屈折し単軸である−そのような媒体は、２つの分かれた光線が等方性であるように見えるそれに対して平行な一方向−光軸を所有する、
●二倍に屈折し双軸である−そのような媒体は、２つの分かれた光線が等方性であるように見えるそれに対して平行な２つの方向を所有する。

以下の表は、異なる結晶系がとる様々な幾何学的な形状を識別する：

色のついた宝石は、作成される色、および、反射されかつ屈折された光のふるまいに影響を及ぼすそれらの化学組成および微量元素によってさらに定められ、様々な公知の機器を用いてそれらの光学的特性、比重、硬度、含有物および色によって識別される。そのような機器は、以下の構成を含む：
●１０倍の拡大鏡−宝石の日常の観察のための使用される、
●屈折計−石を通じて発された光の屈折率を測定する、
●二色鏡−二倍に屈折する石において二色を示す、
●偏光器−二倍または単独に屈折する石の光学性を決定し、石の様々な結晶軸を見つけるのを助ける、
●顕微鏡−拡大による内部の特徴を分析する、
●比重−水における変位を測定する、
●チェルシー・フィルター−自然のエメラルドと緑のガラス、トルマリンおよびペリドットのようにそれに似た物とを区別するのを援助するのに勧められるエメラルドの放射および吸収特徴に適合する約６９０ｎｍの深い赤い波長および約５７０ｎｍ黄緑色の波長の両方の伝達を可能にする、
●分光器−スペクトル放射および干渉波長を測定する、
●ＳＷ／ＬＷ紫外線ボックス−紫外線−蛍光および発光への石の反応を測定する。

色のついた宝石は、屈折および反射される光の質−輝度および色の彩度、存在する含有物、カットの質およびカラット重量で評価される；４つ「Ｃ」−カラー、カット、クラリティ、カラットがダイヤモンド産業によって注目される。

色のついた宝石は、様々な形状−円、矩形、正方形、ペア、ハート形、三角形がより一般的で、（実質的に現在、いかなる形状も特にレーザカットによって可能である）、カボションカット・研磨、−楕円形または丸い、ビードまたはひっくり返った、刻まれた自由な形状のファセット面を有する。

ほとんど、いかなる色も宝石およびそれらが得られるカットされていない鉱物の中で見つかる。いくつかの種類は広範囲の色を示す、一方で、他の種類では一定の色である。

宝石は、光の選択吸収−光波と、電子および／または構造の着色との間の相互作用によって色づけられる。自色（自己で色づけられる）鉱物では、それらの色は基本的な特性で、その鉱物に一定のものであり特徴的なものであり、色は鉱物の主要な化学組成によるものである。色が基本的な化学組成の微量不純物から起こる場合、鉱物は他色（他で色づけられる）鉱物と呼ばれる。

多色性または二色性は、鉱物が平面偏光の光の下で回転するので、明白な変退色である。鉱物の二色性または多色性の主要な原因は、光の特定の波長の吸着によるものである。光の特定の波長のこの選択的な吸着により、伝えられた光に色がついたように見える。この色は、厚さの機能、および、鉱物の特定の化学的および結晶学的な性質である。光の特定の波長の吸着が光路によって異なる場合、多色性の現象は明白である。これは、偏光子が鉱物から出ている光を選ぶ時平面偏光の光において観測可能である。この色は、どの光路が見られるかによって決まる。多色性の色が観察され、鉱物のデータにおいて記録され、一般に特定の鉱物の診断用である。

色のついた宝石は、様々な程度の透明度を呈する：それらは、
●透明である−石を通じて物体を見ることができ、明確かつ明瞭に輪郭を示す、
●半透明である−光をわずかに透過するが、石を通じて物体を見ることができない、
●不透明である−光が透過しない。

光彩は、カットおよび研磨された宝石の基本的な重要な性質である。光彩は、寿命および輝度を伝え、その美しさと大いに関係がある。光彩は単に外部の面の影響であり、宝石の面からの反射光の分量および質により決まる。

様々なタイプの光彩は、以下の表に説明される：

光沢は、色のついた宝石の面の下からの光の反射によるものである。それは、宝石の内部構造体によって生じ、いくつかの特徴的なタイプが、以下の表で説明するように、存在する：

色のついた宝石を通じた光の伝達に干渉する含有物はその価値を減らすが、他の含有物はその確実性を証明し、さらに他の含有物は、例えば、スターサファイアおよびルビーに存在する層をなしたルチル針のように、存在する場合には、カボションカット・コランダム（サファイヤ、および、ルビー）にすばらしい星の効果を現れさせる、または、キャッツアイ・クリソベリルのシャトヤンシーを現れさせる喜ばしい効果を提供する。

伝統的に、宝石学研究所のカラー等級づけは、人間の目によって実行される。例えば、ダイヤモンドをカラー等級づけする時、宝石学者は、ダイヤモンドの色が比較されるダイヤのマスターセット（ＤからＺカラーを考慮する）を一列に並べる。石のマスターセットおよびダイヤモンドは、鈍い白色のカウンターの上に置かれる。マスターセットは、最も明るい（最上の色）色が最初に置かれ、次第により暗くなるように一列に並べられる。ダイヤモンドの色はそれから、評価者によりその色が同じであると認められるまでマスターセットの各々の石の色と比較される。

人間の観察者がダイヤモンドを等級分けするときに、いくつかの問題が起こる：あらゆる目は、異なる「色覚異常」を有する。これは、すべての評価者が特定の色の知覚異常を有することを意味する。さらに、照明の色および強度が、目の知覚に影響する。これにより、ほとんどのマスターセットはサイズが約１カラットのダイヤモンドを考慮するので、大きいダイヤモンド（数カラット）および小さなダイヤモンド（小数点以下のカラット）のカラー等級づけにおいて片寄りが生じる結果となる。結局、大きい研究所は、不可避的にわずかに異なる色を有する２つの異なるマスターセットを使用する。このように、同じ研究所またはその支所間でのカラー等級づけは異なる可能性がある。

宝石のカラー等級づけの標準化された報告制度を提供する多くの試みが存在してきた。１つの顕著な制度は、宝石学会（ＧＩＡ）によって提供される。その報告は、寸法、カラット重量、形状および宝石のカットに関する詳細な情報を提供する。ＧＩＡの報告は、実行されたいかなる処理または改良に及ぶものであり、もちろん、石が天然または合成のものであるかどうかにも及ぶ。ＧＩＡの報告は、石の色相、色調および彩度をグラフで示す標準化された「色のついた宝石の等級づけシステム」チャートを利用する。宝石の色の等級づけは、次の３つの定量化可能なカテゴリに分けられる：強度（彩度）、色相（色）および、色調（明るさ／暗さ）。

ＧＩＡは、宝石色相チャートにしたがって最高３１の宝石色相を明示し、分類する。「色相」は、材料（青、緑、赤など）の実際の「色」である。

ＧＩＡ命名法はまた、宝石彩度チャートにしたがって「灰色がかった」（中間色の灰色）から「適度に強い」、「鮮明である」まで彩度の６つのレベルを明示する。「強度」という語はまた、石の彩度を説明するために用いられる。

色のついた石の明るさまたは暗さを説明するため、ＧＩＡシステムは、宝石色調チャートにしたがって、「非常に非常に明るい：ｖｅｒｙ ｖｅｒｙ ｌｉｇｈｔ」から「非常に非常に暗い：ｖｅｒｙ ｖｅｒｙ ｌｉｇｈｔ」まで変動する色調の９つのレベルを有する。数値は、等級づけの報告ために各々の分類に割り当てられる。

色相を除いては、各々のこれらのパラメータは単独では比較的意味がなく、それらは一緒に意味を有するように宝石の色質を明らかにするために用いられなければならない。一緒にされて、これらの３つのパラメータは、急速かつ正確に宝石の色を定量化することができる単純な数字コードを提供する。

報告はまた、米国宝石組合（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｇｅｍ Ｔｒａｄｅ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）および米国宝石学研究所（Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｇｅｍｏｌｏｇｉｃａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ）によっても提供される。これらの報告制度のすべてはしかしながら、カラー等級づけにおける異なる判定基準および標準を用い、一緒に考えられる場合に混同される可能性がある。

