JP2018519511A - 宝石用原石の色測定 - Google Patents

Abstract

本開示は、宝石用原石について色パラメータを測定するための装置に関する。本装置は、測定位置において宝石用原石を支持するための支持構造、測定位置において宝石用原石を照明するための照明システム、宝石用原石の画像を獲得するために測定位置に向かって方向付けされている画像化装置、および宝石用原石の画像を分析するための画像プロセッサ、を含む。画像プロセッサは、画像において宝石用原石に対応する石ピクセルのセットを特定し、かつ、各石ピクセルについて輝度値と色度値を特定するように構成されている。色ベクトルが色度空間において石ピクセルの色度値の表現から計算され、色ベクトルは色度空間において相対的に高い輝度値を有する石ピクセルから相対的に低い輝度値を有する石ピクセルまで延びている。この色ベクトルは、色パラメータの決定において使用される。

Description

本発明は、宝石用原石の色測定に関する。特定的には、排他的ではなく、本発明は、ダイヤモンドの色の測定に関する。

宝石用原石、特にはダイヤモンド、の美しさや魅力は、石がどのように光と相互作用するかに直接的に関係していると考えられている。研磨されたダイヤモンドの市場価値は、その色（colour）、カットプロポーション（cut proportions）、内部の透明度（clarity）、および重量に依存しており、「４つのＣ（"Four C's"）」として知られている。カットと重量は定量的に測定するのが比較的に容易であるが、色は、一般的に目によって測定されている。無色（colourless）から薄黄色（light yellow coloured）のダイヤモンドの場合には、一般的に米国宝石学会（GIA）のＤ−Ｚスケールとして参照されるものに沿って分析が行われる。典型的には、訓練された査定者がダイヤモンドを視覚的に検査し、そして、既知の色の既存のサンプル石（stone）のセットと比較する。実際には、サンプル石は、たいてい、グレード間の境界に対応する色を有している。例えば、Ｄ／Ｅ境界石である。

この目視検査プロセスは、難しく、時間がかかり、かつ、必然的にいくらかの主観的な判断を含んでいる。従って、ダイヤモンドの色について、繰り返し可能で、信頼性が高く、客観的な定量測定を提供することができる装置を創作することが望ましい。過去には様々なアプローチが試みられてきた。一般的に、共通しているのは、可視光によるダイヤモンドの照明と、ダイヤモンドから透過される光の測定である。この光の色分析（colour analysis）は、評価されるべきダイヤモンドの色の測定を可能にする。

これらの技術は、ダイヤモンドの色の有用な指標を提供することができるが、実際には、ダイヤモンドから放出される光の単純な色分析は、訓練された査定者によって発行される色のグレードと必ずしも正確に相関するとは限らない。このことは、ダイヤモンドまたは他の研磨された宝石によって透過される光の後に続き得る多くの異なる経路長によって引き起こされ得る、目で見ることができる微妙な差異によるものであると考えられている。これらの異なる経路長は、石のファセット（facet）からの内部反射によって引き起こされるものである。上述の技術は、単一光路、類似の長さの光路の集まりに対応する領域、または、いくつか又は全部の光路の平均を効果的に測定する。人間の目は、対照的に、宝石用原石全体の画像を見て、そして、石にわたる色、および、石を横切る光の経路長における差によって生じる見た目の色の変化を同時に見ることができる。

色における微妙な変化を検出できるようにするために、装置は、慎重な較正および安定した動作環境を必要とする。このことは、繰り返し性と再現性に影響し、そして、色が測定され得る感度を制限する。さらに、ダイヤモンドの色調（hue）における微妙な変化は、その価格に劇的な影響を与え得るものである。例えば、黄色の色調を有するダイヤモンドは、茶色の色調を有する類似のダイヤモンドよりも著しく価値が高い。既存の技術は、無色に近いダイヤモンドにおいてこれらの色調の変化を検出するために苦労している。加えて、既存の技術は、既知の色に係る標準（standard）またはパッチ（patch）に関して測定する。標準またはカラーパッチがクリーンにされ、かつ、維持される必要がある。

本発明者らは、ダイヤモンドまたは他の宝石用原石の中における異なる長さの光路を利用することが可能であることを認識した。異なる経路長に沿って伝達される光の色における変化が識別され、そして、石の色または色調に係る指標を提供するために使用され得る。

本発明の一つの態様に従って、宝石用原石について色パラメータを測定するための装置が提供される。本装置は、測定位置において宝石用原石を支持するための支持構造、測定位置において宝石用原石を照明するための照明システム、宝石用原石の画像を獲得するために測定位置に向かって方向付けされている画像化装置、および宝石用原石の画像を分析するための画像プロセッサ、を含む。画像プロセッサは、画像において宝石用原石に対応する石ピクセルのセットを特定し、かつ、各石ピクセルについて輝度値と色度値を特定するように構成されている。色ベクトルが色度空間において石ピクセルの色度値の表現から計算され、色ベクトルは色度空間において相対的に高い輝度値を有する石ピクセルから相対的に低い輝度値を有する石ピクセルまで延びている。色ベクトルの方向は、色パラメータの決定において使用される。