宝石を等級分けするための判定基準としての色の質と並んで、明澄度は宝石が目に戻す閃光の分量である。ほとんどのダイヤモンドは、１００％輝く。５０％の平均明澄度は、半分の石が閃光を返すことを意味する。

スイス、ルツェルンのギュベリン宝石ラボラトリー（Ｇｕｅｂｅｌｉｎ Ｇｅｍ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）（ＧＧＬ）は、色のついた石、ファンシーカラー・ダイヤモンド、無色のダイヤモンドおよび真珠を試験する欧州における主要な試験研究所の１つである。それらはまた、（ＨＴＨＰ）改良のいかなる符号用にもダイヤモンドを試験する。色のついた石は、由来の場所と同様にクラリティ、カラー、カットおよび改良の通常のパラメータを試験される。ダイヤモンドは、クラリティ、カラー、蛍光性、カットおよび対称性を試験される。

通常色のついた宝石の等級づけの判定基準は、重要性の減少順に、以下を有するものとして要約することができる：
色
●色相
●彩度
●輝度
カット
●形状
●プロポーション
●対称性
クラリティ
●示される含有物
●宝石の種類に関連するもののタイプの確認
●宝石の透明度の度合い
カラット重量
●業界標準当たりの重量
閃光放射
●小さなファセットからの反映／屈折−石を動かした場合の「きらっと光る」効果、
輝度
●内部で反映された宝石からの光の戻りであり、それゆえに、宝石の色のついた材料を通じたフィルタリングによって作成される色を有する、
光彩
●宝石の表面の特徴−研磨の細かさに類似している；高い光彩は鋭い縁面の反射を生成し、一方で低い光彩は、鈍いまたはぼやけた縁面の反射を生成する、
波長分散
●白色光をそのスペクトル要素に分解することにより生じる−他の色のついた宝石よりダイヤにおいてより特徴的であり、色のついた宝石は、低い波長分散を示す
光沢
●石の内部の特徴による光の閃き。

国際出願ＰＣＴ／ＡＵ２００８／０００４５９号

従来の技術の上述した欠点および問題を解決するまたは本質的に改善する、または、少なくとも役立つ代替案を提供することは、本発明の目的である。

本発明の他の目的は、オパールおよび他の宝石の質の分析および等級づけの標準化を可能にする整合されかつ自動化した方法で目的の宝石の査定、評価および等級づけのための装置および方法を提供し、このことにより、売り手、さらには買い手の取引における信頼性を向上させ、受け入れる準備ができるまたは宝石の代金の価格に確実性を加えることである。

国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００８／０００４５９号の開示は、参照により本願明細書に引用したものとする。そこに開示される装置および方法は、当業者によって直ちに認識される程度において、本発明に役立つ。これは、ハードウェアおよびソフトウェアの両方ともに適用され、特に、色較正および分割、および、ヒストグラム分析に適用される。

本発明によると、宝石の査定、評価および等級づけのための装置が提供され、その装置は、宝石がその上で支持され、光を透過しないハウジングにおいて囲まれている台と、ハウジングに位置し、宝石上へ入射の光を投影するために適応する少なくとも１つの光源と、入射光への宝石の配向性を変化させるために台を回転させて、傾けるための手段と、光源または各々の光源に隣接するハウジングに位置し、入射光の反射および／または屈折に基づき、宝石の画像を撮るために適応するデジタル・カメラと、画像を調整し、分析するための情報処理手段とを含み、そこで、その情報処理手段は、色、カット、クラリティ、閃光放射、輝度、光彩、波長分散および光沢の一以上を評価するための命令セットでプログラムされ、そして、宝石は、その底面で宝石と係合する固定手段により台に支持される。

台が約３６０°回転可能であり、９０°傾けることができ、一部が測角器であることが好ましい。

カメラおよび光源または各々の光源が、人間のオパール等級づけを模倣するために、一緒にできる限り近くに配置され、光源または各々の光源はカメラ軸にできるだけ同時に入射することが重要である。

好ましくは、宝石の色査定は、画像の色を調整する命令セットによって実行され、そして、分割およびヒストグラム測定によってその色が調整された画像を分析する。

図１は、宝石査定、発明の第１実施態様による評価および等級づけ装置の等角側面図である； 図２は、図１の装置のカメラおよび照明の配置の図である； 図３は、図１の装置の回転可能であり、傾けられる台配置の図である； 図４は、内部の特徴を示すためにハウジングが取り除かれた図１の装置の図である； 図５は、ハウジングのドアが開いている図１の装置の等角図である； 図６は、傾けられた位置における図３に示された台配置の図である； 図７は、図１から６の装置（ソフトウェアを含む）の使用により得られる宝石のユニークな特徴を識別する３Ｄアレイの立方体構造を示す； 図８は、図１から６の装置（ソフトウェアを含む）の使用により得られる宝石に存在する色の３Ｄグラフ図である； 図９は、図１から６の装置（ソフトウェアを含む）の使用により得られる宝石の宝石学的特徴を要約している２Ｄヒストグラムである。

図１に示される装置１０を参照すると、オパールは測角器１２の台１１またはプラットホームに配置されることが可能であり、台１１は図６で示す測角器の運動によって傾けられ、回転可能である。オパールは、台１１のために５ｘ５ｘ２ｃｍの最大寸法を有する。この明細書において、傾斜および回転角度はそれぞれ、記号Φおよびθによって示される。台の水準または水平位置は、調整された電子的なデジタル・カメラ１６、および、一以上の調整された人工光源１４（図２参照）が直接頭上にある場合、Φ＝ ９０°の度数に対応する。水準位置から一以上の光源１４から離れて台１１を傾けることにより、Φ＝９０°から０°へ度数の減少が示される。

装置は光を透過しないハウジング１５を含み、ハウジング内のカメラ１６、光源１４および測角器１２の相対的な位置は図４に示される。回転可能に取付けられる光源１４の位置は、台から等距離でありかつ光源１４がカメラ軸にできる限り同時に入射されるのに近い（すなわち肩の上）ようにカメラ１６と並んでいる。これは、人間によるオパールの等級づけに使われる照明状態を再現するためのものである。

ハウジング１５は、台１１の中央にオパールを積むためのアクセスドア１８を有する。ドア１８は、例えば台１１がいかなる運動もやめた時のように開くのが安全である場合のみに開くことができるソレノイド・ロック１９を有する。開かれた場合、台１１は、動くことができない。

出口２０を有する遮光の冷却ファンは、装置の対流冷却を可能にするようにハウジング１５の上部および下部で提供される。光源１４およびカメラ１６の反対側にあるのは、出口２０ａおよび出口格子２０ｂを有する冷却ファンである。

カメラ１６、光源１４および測角器１２から壁２２によって切り離されるハウジング１５の部分内に位置するモータ制御ユニット２１が存在する。ユニット２１はオン／オフ動作のスイッチ２４およびインジケータ・ランプを有し、サーボモータ・ドライバ・カード、ランプの接触装置、安全回路、および、画像較正および画像分析がソフトウェアによって制御されるパソコン（図示せず）に連結される主な絶縁装置を含む。モータ制御ユニット２１によって駆動される軸および連動しているアセンブリ２３は、運動リミットスイッチ・アセンブリと協同して測角器１２およびその台１１の回転および傾斜を制御する。壁２２に取付けられた自動誘導センサまたはスイッチ４０、および、モータ制御ユニット２１のクランクアーム４４に取付けられる自動誘導金属栓４２が存在する。リミットスイッチ・アセンブリは、台１１の運動の範囲で限度を安全に制御または前もって設定するように配置される。

オパールの色の特徴を定量化するため、閃光または「閃輝色」の２つの特徴および本体の色調は、決定的なものである。

台の運動によって自動的に同期するカメラ１６は、閲覧角度の全範囲にわたる閃光を定量化するため、複数の角度で一連の画像を取り込む。例えば、オパールを保持している回転台１１を傾けて一方でカメラおよび光源を固定して保つ、または、カメラおよび光源を動かして一方で回転台の傾斜角度を固定して保つ、またはこれらの組合せのように、いくつかの画像を取り込む形状は可能である。

最初にカメラ１６は、オパールを含んでいる回転台１１の直接上に配置され、そこで台は９０°の傾斜角度に置かれる。

後ろから照らされて、１つの画像は、オパールが半透明か（すなわち結晶であるか）どうかを決定する、さらに、オパールを含む画像内の関心領域（ＲＯＩ）を決定するために取り込まれる。

前方から照らされて、５°の間隔のほうがあるオパールには適しているが、０°から３６０°の回転において１０°の間隔で３６の画像が取り込まれる。この画像の連続は、オパールの側面図が達成されるまで台の１０°の傾斜角度の段階で繰り返される。いくつかのオパールは、５°の傾斜角度の間隔により適している。図示はしていないが、カメラ１６は、台１１よりむしろ、傾斜に適応している。

オパールは、オパールの下からの吸入を用いた柔軟なシリコン・ベースの吸着カップ１７によって、しっかりと台１１に保持される。吸着カップ、および、半透明の材料のバキュームポンプへの吸着カップからの管を作成することによって、このシステムは、前方または後方に照明された視界のいずれにおいてもオパールをふさがない。システムは、台１１がオパールを落下させずに９０°（頭上の眺め）から０°（側面の眺め）まで傾けられるように、十分確実にオパールを保持することができる。これは、装置のユーザまたは開発者はカメラの運動よりむしろ台の傾斜を使用する実施態様を選択することができることを意味する。これにより、カメラを動かす実施態様よりも省スペースであるという利点を有することになる。

閃光および本体の色調特徴の概要を引き出し、容易に理解される方法でこれらの測定値を表示するため、ソフトウェアがこれらの画像を分析するために用いられる。ソフトウェア制御分析における各々のステップの記載は、明細書の後半において提供される。

ここで説明される装置および方法は、すべての色のついた宝石（ダイヤモンド、サファイヤ、ルビーおよびエメラルドを含む）の査定、評価および等級づけに直ちに適応することができることは明らかである。

カラー画像は、カメラ１６（Ｑｉｍａｇｉｎｇ社製造のマイクロパブリッシャーＲＴＶ ５．０）を使用して得られた。このカメラは、赤、緑および青（ＲＧＢ）チャネル各々の１０２４画素強度水準に対応する１０ビットのダイナミック・レンジを有する（カメラが識別できる合計およそ１０億の色に対応する）。画素数は、２５６０ｘ１９２０である。カメラに取り付けられるレンズは、Ｒａｎｄｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ社のマクロレンズであった。焦点距離は２５ｍｍであり、絞りはｆ／８に設定された。

光源１４として、白熱電球が使われた。白熱電球のフィラメントは、幅広いスペクトルで光を生成する。したがって、そのスペクトルの幅に関して、白熱電球は、分光分布において狭いスパイクを有する蛍光灯または発光ダイオード（ＬＥＤ）のような他の光源よりも昼光照明に類似している。閃光を取り除くため「放散された」方法または傾斜した方法で光源を適用する可能性が存在する。

オパールの位置から見られると、電球は、ほぼ９．１°の角度におよぶ方向性の光源である。方向性の照明の不都合は、閃光とも呼ばれるオパールの面からの鏡面反射がカメラに直接電球の明るい光を反射してしまうことである。閃光が発生する面の位置においてカメラ・センサは飽和してしまい、オパールの色および輝度に関する情報が得られない。したがって、明細書で後述されるように閃光の領域は画像において検出され、さらなる分析から除外されなければならない。

閃光の発生を説明する単純なモデルは、オパール内のファセットが小さな色のついた鏡のように作用するとみなされることである。閲覧者（またはカメラ）はしたがって、オパール上の入射角が閲覧角度と同様である場合、閃光を観察する。与えられた光源において、閃光の観察領域はしたがって、光源にカバーされる立体角によって決まる。立体角がより小さいと（すなわち、方向性の光源が多いと）、閃光の領域がより小さくなる。大きい立体角をカバーする広い領域の光源において、閃光はオパールのより大きい領域を通じて観察される。オパールの質を評価する客観的な基準になる閃光の領域において、光源の指向性は、標準化されなければならないことに留意するべきである。

画像獲得のため、各々のオパールは測角器１２の台１１の中央で吸着カップ１７に配置され、台から滑るのを防ぐために大きい傾斜角度で吸入によって固定される。

すべてのオパールにおいて、傾斜角度Φは、１０°の段階において９０°の範囲で変化した。回転角度θもまた、１０°の段階において０°から３６０°まで変化した。

光源１４の制御スイッチの適用は、「閃輝色」を測定するために用いられた。

明細書の後半にさらに詳細に説明されるように、２つの異なる露光時間で撮られた画像は拡大されたダイナミック・レンジで単一の画像に組み合わされた。このために、３２ｍｓの長い露光時間で撮られた画像が基準として使われた。完全に飽和した画素は、２ｍｓで撮られた画像からの画素と置き換えられた。

カメラ１６で得られる拡大されたレンジの画像は、オパールの色および輝度値を計算することに適していない。まず、照明の不統一が修正される必要がある。それから、各々の光源およびカメラがわずかに異なる特徴を有するので、装置依存のＲＧＢ画像は、装置に依存しない色の測定に調整される必要がある。この色の測定は、人が理解する用語で閃光および本体の色調の色の特徴を説明するのに適切である必要がある。

すべてのタイプの色のついた宝石において、それらの内容を分析する前にすべての画像の色を調整することは必要である。色のついた宝石を含む各々の画像の部分を分割することもまた必要である。すべての色のついた宝石のためのこれらのステップは、国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００８／０００４５９号にて説明したように本質的にオパールに関してのものと同じであり、ここで参照により組み込まれたものとする。

すべての色のついた宝石は、これらのステップで測定される多くの属性または特徴を有する。これらは、次の通りである：

−属性の測定
色
●色相
●彩度
●輝度
異なる閲覧角度で異なる閃光色を示すオパールとは異なり、他の色のついた宝石は、内部の色がすべての閲覧角度で存在する同じ内部の色を一般に有する。表面反射による色と区別するために、それを本体の色と呼ぶ。ほとんどの色のついた宝石は、均等な１つの色ではない。それらには、多くの場合、２つ以上の本体の色が存在する。これらの本体の色を定量化するため、国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００８／０００４５９において説明されるヒストグラム・ビニング手順を使用することができる。

カット
●形状
●プロポーション
●対称性
オパールには、石の形状と関連した特別な価値または重要性はない。したがって、オパールの分割された形状を分析するための自動化された方法がなかった。他の色のついた宝石では、カットは相当な重要であり、例えばアンティーククッション、バゲット、エメラルド、ブリオレット、ペア、マーキス、ステップ、トリリアント、カボションおよびプリンセスのようないくつかの形式的な形状の１つである傾向がある。

結果的に、自動的にカットの種類を識別し、そのクラスに特定の形状パラメータ測定するニーズが存在する。それを実行するために、複数の石の図が必要である
●石がそのベースで保持された、台の形状を示す−石の上面図；石の部分から、最も適合した楕円の配向性は、石が円形であるか細長いかを示す；このことから、石の長い軸および短い軸と整列配置される台の回転角度を決定することができる。
●石がその上部で保持された、長いおよび短い軸の台の回転角度で石の２つの側面図−長いおよび短い軸に沿った張り出しおよび台の横の輪郭を示す。

各々のこれらの図に石を分割した後に、カットを分類する必要がある。これのために使われる技術に適合する様々な標準形状が存在する−テンプレート適合（各々のクラスのテンプレートとの相互関係を用いる）、または、ゼルニケモーメントまたはフーリエ記述子のような回転およびスケール不変の形状属性の分類（各々のクラスのトレーニングデータから得られるクラス・ルールを用いる）。