色ベクトルの方向は、石の色調の指標を提供する。それは、石を通る長い光路に沿って移動した（そして、従って、相対的に低い輝度を有する）光を表しているピクセルに向かうポインタを提供する。

石ピクセルは、明るいピクセルのセットおよび同じ大きさの暗いピクセルのセットへと分離されてよく、明るいピクセルは暗いピクセルより高い輝度値を有している。そして、色ベクトルが、次いで、明るいピクセルの平均色度から暗いピクセルの平均色度まで延びるように計算され得る。代替的に、色ベクトルは、色度空間において石ピクセルの色度値に対してラインを回帰フィッティングすることによって計算され得る。

輝度値と色度値は、ＣＩＥ Ｌ＊ ａ＊ ｂ＊色空間において定められてよい。

既定の閾値に基づいて分析から石ピクセルが除外されてよく、宝石用原石の境界の中の例外的に明るいピクセルおよび例外的に暗いピクセルは、石ピクセルのセットから除外され、かつ、色ベクトルの決定に対して貢献しない。

本装置は、さらに、支持構造を回転させるためであり得る回転装置を含む。複数の異なる回転位置において宝石用原石の画像が獲得され、かつ、各画像から色ベクトルが決定される。これらの色ベクトルは、宝石用原石の色パラメータの決定において使用するために、宝石用原石について組み合わされた色ベクトルを生成するように組み合わされてよい。

宝石用原石について組み合わされた色ベクトルは、異なる回転位置における画像からの色ベクトルを加算または平均することによって計算されてよい。代替的に、宝石用原石について組み合わされた色ベクトルは、全ての画像からの石ピクセルの色度値の色度空間における表現から計算されてよく、組み合わされた色ベクトルは、色度空間において、相対的に高い輝度値を有するピクセルから相対的に低い輝度値を有するピクセルまで延びている。

石ピクセルの平均輝度及び/又は平均色度が計算されてよく、そして、さらなる色パラメータを決定するために使用されてよい。このさらなる色パラメータは、石について一般的な色を提供し、かつ、色ベクトルから計算されたパラメータは、その色調に係るより微妙な指標を提供する、ことであろう。

宝石用原石はダイヤモンドであってよく、そして、ダイヤモンドの色グレード及び/又はサブグレードの決定において色パラメータが含まれる。

照明システムは、可視光源、および、宝石用原石が拡散した可視光によって照明されることを確保するための拡散機構を含んでよい。

本装置は、さらに、紫外線源を含んでよい。紫外線によって照明されたときに宝石用原石の少なくとも一つの蛍光発光画像が獲得され得る。そして、蛍光発光画像の分析から宝石用原石の蛍光発光の測定値が提供され得る。

画像化装置は、可視光によって照明されたときには宝石用原石の可視画像、および、紫外線によって照明されたときには同じ位置における宝石用原石の蛍光発光画像を獲得するように構成され得る。石ピクセルが、次いで、可視画像から特定されてよく、そして、分析においては対応する石ピクセルだけが蛍光発光画像の中に含まれている。

本発明の別の態様に従って、宝石用原石について色パラメータを測定する方法が提供される。本方法は、可視光を用いて宝石用原石を照明するステップ、および、照明されているときの宝石用原石の画像を獲得するステップを含む。本方法は、さらに、画像において、宝石用原石に対応する石ピクセルのセットを特定するステップ、および、各石ピクセルについて輝度値と色度値を特定するステップを含む。色ベクトルが、色度空間において石ピクセルの色度値の表現から計算され、色ベクトルは、色度空間において相対的に高い輝度値を有する石ピクセルから相対的に低い輝度値を有する石ピクセルまで延びている。色ベクトルの方向は、色パラメータの決定において使用される。

本発明に係るいくつかの好ましい実施形態が、これから、単なる例示として、そして、添付の図面を参照して説明される。
図１は、ダイヤモンドについて自動的に色グレードを割り当てるためのシステムの機能図である。 図２は、ダイヤモンドからデータを取得し、そして、色および蛍光発光の測定値及び／又はグレードを出力するためにデータを処理する使用のために適した装置の概略図である。 図３は、図２の装置を使用して獲得されたデータの処理に関わるステップを示すフローチャートである。 図４Ａは、ダイヤモンドの色調を示す色ベクトルを説明するグラフである。 図４Ｂは、ダイヤモンドの色調を示す色ベクトルを説明するグラフである。

図１は、宝石用原石102といったオブジェクトの色及び／又は蛍光発光（fluorescence）を測定するために適したシステム101の機能図である。システムは、研磨されたダイヤモンドといった、研磨された宝石用原石の色および蛍光発光の測定について特に適用されるが、同じ技術が、いくつかの状況において、粗い石（rough stones）に関する有用なデータを獲得するために使用され得ることが理解されるだろう。簡素化のために、以下の説明は、研磨されたダイヤモンドにおける色および蛍光発光の測定に集中するが、これは単なる例示であることが理解されるだろう。