カットの種類を識別したら、それからこのカットに特定の形状パラメータを測定する必要がある。このためのいくつかの技術がある。最も単純な方法は、各々の種類のカットのための習慣的なデザインパラメータ測定手順である。例えば、バゲット・カットにおいて、分割された上面図の最小の囲んでいる矩形が、ガードルの長さおよび幅を提供する。分割された長い軸の側の面で最も広い点を見つけることにより、長い軸の横の輪郭が台の領域および張り出し領域に分割される。これらの領域の長さおよび幅は、石の長い軸の寸法および角度を生ずる。分割された短い軸の側の面における類似したプロセスにより、バゲット・カットの特徴を描写するための残りのパラメータが与えられる。他のカットは、類似した方法で定量化することができる。

クラリティ
●示される含有物
●宝石の種類に関連するもののタイプの確認
●宝石の透明度の度合い
宝石の透明度は、結晶である場合にオパールが試験される方法と同様にバックライトで照らされた図を用いて評価することができる。同様に肉眼で見える含有物は、結晶が不透明な価値のないオパールを試験される方法と同様にこの画像を閾値化することによって検出することができる。顕微鏡学的な含有物は、石のｘ２０またはｘ４０の拡大を作成するため、顕微鏡対物の同等物を有する別々の機器において検出されるのみである。

カラット重量
●業界標準当たりの重量
これは、視覚的に評価できる特徴ではない。

閃光放射
●小さなファセットからの反映／屈折−石を動かした場合の「きらっと光る」効果
オパールにおいて、閃光と呼ばれる表面反射は不必要な現象であり、本体の色調または閃光の測定を作成する時それをマスキングするためだけに検出される。他の色のついた宝石において、宝石の多くのファセットからの表面反射は、閃光放射を生み出す。これは、石の上面の回転角度の変化と共に閃光の振幅の変化を測定することによって定量化することができる。

輝度
●内部で反映された宝石からの光の戻りであり、それゆえに、宝石の色のついた材料を通じたフィルタリングによって作成される色を有する
他の色のついた宝石の輝度は、オパールの閃光に類似している。オパールの閃光を定量化するのと同様に輝度を定量化することができる。

光彩
●宝石の表面の特徴−研磨の細かさに類似している；高い光彩は鋭い縁面の反射を生成し、一方で低い光彩は、鈍いまたはぼやけた縁面の反射を生成する
この属性は、真珠にとって最も重要なものである。それは、表面反射または閃光のエッジの鋭さを報告することによって、定量化することができる。閃光を検出する方法は、オパールに使用されるものと同じである。これは、石のマスク内に閃光領域のマスクを提供する。閃光マスクの広がったものと減退されたバージョンの違いにより、閃光エッジを含む領域のマスクが提供される。この閃光エッジマスク内でのゾーベルフィルタのようなエッジフィルタの振幅により、エッジの鋭さ、それゆえに光彩の数値による測定値が提供される。高いエッジフィルタ値（鋭いエッジ）は高い光彩を示し、低いエッジフィルタ値（ぼやけたエッジ）は低い光彩を示す。

波長分散
波長分散は宝石の光学的特性に関連し、それによって石が光の中で回転すると、分光色の閃光およびピンポイントが示される。見られる分散的な色は、宝石においてそこに本当には存在せず、代わりに、それらは石の白色光のふるまいによって生成される。光が斜面（プリズムまたは小面を作られた宝石のような）で透明な材料を通過する時に、波長分散は生じる。「輝き：ファイア」という語は波長分散と宝石学的に等しいが、「輝き」は、輝度（全体の光の戻り）または閃光放射（煌き）のいずれも意味するようにしばしば誤用され、本記載においては「波長分散」という語が明確さのために使われる。

もちろん、白色光は、相対的に短い（青および青紫）波長から相対的に長い（赤い）波長までのスペクトルから構成される。各々のこれらの波長は、空気から宝石のように密度の高い媒体に通過する場合、異なる程度（赤がより少ない、青が多い）で曲げられる。屈曲（または屈折）の程度によって、曲がった光波が斜面（ファセットのような）を通じて出る場合、それらは異なった分光色として現れる。波長分散を示す宝石の種類の能力はしたがって、宝石材料自体の密度および屈折率とだいたい相関している。

この特性は、各々の宝石の種類に特有の特徴であり、宝石を識別するプロセスにおいて使うことができる。

波長分散は屈折計で測定することができ、本発明の装置はそのような屈折計手段を含む。波長分散は、赤および青紫の屈折率の違いとして通常数値的に表される。

光沢または閃輝色
●石の内部の特徴による光の閃き
他の色のついた宝石の光沢は、オパールの「閃輝色」に類似している。オパールの「閃輝色」を定量化するのと同様に光沢を定量化することができる。

閲覧角度が変わって特別の色の閃光が位置を変える場合または閃光の特別の領域が色を変える場合、「閃輝色」は発生する。閃光の空間の場所を考慮しないので、閃光ヒストグラムは、必ずしもこれを検出するというわけでない。この属性を測定するため、一連の回転および傾斜角度の異なる（例えば、２つ）照明角度で撮られた画像を比較する必要がある。

異なる台の傾斜角度から画像を比較することを試みる場合、石の幾何学的な歪曲は存在する。したがって、異なる台の回転角度、または９０°の台傾斜角度の異なる照明角度で撮られた画像を比較することが好ましい。異なる台の回転角度で撮られた画像は、比較される前にそれらを整列配置するためにソフトウェアにおいてまた回転されなければならない。異なる照明角度が使われる場合、このステップは必要でない。しかしながら、異なる照明角度が使われる場合、別々の光源は各々それ自身の一連の色較正ファイルを有しなければならない。

「閃輝色」測定は、「閃輝色」の両方の表現、すなわち色の変化または位置の変化を検出しなければならない。これを実行するためのいくつかの方法がある。１つの単純な方法は、一連の回転角度の２つの同時に示された図の、つまり１０°ごとの絶対差の平均をとることである。単一の回転角度で、「違い」のスコアは、ｓＲＧＢ画像の赤、緑および青の帯の２つの同時に示された図の石のマスク（であるが、閃光マスクを除外する）内で平均の絶対差の合計として定められる。

２つの図の間の閃光領域の色が変わる場合、「違い」スコアはそれを検出する。色より大きい領域の色が変化するので、より大きい色の変化によりより高い「違い」スコアが提供される。特別の閃光領域の位置が動くが色が変わらない場合、「違い」スコアはまた、これを検出する。スコアは、最も大きな「閃輝色」を有する標識の石のスコアを「違い」によって分割することによって、０から１の範囲を有するように拡大・縮小されることができる。あるいは、スコアは、０から１００まで拡大・縮小され、ほとんど閃輝色を示していないスコアが０に近く、多くの閃輝色を示しているスコアが１００に近い。

画像較正
長期間の露光
オパールの輝度は、非常に暗い本体色調の領域から概して桁違いに明るい閃光領域までの非常に広いダイナミック・レンジにおよぶ。輝度のこの範囲は、標準のカメラが単一の画像において取り込むことができるダイナミック・レンジを上回る。露光過多または露光不足により情報を失うことなくオパールにおいて直面する輝度の全範囲を捕らえるため、対の画像が異なる露光時間で取り込まれる。選ばれたカメラは、０から１０２３までの範囲の画素を提供する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）チャネル画像の各々で１０−ビットのダイナミック・レンジを有する。画像Ｉ_{ｓｈｏｒｔ}およびＩ_ｌｏｎｇは、それぞれ２ｍｓおよび３２ｍｓの２つの露光で取り込まれ、以下の式１に示すように拡大されたダイナミック・レンジＩ_ｅｘｔの画像を提供するために組み合わされる。これは、０〜＞１０，０００の輝度範囲を提供する。
式１
Ｉ_ｌｏｎｇ＜ｔｈｒである場合、Ｉ_ｅｘｔ＝Ｉ_ｌｏｎｇ
Ｉ_ｌｏｎｇ≧ｔｈｒである場合、Ｉ_{ｓｈｏｒｔ}＊露光スケーリング
ここで、ｔｈｒは９００であり、標準コダック・ホワイト・カードのＩ_ｌｏｎｇ／Ｉ_{ｓｈｏｒｔ}の手段の比率によって露光スケーリングは与えられる。