本装置は、ダイヤモンドに関する色及び／又は蛍光発光情報に係る出力を提供するように意図されている。例えば、これは、色グレード、蛍光発光グレード、色調、シェード（shade）、またはダイヤモンドに係る値に影響を与える他の情報であり得る。

要するに、システム101によって、ダイヤモンド102または他の宝石用原石を導入することができる。本システムは、データ取得モジュール103およびデータ処理モジュール104を含んでいる。結果105は、データ処理モジュール104からの出力である。結果は、ダイヤモンドについて色グレード及び／又はサブグレード、蛍光発光グレード、さらに色の微妙な変化に関する定量的な測定値、および、石の評価に関するさらなる情報を含み得る。そうした結果の少なくともいくつかは、石の色パラメータとして見ることができる。

図２は、図１に示されたデータ取得モジュールおよびデータ処理モジュール103、104としての使用に適した装置200の概略図である。本装置は、色測定のために使用される可視光を提供する可視光源201を含んでいる。この例において、光源201は、紫外線を除去するためのロングパスフィルタ202を伴うキセノンストロボ（xenon strobe）である。ストロボは、Excelitas PAX-10であってよく、そして、フィルタ202は、３９５ｎｍでのカットを伴う無色ＵＶ吸収ロングパスフィルタであってよい。発光ダイオード（ＬＥＤ）またはハロゲン電球といった代替的な光源が使用されてよい。１つまたは複数の光源が使用されてよい。

紫外線源203は、蛍光発光測定のために使用される光を提供する。例えば、これは、光の可視波長を除去するためのフィルタ204を伴うＬＥＤアレイを含んでよい。例示的な紫外線源は、ENFIS UNO Tag Array Ultra-Violet ３７５ｎｍ ＬＥＤである。例示的なフィルタは、Edmund optics 400nm、直径１２．５ｍｍのOD2ショートパスフィルタである。

可視光源および紫外線源202、204は、拡散光を得るように拡散チャンバの中へ光を放出する。様々な適切な構成が想定され得るが、１つの例示的な構成は、硫酸バリウム（Barium Sulphate）でコーティングされ、かつ、拡散ガラス206のシートによって閉じられたシリンダ205を含んでいる。一つの例において、シリンダは約１００ｍｍの直径を有してよい。拡散した可視光及び／又はＵＶ光が拡散チャンバ205から測定チャンバ207に放出されるように、拡散チャンバ205は、拡散ガラスシート206によって分離された、測定チャンバ207の上方に位置している。

図２に示されている例示的な測定チャンバ装置207は、硫酸バリウムでコーティングされた修正された半球を含んでいる。測定チャンバ207の上部は、直径１００ｍｍの円形である。測定チャンバの底部は、底部に５０ｍｍの穴を伴う半球である。穴によって、プラットホーム209の頂部が、測定チャンバに出入りすることができる。

プラットホーム209は、ダイヤモンド102を支持するように意図されている。プラットホームは回転可能であり、かつ、モータ210に結合されている。プラットホームはバージンＰＴＦＥから成ってよく、そして、好ましくは不透明である。

測定チャンバは、出口穴を含み、ダイヤモンドによって放射され、または、通過する光が、そこを通ってチャンバを出ることができる。出口穴の後ろには、フィルタ211、レンズ212、および、カメラ213または他の画像化装置が存在する。フィルタ211は、観察のために要求される波長の光を選択するようにデザインされており、そして、好ましくは紫外線を遮断する。一つの例は、Comar 405 IY ロングパスダイクロイック（dichroic）フィルタである。

レンズ212は、測定チャンバ207からの光をカメラ213の画像平面の上に集束させる。この例において、レンズ212は、プラットホームの法線に対して約４９度で、プラットホーム209を観察する。レンズの一つの例は、Schneider Xenoplan 1.4/17である。

カメラ213は、光を電気信号へと変換する。上記と組み合わされて、カメラは制御された条件の下でダイヤモンド102の画像を生成する。好ましい実施形態において、カメラは、JAI M9である。JAI M9は、３つの１／３”プログレッシブスキャンＣＣＤと１０２４×７６８アクティブピクセルを伴う３ＣＣＤカメラである。

制御および処理ユニット214、例えばマイクロコントローラおよびＰＣは、ローディング機構（図示せず）、可視照明、紫外線照明、プラットホームの回転およびカメラのトリガを制御するように構成されている。処理ユニットは、また、カメラ213によって獲得された画像を受け取り、そして、分析を行う。処理ユニットは、以下でさらに詳細に説明される。

使用時に、プラットホーム209の回転は、カメラ213および照明201、203と同期されている。このことは、それぞれの画像がキャプチャされる間に設定速度および設定時間でプラットホームを回転させることによって達成される。一つの例において、プラットホームは、１．５４８回転／秒で回転され、そして、画像は、３４ｍｓ間隔でキャプチャされる。

ダイヤモンド102を測定チャンバ207の中へ導入するために、ローディング機構（図２には示されていない）が使用される。ダイヤモンド102をロードするために、プラットホーム209は、トレーによって測定セル207の下、かつ、前に保持されている。ダイヤモンドはトレーの上に置かれる。ローディングの最中に、トレーは、最初に、測定セルの下の一つの場所へプラットホームを運ぶ。次いで、プラットホーム209を測定セルの中へ持ち上げるように、モータ210とプラットホーム209が同時に持ち上げられる。