国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００８／０００４５９号に組み込まれた図７において例はここで提供され、左に、閃光の最も明るい領域の彩度を示す（すなわち１０２３でのＧおよびＲのクリッピング）画像の中央を通じた水平な横断を有するＩ_ｌｏｎｇが示され、右に閃光の彩度を取り除く拡大されたダイナミック・レンジを示す水平な横断を有するＩ_ｅｘｔが示される。

照明の修正
単一の光源では、照明は多くの場合、カメラの視界全体において均一ではない。それは、照明範囲の中央においてより明るい傾向がある。これらの照明不統一を修正するため、それぞれ標準コダック・ホワイト・カードおよびコダック・グレー・カードのＩ_{ｗｈｉｔｅ}およびＩ_ｇｒａｙの２つの照明範囲の画像が得られる。コダック・ホワイト・カードは可視スペクトル全体の９０％の反射率を有し、コダック・グレー・カードは１８％の反射率を有する。カメラのＣＣＤセンサが線形であるとみなすと、これらの照明範囲の画像は、Ｒ_ｅｘｔ、Ｇ_ｅｘｔ、およびＢ_ｅｘｔから構成される拡大された範囲の画像Ｉ_ｅｘｔを修正するために用いることができる。照明が修正された画像Ｉ_ｃｏｒは、以下の式２に示すように得られる。
式２
Ｌ_ｍａｘ＝ ｍａｘ（ｍｅａｎ（Ｒ_ｅｘｔ），ｍｅａｎ（Ｇ_ｅｘｔ），ｍｅａｎ（Ｂ_ｅｘｔ））
Ｉ_ｃｏｒ＝ （Ｌ_ｅｘｔ−Ｉ_ｇｒａｙ）＊Ｌ_ｍａｘ＊（９０−１８）／９０／（Ｉ_{ｗｈｉｔｅ}−Ｉ_ｇｒａｙ）＋Ｌ_ｍａｘ＊１８／９０
ここで、Ｌ_ｍａｘはチャネル画像の手段のスカラー量の最大である。

色の較正
色のカメラのＣＣＤセンサが異なる感度を有し、光源の分光特性が時間と共に変わるので、照明が修正された画像Ｉ_ｃｏｒは装置のハードウェアの設定に特有のものである。言い換えると、それは装置依存の、相対的な色の測定である。画像を色のデバイスに依存しない、絶対的な測定に変換するプロセスは、色の較正と呼ばれる。

デバイスに特有のＲＧＢからデバイスに依存しないＸＹＺへ
ＣＩＥ（国際照明委員会）に定められたようにデバイスに特有のＲＧＢ値からデバイスに依存しないＸＹＺ値へ変換するため、公知のデバイスに依存しないＸＹＺ値のいくつかの色見本を有するマンセルまたはマクベス・カードのような較正された色チェッカ・カードを必要とする。このカードの画像を捕らえ、各々の色見本の平均ＲＧＢ値を引き出すことによって、変換マトリクスＲＧＢ２ＸＹＺは、測定されたＲＧＢ値と供給されたＸＹＺ値との間の線形の退縮によって決定することができる。したがって、Ｉ_ｃｏｒ画像のＲＧＢ値は、このマトリクスを用いてＩ_ＸＹＺ画像のＸＹＺ値に変換することができる。

デバイスに依存しないＸＹＺからガンマｄデバイスに依存しないｓＲＧＢへ
デバイスに依存しないＸＹＺの色の測定は色表現の国際的に認められた標準であるが、それは（人間の視覚のシステムと異なって）線形であり、専門家以外には容易に理解されないので、ｓＲＧＢと呼ばれる標準のＲＧＢ表現に変換された。この標準のＤ６５発光物は、家庭およびオフィスでの閲覧状態において典型的である正午の昼光照明に適合するように設計される。非線形伝達関数（ガンマ曲線）は、人間の視覚システムのそれに密接に適合する。オパールのｓＲＧＢ画像がｓＲＧＢの較正されたモニタで見られる場合、天然の昼光照明（Ｄ６５照明状態）の下で見られる時にそれらは、実際のオパール外観に密接に適合する。したがって、Ｉ_ＸＹＺ画像は、以下の式３に示される標準の変換マトリクスＸＹＺ２ｓＲＧＢを用いてｓＲＧＢの較正された画像Ｉ_ｓＲＧＢに変換される。
式３

ガンマｄ ｓＲＧＢから非線形ルックアップ・テーブルｄ ｓＲＧＢｌｕｔへ
ｓＲＧＢの標準は、オパールの本体の色調のような拡散反射する物体の画像のディスプレイのために設計される。閃光がオパールの内部の結晶構造からの鏡面反射であるので、それは桁違いに明るい。本体色調および閃光の両方色を正確に表すことができるイメージ・ディスプレイは１つもない。このために、ルックアップ・テーブル（ＬＵＴ）は、閃光のダイナミック・レンジを圧縮するために用いられ、本体色調の現実的な図は、閃光のおおよその表現と共存することができる。このＬＵＴは、ここで組み込まれた国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００８／０００４５９号の図８において示されるように本体色調の輝度範囲０−Ｂｆｌａｓｈ（そこでＢｆｌａｓｈは〜７００である）において線形であり、閃光輝度＞Ｂｆｌａｓｈを圧縮するように設計されている。このＬＵＴをＩ_ｓＲＧＢに適用することにより、ここで組み込まれた国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００８／０００４５９号の図９において示されるように画像Ｉ_{ｓＲＧＢｌｕｔ}が与えられ、そこで左に、明るい閃光の本当の色を示しているが本体色調は比較的暗いＩ_ｓＲＧＢが示され、右に、本体色調の色の本当の表現を提供するが彩度により黄色に見える明るいオレンジ閃光領域が現れるＩ_{ｓＲＧＢｌｕｔ}が示される。

ｓＲＧＢからｓＨＳＢへの色変換
色のＲＧＢ表現は、画像捕獲およびディスプレイ装置において共通に使われるが、それは、人間の色の認識を説明するために設計されたものではない。このため、ＨＳＢ（またはＨＳＶ）と呼ばれる色の代替的な表現への変換が必要とされる。ＨＳＢは、色相、彩度および輝度（明度としても知られる）を意味する。色相は、色の波長の測定であり、０から３６０°の間の角度として与えられる。彩度は、色の鮮明度または加えられた白の分量の測定である。純粋な色は１００％の彩度を有する。彩度の値が減少すると、純粋な色はより白で希釈される。輝度（または明度）は、色の強度の測定である。最も明るい色は、１００％の輝度を有する。輝度の値が減少すると、純粋な色はより黒で希釈される。ここで提供される拡大された露光画像において、最も明るい色Ｂｍａｘ（１００％）は、３０００まで拡大された。

ＨＳＢが画像のＲＧＢ値の単純な変換であるので、それは、ＲＧＢ値の標準と関連して定められる。ｓＲＧＢ値の変形は、Ｄ６５白色点と関連して、標準化された「ｓＨＳＢ」値を提供する。ＲＧＢ２ＨＳＢ変換（以下の式４において定められる）をＩ_ｓＲＧＢ画像に適用することにより、画像Ｉ_ｓＨＳＢが与えられる。
式４
ｍａｘ＝ｍｉｎである場合、Ｈ＝０
ｍａｘ＝ｒ＆ｇ≧ｂである場合、Ｈ＝６０°ｘ（ｇ−ｂ）／（ｍａｘ−ｍｉｎ）＋０°
ｍａｘ＝ｒ＆ｇ＜ｂである場合、Ｈ＝６０°ｘ（ｇ−ｂ）／（ｍａｘ−ｍｉｎ）＋３６０°
ｍａｘ＝ｇである場合、６０°ｘ（ｂ−ｒ）／（ｍａｘ−ｍｉｎ）＋１２０°
ｍａｘ＝ｂである場合、６０°ｘ（ｒ−ｇ）／（ｍａｘ−ｍｉｎ）＋２４０°
ｍａｘ＝０である場合、Ｓ＝０
それ以外の場合、１−ｍｉｎ／ｍａｘ
Ｂ＝ｍａｘ＊Ｂｍａｘ
ここでｒ、ｇ、ｂはそれぞれ０から１の範囲で拡大・縮小される画素のＲ、ＧおよびＢ値であり；ｍａｘは、ｒ、ｇおよびｂの最大値であり、ｍｉｎは最小値である。