データを取得するために、ダイヤモンド102はプラットホーム209上のテーブルに置かれる。ローディング機構は、プラットホーム209を測定セル207の中へ持ってくる。色測定のために、可視光源201が使用される。蛍光発光測定のためには、紫外線源203が使用される。それぞれの場合において、測定セルは、選択された光源からの拡散光で一杯になり、そして、カメラ213によって画像が獲得される。プラットホーム209が回転され、そして、別の画像が撮影される。このことは、十分な画像がキャプチャされるまで繰り返される。典型的には、１８個の画像がキャプチャされる。照明条件は、可視画像について一貫している。画像は、処理ユニット214に対して転送される。

照明、光学系、およびカメラは、カメラのダイナミックレンジを最適に利用するように制御される。このことは、コミッション（commissioning）の最中に設定され、そして、必要がある場合だけ変更される。カメラ213は、一貫性のある画像状態を維持するように制御され、かつ、試験されている。これは、毎日自動的にテストされている。カメラは、既知の光応答を提供するように制御され、かつ、試験されている。通常のように、カメラは、電磁スペクトルの異なる部分に係る３つの輝度画像（「グレースケール（"greyscale"）」）をキャプチャする。これらのグレースケール画像は、カラー画像を形成するように組み合わされ得る。

カメラの温度が測定される。これは、較正を確実にするために使用され、そして、同様な温度の下で測定画像が撮影される。同様の温度は、典型的には、摂氏５度以内である。

画像から色または蛍光発光が測定される。測定はグローバルスタンダードに対して較正される。カラー測定は、カラーグレードとサブグレードへ変換される。蛍光発光測定は、蛍光発光グレードおよびサブグレードへ変換される。サブグレードは、一つのグレードの中での位置を示している。

３つのデータセットが生成される。
１．画像評価および較正データ
２．石の測定データ
３．石の較正データ

これらのデータセットそれぞれの処理を以下に説明する

画像評価および較正
画像評価および較正データは、以下のものから成っている。
ａ）異なる光レベルにおいてキャプチャされた画像の複数のペア（例えば、１１個）。これらの画像は、カメラの応答を評価するために使用される。カメラの光応答が測定され、そして、後に続く色空間変換（colour space conversion）に適切であるように試験される。
ｂ）石が無いプラットホームに係る複数の可視光画像（例えば、１８個）。１８個の画像が獲得された場合、プラットホームは各画像間で３６０／１９度だけ回転される。これらの画像は、プラットホームの清浄度を評価するために使用される。これらの画像は、画像較正のために暗い画像（dark images）（以降に説明される）と共に使用される。
ｃ）石が無いプラットホームの複数の「暗い（"dark"）」画像（例えば、１８個）。これらの画像は、可視または蛍光発光照明なしでキャプチャされる。これらは、画像較正のために１８個の光画像と共に使用される。

好ましい実施形態では、カメラは、線形応答（linear response）を有しており、画像較正のための線形モデルができる。非線形応答が見つかった場合には、適切な非線形モデルが画像較正のために使用されるであろう。

画像較正は、画像にわたる空間的な不均一性を説明する。不均一性の原因は、測定セル、光学系、またはカメラであり得る。画像の較正の後で、測定は画像における空間的な位置に対して不変であるべきである。

画像較正を実施するための複数のアプローチが存在している。好ましい実施形態においては、１８個の光画像が、単一の低ノイズの光画像へと結合される。１８個の暗い画像は、低ノイズの暗い画像へと結合される。低ノイズ画像は、単一の画像および平滑化操作といった代替的な手段を用いて達成され得る。低ノイズの明るい画像と暗い画像から、各画像画素（ピクセル）について線形マッピングが計算される。代替的に、適切な関数を用いて空間変化を記述することができ、そして、単一のマッピングを計算することができる。

石の測定
好ましい実施形態において、色は、異なる回転位置で、可視光線によって照明された、多数の異なる石102の画像から測定される。一つの例においては、１８個の石の可視画像が獲得され、この場合には、プラットホームが、各画像間で３６０／１９度だけ回転されてよい。図３は、その画像から、石の色パラメータ（colour parameter）の指標を提供する特徴である「測定特徴（"measurement feature"）」を生成するために各画像がどのように処理されるかを示している例示的なフローチャートである。それぞれ個別の画像からの測定特徴または色パラメータが、石全体について対応する色パラメータを提供するために組み合わされてよい。石について色のグレードは、これらの色パラメータのうち一つまたはそれ以上に基づいて決定され得る。

より詳細には、図３を参照して、各画像が以下のように処理される。

画像較正（Image Calibration）（Ｓ１）：画像較正の目的は、画像全体にわたる空間的な変動を考慮することである。例えば、等しい応答を与えるように各画素（ピクセル）の各チャネル（RGB）を変換するための方程式に係る係数を計算するために、空のプラットホームの暗い可視光画像が使用され得る。例えば、これは、ゲインとオフセットを有する１次方程式であり得る。この場合に、画像較正を適用することは、各ピクセルの各チャネルにそのゲインを掛け算すること、そして、対応するオフセットを加算することを含んでいる。

画像セグメンテーション（Image Segmentation）（Ｓ２）：画像における石に対応するピクセル（「石ピクセル（"stone pixels"）」）を特定するために、画像がセグメント化される。例えば、このことは、RGB値のうちの少なくとも１つについて既定の閾値以下のピクセルだけを選択することによって達成され得る。石でない（non-stone）領域の一部は、カラー基準（colour reference）として使用され得る。この基準パッチ（patch）は、また、画像セグメンテーションの最中にも特定される。

石セグメンテーション（Stone Segmentation）（Ｓ３）：石セグメンテーションは、石ピクセルのセットに係るさらなる分析を含み、関心のないピクセルを特定し、そして、後の分析においてそれらが含まれないように除外する。例えば、石セグメンテーションは、Ｒ／Ｇ／Ｂ輝度（グレースケール）の値を評価することによって関心のピクセルを特定することができる。例えば、ハイライト（highlight）の中のピクセルは、シーン（scene）の中の他の要素よりも明るいので、特定され、かつ、除外され得る。同様に、ピケ（piques）をカバーしているピクセルは異常に暗いので、特定され、かつ、除外され得る。

色空間変換（Colour Space Conversion）（Ｓ４）：カラー画像は、加法的な色モデル（additive colour model）から異なる輝度（luminance）と色度（chrominance）を有する色空間へ変換される。例えば、各画素は、赤、緑、青（RGB）からＣＩＥ Ｌ＊ ａ＊ ｂ＊に変換され得る。この場合に、輝度情報はＬ＊チャネルにおいて存在し、そして、色度情報はａ＊およびｂ＊チャネルにおいて存在する。

特徴測定（Feature Measurement）（Ｓ５）：色ピクセルは、一つまたはそれ以上の測定特徴（measurement feature）または色パラメータを生成するように処理され、それぞれは色の潜在的な指標である。色パラメータは、統計的測定（statistical measures）及び／又は色ベクトルを含むことができる（以下により詳細に説明される）。例示的な統計的測定は、石ピクセルの全てにわたる（ステップＳ３において除外されたピクセルを除く）Ｌ＊、ａ＊およびｂ＊の平均を含んでいる。この場合に、Ｌ＊平均値は、ダイヤモンドがどれほど明るいか又は暗かを示しており、負のａ＊は緑色を示し、正のａ＊は赤色、負のｂ＊は青色、そして、正のｂ＊は黄色を示す。

上記の統計的な測定は、Ｌ、ａ＊およびｂ＊手段を使用して、１つの画像からでさえも、石の色の広範な指標を提供することができる。しかしながら、上述のように、ユーザによって知覚される色は、個々の画像にわたる色の変動によって引き起こされるより微妙な変化によって影響され得るものである。そして、特には、石を通る長い経路を光が追従する領域において強調されている色によるものである。

これらの微妙な変化は、色パラメータの基礎を形成し得る色ベクトルを計算することによって定量化することができる。色ベクトル（colour vector）の大きさおよび角度は、ダイヤモンドの中の微妙な色の変化を表している。以下の説明は、どのように色ベクトル決定されるかを説明するものである。

各画像における各石ピクセルの輝度と色度は、そのポイントにおいて石を出て行き、かつ、カメラによって検出されている光によって決定される。この光は、事実上は、一式の光路の合計である。この説明の目的のために、各石ピクセルは、対応する光路の結果であると考えることができる。石ピクセルのいくつかは、比較的短い対応する光路を有し、低レベルの吸収を有し、かつ、ダイヤモンドの色を弱くだけ示している。他の石ピクセルは、比較的長い対応する光路を有し、高レベルの吸収を有し、かつ、ダイヤモンドの色を強く示している。全体としてみると、石ピクセルは、吸収の範囲と色の強さの範囲を伴う対応する光路の範囲を有している。光路の長さは、色の強さに比例している。より短い経路はより低い吸収を有し、そして、従って一般には、より明るいピクセルをもたらすことも、また理解されるべきである。

色ベクトルは以下のように計算することができる。各石ピクセルの色は、ＣＩＥ Ｌ＊ ａ＊ ｂ＊といった色度空間（chromaticity space）において表現される。石ピクセルは、その輝度値に基づいて、「明るい（"light"）」石ピクセルと「暗い（"dark"）」石ピクセルへと分割することができる。明るい石ピクセルは、短い光路に対応している。暗い石ピクセルは、より長い光路に対応している。石ピクセルの各サブセットについての色測定値は、明るい石ピクセルおよび暗い石ピクセルについての色の測定を提供するように組み合わされる。明るい石ピクセルおよび暗い石ピクセルについての色の測定は、色ベクトルのそれぞれの始点および終点である。色ベクトルから、大きさと方向（角度）が計算される。