分割およびヒストグラム測定による画像分析
複数の閲覧角度で捕らえられたすべての画像を較正すると、石または閃光のような特別の関心領域を含む各々の画像の部分を識別することが必要である。このプロセスは、分割と呼ばれる。

分割
後ろから照明された画像における石の分割
前の照明で複数の画像を捕らえるためにかかる時間の量を減らすため、オパールを含む画像内に、関心領域（ＲＯＩ）を配置することは役立つ。後ろから照明された画像は背景と石との間でより大きなコントラストを有するので、これは前から照明された画像よりも後ろから照明された画像から最も容易に得ることができる。したがって、捕らえられる第１の画像は、９０°の台の傾斜角度で後ろから照明された図である。ここに組み込まれた国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００８／０００４５９号の図１０に示すように３つのチャネルの平均輝度を単純に閾値化することによって容易に分割される。そのように得られるＲＯＩは、捕らえられる画像の領域を制限するために用いられ、前から照明されたすべての画像のために処理される。これにより、各々のオパールを測定する時間を非常に減らすことができる。

半透明の水晶のオパールの場合、追加の閾値は、結晶を通り抜けている価値のないオパールのいかなる不透明な脈も配置するために用いられる。石の本体の色調を決定する場合、これらの不透明な領域のマスクは後で要求される。

前から照明された画像の石の分割
後ろから照明された画像とは異なり、前から照明された画像の分割は、いくつかの理由のためにずっと難しい作業である。オパールは背景（白いオパールの場合）より明るくなる、および、背景（黒いオパールの場合）より暗くなる両方の可能性がある。また台の傾きの角度次第で、背景の輝度は、白に近い色（上部から見た場合）から黒に近い色（側面から見た場合）まで強度において変化する。したがって、単純な閾値は、オパールを背景から切り離すために用いることができない。加えてオパールの端の陰は、色の均一性および背景の輝度の単純な測定がオパールを分割するために用いることができないことを意味する。

分割は、それが背景と石との間の移行を含むダイナミック・レンジの部分により多くの重みづけを提供するので、ＬＵＴで圧縮されたＩ_{ｓＲＧＢｌｕｔ}画像で実行される（ここで組み込まれた国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００８／０００４５９号の図１１参照）。分割アルゴリズムは、およそ以下のような一連の動作である：オパールのエッジ、色の風合いおよび閃光のエッジのような不統一を高める形状に画像を変形し（使用される変形は、Ｒ、ＧおよびＢチャネルの局所的画素に関する相違の最大値である）；オパール（高い相違）内でシードを得るためにこの画像を閾値化し；オパール・シードから経験的に決定された距離である背景シードを生成し；相違した画像の傾斜におけるシードの２つのセットの間の転換点の境界を見つける。

前から照明された画像の閃光分割
オパールのマスクが定められ、閃光を含むオパールの部分は除外される必要がある。これは、その閃光が明るく（高い輝度または明度）白い（低い彩度）という事実を用いて容易に分割される。Ｉ_ｓＨＳＢ画像のＳ＜Ｓｇｌｉｎｔ（４０％）およびＢ＞Ｂｇｌｉｎｔ（１２００）の閾値化の結果の論理的ＡＮＤをとることが最も単純である（ここで組み込まれた国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００８／０００４５９号の図１２参照）。

前から照明された画像の本体色調の分割
上記の通り、オパールのみを含む画像のマスクまたはＲＯＩは、閃光領域を除外することによって決定され、結晶オパールの場合、これらが結晶の本体の色調の測定と干渉するので、内部の不透明な領域を除外することによって決定された。ここで、本体の色調を示す領域は、その本体の色調の色特徴が測定される前に決定される必要がある。石がその表面にのみオパールを有する場合、本体の色調の領域は閃光が「逸れた」ものである、言い換えると、それが閲覧角度から見ることができないものである。これらの領域は、石の最も暗い部分である。しかしながら、本体の色調の領域のこの単純な定義が、すべての事例において有効であるというわけではない。石が、表面において示される価値のないオパール（閃光が生じる結晶構造のないオパール）または大きな丸石（オパールが埋め込まれている岩）を有する場合、石の最も暗い部分は、表面において示されるオパールの本体の色調よりも、これらの「非オパール」領域に属する可能性がある。

石のオパールと「非オパール」領域とを区別するため、「非オパール」領域は異なる角度から見られる場合も同じままである事実を用いる。比較が９０°以外の台の傾斜角度からの画像でできている場合、石の幾何学的な歪曲は存在する。これは、比較が９０°の台の傾斜角度のための異なる台の回転角度（または異なる照明角度）で撮られた画像で作成されなければならないことを意味する。異なる台の回転角度で撮られた画像は、比較される前にそれらを整列配置するためにソフトウェアにおいてまた回転して戻さなければならない。異なる照明角度が使われる場合、このステップは必要でない。異なる照明角度が使われる場合、別々の光源の各々は、それ自身の一連の色較正ファイルを有しなければならない。「非オパール」領域は、これらの複数の閲覧画像において外観を変化させないものである。

閃光ヒストグラム測定
閲覧角度から独立した本体の色調とは異なり、オパールの閃光は、各々の閲覧角度から変化する。装置のハードウェア・セットアップにおいて、閃光領域が失われないことを確実にするため、回転および傾斜角度の両方において１０°のサンプリング頻度が必要であることが確立された。これは、オパールに面する閲覧角度の全範囲および輝度の全範囲におよぶように６４８の画像の捕獲および分析を必要とする。これは、測定するのが難しく、これらの測定の概要を知らせるように表示するのさえも難しい。

石のＨＳＢ値の３Ｄヒストグラム
各々の画像で、背景および閃光領域を除外する石のマスクが識別された。「非オパール」領域または本体の色調の領域を除外する試みは、これらが１つの傾斜角度で確立されるのみであるので為されなかった。石の色の特徴の概要は、マスク内に存在するｓＨＳＢ値のヒストグラムをとることによって生成される。各々のヒストグラムは、色相、彩度および輝度値のビンに含まれる画素の計数の３Ｄアレイである。０から３６０°の範囲で線形に間隔を置かれる３０の色相ビンが存在する。彩度は、０から１００％の間で１０のビンを有する。輝度は、本体の色調（０−Ｂｆｌａｓｈ）を含む範囲に１０のビンを提供するために区分的に線形に間隔を置かれた３０のビンと、閃光（Ｂｆｌａｓｈ−Ｂｍａｘ）を含む範囲に３０のビンとを有する。

各々のビンの画素の計数が（閃光領域を含む）石の画素の数によって分割される場合、ビンの値は、そのビンのＨＳＢ値を有している石のプロポーションを提供する。

これは、色情報の非常にまとまった概要である。例えば、オパール画像は、８００ｘ８００画素である。これは、色情報を格納して表示するために６４０，０００のＨＳＢ値を必要とする。空間的状況を放棄することによって、３Ｄヒストグラムは、この情報を格納するために９，０００のビン（３０Ｈビンｘ１０Ｓビンｘ３０Ｂビン）のみを必要とする。また、空間的状況が放棄されたので、特定のＨＳＢ値を有する石の平均プロポーションを得るため、複数の図からのヒストグラムが加えられる。

別の言い方をすれば、各々の色の画素の計数（または領域）は、９，０００のビンのうちの１つに伝えられる。９，０００のビンは、オパールに存在する閃光の様々な領域で、３０の色（色相）、３０の輝度および１０の彩度レベルを表す。各々の色の相対的な領域または画素の計数は、オパールの全体の領域の割合として示され、各々の特定のビンにおけるデータは、それぞれのビンにおいて計算され報告される。

３Ｄの石のヒストグラムの概要は（全体のまたは完全な３Ｄヒストグラムとも呼ばれる、ここで組み込まれた国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００８／０００４５９号の図１５参照）、石の閃光および本体の色調の領域両方のビンの計数を含む。これらは、閃光が明るくＢ＞Ｂｆｌａｓｈ（７００）、非常に飽和しているＳ＞Ｓｆｌａｓｈ（５０％）という知識を用いて切り離すことができる（本体の色調および「非オパール」領域の彩度値が公知である場合、これらの閃光の輝度および彩度閾値が下げられる点に留意のこと）。結果は、閃光ＨＳＢ値の３Ｄヒストグラムである。