このアプローチは、図４Ａおよび４Ｂを参照して理解することができ、それぞれが、異なる石から撮影された、単一の画像に係る全ての石ピクセル（それぞれの場合において１００）のＣＩＥ ａ＊ ｂ＊値のグラフを示している。各グラフにおけるピクセルの平均色（平均ａ＊、ｂ＊）は同じである（平均ａ＊＝−１、ｂ＊＝３）、しかし、分布は異なっている。色ベクトル401、402は、角度403、404および大きさを割り当てることによって、この分布を定量化する方法である。

角度403、404は、分布の方向に対応している。角度は、ダイヤモンドの中で非常に長い光路に沿って進む光の期待される色調を効果的に示している。大きさは、分布の広がりに対応している。大きさは、その特定の画像における色の強さを示している。

例えば、単純なプロセスにおいて、Ｌ＊によってピクセルを明るい半分と暗い半分へと分割することによって、単純なプロセスにおいて色ベクトルを計算することができる。明るいピクセルおよび暗いピクセルのセットそれぞれの平均値ａ＊とｂ＊が計算される。各ベクトルの始点405、406は、その画像における明るいピクセルの平均ａ＊、ｂ＊である。ベクトルの終点407、408は、その画像の暗い画素の平均ａ＊、ｂ＊である。

より洗練されたフィッティングアルゴリズムも、また想定することができ、そして、石ピクセルが、色ベクトルを生成するために代替的な方法で処理され得る。例えば、色空間においてライン（line）をフィットするために、回帰（regression）が適用され得る。ポイントは、色ベクトルの開始および終了を定めるために使用されるラインおよび四分位間の（interquartile）範囲に投影することができる。ベクトル方向は、Ｌ＊値または原点までの近接（proximity）を評価することによって決定され得るだろう。代替的には、ピクセルを単に輝度に基づいて「明」と「暗」に分割するより、むしろ、それらが３つまたはそれ以上のセット（例えば、明るい、中間、および暗い）、および、これらのセットそれぞれからの平均値をフィットするために使用されるラインへと分割され得るだろう。

色ベクトルは、画像における石ピクセルの平均色度からは明らかではない重要な追加情報を提供することができることが明らかである。図４Ａの例において、約１３０°の角度は、負のａ＊および正のｂ＊を示しており、そして、従って緑−黄色であって、全てのピクセルの平均ａ＊、ｂ＊ （−１、３）と合致しているだろう。図４Ｂにおいては、平均ａ＊、ｂ＊が再び（−１、３）であるところ、色ベクトルは約４５°の角度を有しており、赤−黄色（またはオレンジ色）を示している。このことは、観察者にとっては茶色に見えている一般的に黄色のダイヤモンドとして、それ自身で明確であるだろうが、全てのピクセルの単純な色平均からは明らかではないだろう。

非常に小さな大きさ（low magnitude）において、角度は、信頼できない色調の指標であり得る。色ベクトルの大きさは、従って、それを用いて角度を解釈することができる、信頼度を決定するためのフィルタとして使用され得る。加えて、色ベクトルの大きさは、色をグレーディング（grading）するのに合理的な役目を果たす。

上述のように、色は、単一の画像から測定され得る。堅牢性（robustness）と精度を高めるために、単一のダイヤモンドの多くの画像が獲得され、そして、測定値が組み合わせられてよい。たいてい、ダイヤモンドは画像間で回転している。各画像の測定特徴をダイヤモンドの測定特徴（色パラメータ）へと組み合わせるために、融合技術（fusion techniques）が使用されている。例えば、石全体について単一の平均Ｌ＊を提供するように各画像の平均Ｌ＊特徴を結合するために、メジアン演算子（median operator）が使用され得る。代替的には、特徴が最大オペレーション（maximum operation）と組み合わされ得る。代替的には、特徴が平均オペレーション（mean operation）と組み合わされ得る。

図４Ａおよび４Ｂは、（異なる石からの）個々の画像について色ベクトルを示している。特定の石について撮影された全ての画像について色ベクトルを組み合わせるために、多数の技術が使用され得る。各ベクトルは、デカルト座標において単純に（ａ＊、ｂ＊）として表すことができるので、ベクトルを組み合わせる１つの方法は、全ての画像から平均値を取ることである。とはいえ、実際には、中央値がより有用であることが判明している。いくつかの状況においては、１つ又は２つの画像が結果として異常値を生じ得るからである（例えば、一つまたはそれ以上の画像が破損している場合）。もう１つの代替は、全ての画像からの全ての石ピクセルを単一のグラフに含め、そして、完全なデータセットから単一の色ベクトルを計算することである。

蛍光発光は、１つの可視光画像と１つの紫外線画像を用いて測定することができる。プラットホームは、画像間で回転していない。可視光画像は、石ピクセルの位置を突き止めるために使用される。蛍光発光を測定するために、紫外光画像における対応するピクセルが使用される。石の蛍光発光の指標（「蛍光発光特徴（"fluorescence feature"）」）は、石ピクセルから測定される。これは、例えば、ＵＶ光によって照明される場合に、全ての石ピクセルの平均（mean）、モード（mode）、または中央（median）の色値であってよい。

石を回転させ、かつ、各回転位置において異なる蛍光発光特徴を獲得することは、もちろん可能であり、−そして、潜在的には蛍光発光について色ベクトルを獲得するように分析を実行することさえも可能である−しかし、一般に、蛍光発光における微妙な色変化の検出は、通常は必要とされない。

色サンプルの使用を通じて、再現性が維持されている。色サンプルにおける各石は、個別に測定されている。これらの測定は、期待される結果と比較される。サンプルが期待されるとおりでない場合には、補償のためにソフトウェアの色応答（colour response）を調整することができ、そして、これはフィードバックループとして動作する。典型的には、システムが毎日テストされている。典型的には、システムが１ヶ月に１回、石較正（Stone Calibrated）されている。石較正は、異なるマシン、異なる場所、および異なる時間の間で繰り返し可能な測定を保証するために、測定特徴に対して適用される。

色パラメータは、ダイヤモンドを色グレードに分類するために使用される。蛍光発光特徴は、蛍光発光グレードを割り当てるために使用される。色と蛍光発光の両方について、一つのグレードの中でダイヤモンドの位置を示すためにサブグレードが使用される。

例えば、黄色の強度に基づいて色グレードを割り当てるために、色パラメータＣＩＥ ｂ＊が使用され得る。グレードを割り当てるために使用される境界は、既知の色グレードのダイヤモンドを１０００個測定することによって決定される。ダイヤモンドが灰色（grey）であるかを判断するために、ＣＩＥ Ｌ＊機能が使用され得る。ダイヤモンドが黄色でない（non-yellow）色調を有するかを判断するために、色ベクトルが使用され得る。上述のように、色グレードの割り当てを手助けするために、色ベクトルの大きさも、また使用されてよい。

好ましい実施形態においては、蛍光発光の強度に係る単一の測定値を獲得するために、蛍光発光特徴が処理される。蛍光発光の境界を計算するために、１０００個の蛍光発光の石が測定された。これらの境界は、蛍光発光グレードを決定するものである。

Claims (22)