閃光のＨ＆Ｂ値、および、Ｈ＆Ｓ値の概略的なヒストグラム
３Ｄ閃光ヒストグラムは格納されるが、人間への容易な解釈のために表示するのが難しい。結果的にすべての彩度ビンはまず組み合わされて、色相および輝度値の２Ｄの概略的なヒストグラム（「概略的なＨ＆Ｂヒストグラム」）が生成される。また、すべての輝度ビンが組み合わされ、色相および彩度値の２Ｄの概略的なヒストグラム（「概略的なＨ＆Ｓヒストグラム」）が生成される。

２つのオパールのための概略的なＨ＆ＢヒストグラムおよびＨ＆Ｓヒストグラムの「ゴールデン・グレース」および「フラットスポット」は、ここで組み込まれた国際特許出願番号ＰＣＴ／ＡＵ２００８／０００４５９号の図１３に示される。

Ｈ＆Ｂヒストグラムは以下のように解釈される：色相は、ｘ軸にプロットされ；各々のヒストグラムのバーの高さは、その色相の領域プロポーションであり；各々のバーの範囲内で、輝度のグラデーションは、その色相の様々な輝度ビンに属する領域のプロポーションを表示するために用いられる。同様に、Ｈ＆Ｓヒストグラムは、以下のように解釈される：色相はｘ軸にプロットされ；各々のヒストグラムのバーの高さは、その色相の領域プロポーションであり；各々のバーの範囲内で、彩度のグラデーションは、その色相のための様々な彩度ビンに属する領域のプロポーションを表示するために用いられる。閃光があまり彩度において変化する傾向がないので、これらのグラデーションは情報量がそれほど多くないことに留意するべきである。

上述した図１３の概略的なＨ＆Ｂヒストグラムによれば、「ゴールデン・グレース」の単一の色相の最大領域のプロポーションは、「フラットスポット」のそれの約２倍のみであることに留意するべきである。しかしながら、８０°の傾斜角度で撮られた画像が調査される場合、「フラットスポット」がその名前を得た場所は明らかである。上から見られた場合、その閃光において平らな点が存在する。この情報は、概略的なヒストグラムにおいては全く明らかでない。このために、９つの追加のＨ＆Ｂヒストグラムは、この方向性の情報を要約するために作成された。

閃光のＨ＆Ｂ値の方向性ヒストグラム
「ゴールデン・グレース」および「フラットスポット」に対する方向性Ｈ＆Ｂヒストグラムは、ここで組み込まれた国際特許出願番号ＰＣＴ／ＡＵ２００８／０００４５９号の図１４に示される。以下の表１は、各々のヒストグラムのために組み合わされた閲覧角度の範囲を定める。

「フラットスポット」の方向性ヒストグラムにより、上から見られた場合ごくわずかな閃光しかないが、最上部左方（ＴＬ）方向からそれは緑色に強く光ることが明確に示される。対照的に、「ゴールデン・グレース」の方向性ヒストグラムは、それが閃光の最も大きい領域を示し、上から見られた場合最もカラフル（閃光を発するオレンジ、黄色および緑色）であることを示す。この方向性の情報は、多くの方向から容易に見られるリングよりも、例えばペンダントまたはブローチのような特別の指向性制約を有するセッティングのためのオパールを選択する場合、買い手にとって重要である。

表１−方向性ヒストグラムの閲覧角度の範囲の定義
傾斜（ｔｉｌｔ）が台の傾斜角度であり、ｒｏｔは台の回転角度である。

上記の制御されたソフトウェア、画像較正および画像分析法が、ここで組み込まれた国際特許出願ＰＣＴ／ＡＵ２００８／０００４５９号の図１５ａから１５ｃにおいて要約される。画像較正は、次のステップ（ｉ）オパールが拡大された露光を受けるステップ、（ｉｉ）照明修正ステップ、（ｉｉｉ）カラー較正ステップおよび（ｉｖ）ｓＲＧＢからｓＨＳＢへの色の変換ステップを含む。画像分析はそのように較正した画像を受け、オパールに特徴的な閃光の客観的な査定を提供するため、（ｖ）分割ステップおよび（ｖｉ）ヒストグラム測定ステップを含む。画像分析は、本体の色調の測定を含むために拡大される。

本体の色調の測定
本体の色調を測定するため、石の色相、彩度および輝度値の全範囲のための３Ｄヒストグラム・ビンが本明細書において前に説明されたような方法で生成された。本明細書において前に説明されたように本体の色調の領域を画像において見つける方法は、本体の色調を直ちに見ることができる閲覧角度の発見を含むものであった。これは、８０°の台の傾斜で最小閃光を示す回転角度であった。明るい閃光領域はそれから除外され、２つの領域は、本体の色調および鈍い閃光として分類された。ソフトウェアはそれから、ＨＳＢ値に変換してビンを３Ｄヒストグラム・ビンの１つに割り当てる前に、本体の色調の領域の２０％の最も暗い範囲内で中間のまたは平均ｓＲＧＢ値を計算した。本体色調のＨ、ＳおよびＢ値は、それから報告することができる。

「閃輝色」の測定
閲覧角度が変わると特別の色の閃光が位置を変える場合または特別の領域の色が変わる場合、「閃輝色」は発生する。閃光の空間場所を考慮しないので、閃光ヒストグラムが必ずしもこれを検出するというわけでない。ソフトウェアは、一連の回転および傾斜角度の２つの照明角度で撮られた画像を比較する。「閃輝色」を測定するための方法は、本明細書において前に説明された。「閃輝色」スコアは、２つの図の平均の絶対差である（閃光マスクを除外する）。０から１００まで拡大・縮小され、０に近いスコアはほとんど閃輝色を示さず、１００に近いスコアは多くの閃輝色を示す。

産業的調査
人間の観察者を上回り、繰返すことができ、それと整合したこの装置の結果を確実にするため、広範囲な産業的調査は、累積的な産業経験が１，０００年を超える独立した経験豊かなオパール産業の人員からの参加を含んで、装置の展開および試験の間に実行された。参加者は、オパール査定、評価、等級づけおよび評価に関する一連の質問をされて、結果が分析され、装置の設計に組み込まれた。参加者はまた、すべてのオパールのタイプおよびそれらのタイプ内の質から選ばれた一連の「標識オパール」および他の関心を有するオパールを評価するよう求められた。産業データは、それから分析され平均をとられ、それにより、装置が相当な等級および評価と整合して繰返すことができる結果を作成することができるように発明者が一連のソフトウェア・アルゴリズムを構成することを可能にした。

これらの同じオパールはそれから装置によってスキャンされ、データはそれぞれのオパールから計算されて、同じオパールのための平均をとられた値は、９，０００のビンの平均された等級値が確立されることができるように分析され整列配置された。

各々のオパールの「装置の等級」を確立するため、各々のセルの各々のオパールの「カラー・スコア」は、９，０００の色（色相）、輝度および彩度水準（セル）の各々の「装置等級」を表す各々の対応するセルのそれぞれの「等級値」によって、逓倍された。個々のセル値は、それからユニークであるオパールの「装置の等級」を提供するために加えられた。

装置（「ＧＤＡ スコア」）からのスコアおよび産業界からのスコアに基づく宝石のユニークな特徴または属性を示す「装置の等級」３Ｄアレイ立方体構造は、図７に示される。

宝石の評価は、完全な３Ｄヒストグラムに基づくが、この情報は表示の目的のために要約される必要がある。したがって、すべての彩度ビンは、色相および輝度値の２Ｄの概略的なヒストグラムを生成するために組み合わされる。これは、石の領域に関係する割合として、色がマップ化され、定量化されて表される３Ｄプロット（図８参照）またはよりコンパクトな２Ｄプロット（図９参照）のどちらとしてでも表示される。後者は、指向性の効果を表示するのに役立つ。