1. 宝石用原石について色パラメータを測定するための装置であって、
   測定位置において宝石用原石を支持するための支持構造と、
   前記測定位置において前記宝石用原石を照明するための照明システムと、
   前記宝石用原石の画像を獲得するために、前記測定位置に向かって方向付けされている画像化装置と、
   前記宝石用原石の前記画像を分析するための画像プロセッサと、を含み、
   前記画像プロセッサは、
   前記画像において前記宝石用原石に対応する石ピクセルのセットを特定し、
   各石ピクセルについて輝度値と色度値を特定し、
   色度空間において前記石ピクセルの前記色度値の表現から色ベクトルを計算し、前記色ベクトルは、色度空間において相対的に高い輝度値を有する石ピクセルから相対的に低い輝度値を有する石ピクセルまで延びており、
   色パラメータの決定において前記色ベクトルの方向を使用する、
   ように構成されている、
   装置。
2. 前記画像プロセッサは、
   前記石ピクセルを明るいピクセルのセットおよび同じ大きさの暗いピクセルのセットへと分離し、前記明るいピクセルは前記暗いピクセルより高い輝度値を有しており、かつ、
   前記明るいピクセルの平均色度から前記暗いピクセルの平均色度まで延びるように前記色ベクトルを計算する、
   ように構成されている、請求項１に記載の装置。
3. 前記色ベクトルは、色度空間において前記石ピクセルの前記色度値に対してラインを回帰フィッティングすることによって計算される、
   請求項１に記載の装置。
4. 前記画像プロセッサは、
   ＣＩＥ Ｌ＊ ａ＊ ｂ＊色空間において前記石ピクセルの前記輝度値と前記色度値を定める、
   ように構成されている、請求項１乃至３いずれか一項に記載の装置。
5. 前記画像プロセッサは、既定の閾値に基づいて、分析から石ピクセルを除外する、ように構成されており、
   前記宝石用原石の境界の中の例外的に明るいピクセルおよび例外的に暗いピクセルは、前記石ピクセルのセットから除外され、かつ、前記色ベクトルの決定に対して貢献しない、
   請求項１乃至４いずれか一項に記載の装置。
6. 前記装置は、さらに、
   前記支持構造を回転させるための回転装置、を含み、
   前記画像化装置は、複数の異なる回転位置において前記宝石用原石の画像を獲得するように構成されており、
   前記画像プロセッサは、
   各画像から色ベクトルを決定し、かつ、
   前記宝石用原石の前記色パラメータの決定において使用するために、前記宝石用原石について組み合わされた色ベクトルを生成するように前記色ベクトルを組み合せる、
   ように構成されている、
   請求項１乃至５いずれか一項に記載の装置。
7. 前記画像プロセッサは、異なる回転位置における画像からの色ベクトルを加算または平均することによって、前記宝石用原石について前記組み合わされた色ベクトルを計算する、ように構成されている、
   請求項６に記載の装置。
8. 前記画像プロセッサは、全ての前記画像からの前記石ピクセルの色度値の色度空間における表現から前記宝石用原石について前記組み合わされた色ベクトルを計算する、ように構成されており、
   前記組み合わされた色ベクトルは、色度空間において、相対的に高い輝度値を有するピクセルから相対的に低い輝度値を有するピクセルまで延びている、
   請求項６に記載の装置。
9. 前記画像プロセッサは、
   前記石ピクセルの平均輝度及び/又は平均色度を計算し、かつ、
   前記計算された平均輝度及び/又は平均色度から、さらなる色パラメータを決定する、
   ように構成されている、
   請求項１乃至８いずれか一項に記載の装置。
10. 前記宝石用原石はダイヤモンドであり、かつ、
    前記画像プロセッサは、前記ダイヤモンドの色グレード及び/又はサブグレードの決定において前記色パラメータを含める、ように構成されている、
    請求項１乃至９いずれか一項に記載の装置。
11. 前記照明システムは、可視光源、および、前記宝石用原石が拡散した可視光によって照明されることを確保するための拡散機構、を含む、
    請求項１乃至１０いずれか一項に記載の装置。
12. 前記装置は、さらに、紫外線源を含み、
    前記画像化装置は、紫外線によって照明されたときに前記宝石用原石の少なくとも一つの蛍光発光画像を獲得する、ように構成されており、
    前記画像プロセッサは、前記蛍光発光画像の分析から前記宝石用原石の蛍光発光の測定値を提供する、ように構成されている、
    請求項１１に記載の装置。
13. 前記画像化装置は、可視光によって照明されたときには前記宝石用原石の可視画像、および、紫外線によって照明されたときには同じ位置における前記宝石用原石の蛍光発光画像を獲得する、ように構成されており、
    前記画像プロセッサは、前記可視画像から前記石ピクセルを特定し、かつ、前記分析においては対応する前記石ピクセルだけを前記蛍光発光画像の中に含む、ように構成されている、
    請求項１２に記載の装置。
14. 宝石用原石について色パラメータを測定する方法であって、
    可視光を用いて宝石用原石を照明するステップと、
    照明されているときの前記宝石用原石の画像を獲得するステップと、
    前記画像において前記宝石用原石に対応する石ピクセルのセットを特定するステップと、
    各石ピクセルについて輝度値と色度値を特定するステップと、
    色度空間において前記石ピクセルの前記色度値の表現から色ベクトルを計算するステップであり、前記色ベクトルは、色度空間において相対的に高い輝度値を有する石ピクセルから相対的に低い輝度値を有する石ピクセルまで延びている、ステップと、
    色パラメータの決定において前記色ベクトルの方向を使用するステップと、
    を含む、方法。
15. 前記方法は、さらに、
    前記石ピクセルを明るいピクセルのセットおよび同じ大きさの暗いピクセルのセットへと分離するステップであり、前記明るいピクセルは前記暗いピクセルより高い輝度値を有している、ステップと、
    前記明るいピクセルの平均色度から前記暗いピクセルの平均色度まで延びるように前記色ベクトルを計算するステップと、
    を含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記方法は、さらに、
    色度空間において前記石ピクセルの前記色度値に対してラインを回帰フィッティングすることによって、前記色ベクトルを計算するステップ、
    を含む、請求項１４に記載の方法。
17. 前記方法は、さらに、
    既定の閾値に基づいて、分析から石ピクセルを除外するステップ、を含み、
    前記宝石用原石の境界の中の例外的に明るいピクセルおよび例外的に暗いピクセルは、前記石ピクセルのセットから除外され、かつ、前記色ベクトルの決定に対して貢献しない、
    請求項１４乃至１６いずれか一項に記載の方法。
18. 前記方法は、さらに、
    複数の異なる回転位置において前記宝石用原石の画像を獲得するステップと、
    各画像から色ベクトルを決定するステップと、
    前記宝石用原石について組み合わされた色ベクトルを生成するように前記色ベクトルを組み合せるステップと、
    前記組み合わされた色ベクトルを使用して、前記宝石用原石の前記色パラメータを決定するステップと、
    を含む、請求項１４乃至１７いずれか一項に記載の方法。
19. 前記色ベクトルは、異なる回転位置における画像からの色ベクトルを加算または平均することによって組み合わされている、
    請求項１８に記載の方法。
20. 前記色ベクトルは、全ての前記画像からの前記石ピクセルの色度値を色度空間において表現することによって組み合わされており、
    前記組み合わされた色ベクトルは、色度空間において、相対的に高い輝度値を有するピクセルから相対的に低い輝度値を有するピクセルまで延びている、
    請求項１８に記載の方法。
21. 前記宝石用原石はダイヤモンドであり、かつ、
    前記方法は、さらに、前記色パラメータを使用して前記ダイヤモンドの色グレード及び/又はサブグレードを決定するステップ、を含む、
    請求項１４乃至２０いずれか一項に記載の方法。
22. 前記方法は、さらに、
    紫外線を用いて前記宝石用原石を照明するステップと、
    照明されているときの前記宝石用原石の蛍光発光画像を獲得するステップと、
    前記蛍光発光画像の分析から前記宝石用原石の蛍光発光の測定値を決定するステップと、
    を含む、請求項１４乃至２１いずれか一項に記載の方法。

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