その結果の特に時間が経つにつれての画像捕獲プロセスの結果の首尾一貫性を確実にするため、装置は、国際標準に適合している手順による規則的な間隔で色が較正される。

真正性の証明
上記した方法の装置の使用により、存在するすべての色、指向性および他の特徴の色、本体の色調、輝度および彩度のような各々のオパールの個々の宝石学的特徴を定量化することで、真正性を証明することができる。これらの宝石学的特徴は、信頼できる真正性の証明書において各々の特徴の完全な報告に加えて読み込み可能なヒストグラム（図９参照）において示される。

要約すると、本発明の好ましい実施形態の上記の記載から以下のことが分かる：
●異なるオパール間の輝度の全範囲におよぶため、高ダイナミック・レンジの結像（露光混合）を必要とする、
●オパールの異なる輝度は、デジタル・カメラを用いて、客観的に評価することができる、
●制御された照明状態の下で、適当な較正技術を用いて、色の範囲は、各々の色の色相、彩度および輝度値を特定することによって客観的に測定することができる、
●画像に含まれる大きい分量のデータを減らす手段として、いくつかのビニングおよび視覚化の方法を追求することができる、
●本体の色調は、決定することができる、
●装置は、オパールまたはそれ以外のような非有機的な宝石および鉱物を含むすべての宝石を評価し、等級づけし、評価するために用いることができる、
●画像分析に含まれるすべての較正、分割およびヒストグラム測定タスクは専門の数学的アルゴリズムから得られるソフトウェアによって作動する一以上のコンピュータによって容易にされる。ソフトウェアはまた、カメラ、照明、台、および、画像捕獲装置の他の構成要素の動作を駆動する。

本発明の範囲内において設計の詳細および装置の構造、および、上記した方法における方法のステップにおいて様々な修正が作成されることは当業者にとって明らかである。

例えば、役立つ画像捕獲方法論は、（宝石のいかなる潜在的な運動の問題も取り除くために）固定された台上の宝石を固定し、要求された縦揺れ、横揺れおよび偏揺れ運動をシミュレーションするように画像捕獲シーケンスを可能にするために少なくとも１つの光源およびカメラを組織的に動かすものである。

さらに、装置は複数のデジタル・カメラおよび配置された照明を含み、すべてのカメラは、台の回転の間予め定められた角度の増加量で同時にまたは順番に、宝石の画像を撮ってもよい。

Claims (10)

1. 宝石の査定、評価および等級づけのための装置であって、宝石がその上で支持され、光を透過しないハウジングにおいて囲まれている台と、該ハウジングに位置し、宝石上へ入射の光を投影するために適応する少なくとも１つの光源と、該入射光への宝石の配向性を変化させるために該台を回転させて、傾けるための手段と、該光源または各々の該光源に隣接する該ハウジングに位置し、該入射光の反射および／または屈折に基づき、宝石の画像を撮るために適応するデジタル・カメラと、画像を調整し、分析するための情報処理手段とを含み、そこで、該情報処理手段は、色、カット、クラリティ、閃光放射、輝度、光彩、波長分散および光沢の一以上を評価するための命令セットでプログラムされ、宝石は、その底面で宝石と係合する固定手段により台に支持される、宝石の査定、評価および等級づけのための装置。
2. 前記固定手段が宝石の下から吸入を用いてしっかりと宝石を保持するための吸着カップである、請求項１の装置。
3. 前記台は、測角器の運動によって約３６０°回転可能であり、約９０°傾けられる請求項１の装置。
4. 宝石の色査定が、画像の色を較正し、分割およびヒストグラム測定によって該色が較正された画像を分析するための命令セットによって実行される、請求項１の装置。
5. 前記情報処理手段が、カメラを０°から３６０°の回転において１０°の角度で、および、傾斜の０°から９０°の傾斜において１０°の角度で一連の画像を捕らえるように制御するためのさらなる命令セットでプログラムされる、請求項１の装置。
6. 前記命令セットはパソコンにプログラムされるソフトウェアである、請求項１の装置。
7. 宝石はオパールであり、画像の色較正および画像分析はオパールの閃光および本体の色調の特徴を評価するためのものである、請求項１の装置。
8. 情報処理手段で宝石の査定、評価および等級づけをする方法であって、次のステップ：（ａ）デジタル・カメラによって捕らえられた宝石の複数の画像の色を較正するステップと；（ｂ）分割、および、ヒストグラム測定によって該色が較正された画像を分析するステップと；を含む方法。
9. 情報処理手段でオパールの閃光の特徴を査定するための方法であって、次のステップ：（ａ） 複数の回転および傾斜の閲覧角度でオパールの一連のデジタル画像を捕らえるステップと；
   （ｂ）ＲＧＢ値から構成される拡大された範囲の画像を提供するために異なる露光時間でオパールの一対のデジタル画像を捕らえるステップと；
   （ｃ）拡大された範囲の該画像を修正して、装置−依存のＲＧＢ値の形で照明が修正された画像を提供するために、オパールの一対の光照射野画像を得るステップと；
   （ｄ）格納された色較正変換マトリクスを用いて、該照明が修正された画像の装置依存のＲＧＢ値をデバイスに依存しないＸＹＺ値に変換するステップと；
   （ｅ）格納された標準変換マトリクスを用いて、該照明が修正された画像の該デバイスに依存しないＸＹＺ値をｓＲＧＢ値に変換して、色が較正された画像を提供するステップと；
   （ｆ）格納されたルックアップ・テーブルを用いて、オパールの本当の色を表示するように、圧縮された色較正画像を提供するため、該色較正画像の装置から独立したｓＲＧＢ値を圧縮するステップと；
   （ｇ）格納された変換マトリクスを用いて、ステップ（ｅ）で得られた該色較正画像の装置から独立したｓＲＧＢ値をＨＳＢ値に変形するステップと；
   （ｈ）ステップ（ｇ）で得られた該色較正画像内でオパールに対応するマスクを生成し、このマスク内で閃光の領域を除外するステップと；
   （ｉ）該マスク内で、色相、彩度および輝度の複数のビンの３Ｄヒストグラムに該色較正された画像のＨＳＢ値を割り当て、各々のビンは、ＨＳＢ値の範囲の部分集合を有する領域を含むステップと；
   （ｊ）オパールの閃光、本体色調、および非オパール領域のＨＳＢ値の全体のヒストグラムを提供するため、すべての画像の３Ｄヒストグラムの平均をとるステップと；
   （ｋ）すべての閲覧角度において閃光の平均領域を提供するため、高いＳおよびＢ値を有する３Ｄヒストグラムからそれらのビンを選ぶステップと；
   （Ｉ）色相および輝度の概略的なヒストグラムを提供するため、すべてのＳビンを組み合わせ、色相および彩度の概略的なヒストグラムを提供するため、すべてのＢビンを組み合わせるステップと；および、（ｍ）閲覧角度の部分集合における（ｉ）の３Ｄヒストグラムの平均をとり、これらの角度部分集合の上の閃光の指向性を示す概略的な方向性ヒストグラムを提供するため、ステップ（ｋ）および（Ｉ）を繰り返すステップと；を含む、情報処理手段でオパールの閃光の特徴を査定するための方法。
10. 情報処理手段でオパールの本体の色調の特徴を査定するための方法であって、次のステップ：（ａ）その一方が他方との比較のためのマスターとして使われる二以上の回転角で、９０°の傾斜角度で画像を捕らえて較正するステップと；
    （ｂ）石を含む該マスター回転画像内で関心領域を見つけ、この領域内で閃光を除外し、他の回転角度の画像を該マスター画像と整列配置することによって、回転によって変わらない該マスター画像の非オパール領域を除外するステップと；
    （ｃ）このオパール・マスク内で、オパールの１０％暗い領域であるものとして、本体の色調の領域を見つけるステップと；および、
    （ｄ）これらの本体の色調の領域内で、平均ｓＲＧＢ値を決定し、それらをＨＳＢ値に変換して、各々が該ＨＳＢ値の範囲の部分集合を含む値をビンに割り当てるステップと；を含む、情報処理手段でオパールの本体の色調の特徴を査定するための方法。

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