RU2421710C2

RU2421710C2 - Method of identifying rough diamonds, cut diamonds and other precious stones

Info

Publication number: RU2421710C2
Application number: RU2009134802/28A
Authority: RU
Inventors: Константин Викторович Годун (RU); Константин Викторович Годун; Михаил Александрович Богуславский (RU); Михаил Александрович Богуславский; Виктор Павлович Винник (RU); Виктор Павлович Винник; Владимир Викторович Кудря (RU); Владимир Викторович Кудря; Сергей Юрьевич Феофилов (RU); Сергей Юрьевич Феофилов; Виктор Асафович Рассулов (RU); Виктор Асафович Рассулов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Алмазинтех-консультации и инжиниринг"
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2011-06-20
Also published as: RU2009134802A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: digital images of a precious stone are obtained when said stone is illuminated by a light source in the visible region and luminescent when the image is exposed to UV radiation. The obtained digital images undergo mathematical processing to obtain a graphical presentation of the distribution bar chart of pixels on the mutual relationship of components R, G and B, used to form the pixels, and a digital code based on coefficients of a polynomial which approximates the bar chart.

EFFECT: reliable inspection of precious stones, possibility of establishing natural or artificial nature of a crystal, possibility of distinguishing a precious stone from a fake stone, and a simple and more efficient process of separation during benefaction of raw material.

Description

Заявленный способ может быть использован в промышленности при обогащении алмазосодержащего сырья для извлечения алмазов и их огранке, так и в криминалистике и других сферах обращения алмазов, бриллиантов и изделий из них, а так же при проведении поисковых работ и для определения географической привязки происхождения.The claimed method can be used in industry for the enrichment of diamond-containing raw materials for the extraction of diamonds and their cutting, and in forensics and other areas of circulation of diamonds, diamonds and their products, as well as in search operations and to determine the geographical location of origin.

Из уровня техники известен способ (1) проверки драгоценных камней по патенту РФ №2267774, служащий для определения факта, является ли полированный драгоценный камень необработанным, природным алмазом. В общем виде известный способ содержит следующие этапы: облучение камня излучением лазера с измерением спектров фотолюминесценции, излучаемых камнем, и отображение на дисплее информации, относящейся к исследуемому камню.The prior art method (1) for checking precious stones according to the patent of the Russian Federation No. 2267774, which is used to determine the fact whether a polished gem is an unprocessed, natural diamond, is known. In general, the known method comprises the following steps: irradiating the stone with laser radiation with measuring the photoluminescence spectra emitted by the stone, and displaying information related to the stone under study.

К недостаткам известного способа (1) можно отнести его узкую направленность как способа выявления необработанных синтетических алмазов, а также природных или синтетических алмазов, обработанных под высоким давлением и при высокой температуре. Кроме того, он служит для предварительной оценки или сортировки алмазов, являясь предварительным этапом для более сложных исследований, а для его реализации требуется достаточно сложное и дорогостоящее оборудование, например, теплоизолированный контейнер с жидким азотом для охлаждения образца.The disadvantages of the known method (1) include its narrow focus as a method for identifying unprocessed synthetic diamonds, as well as natural or synthetic diamonds processed under high pressure and at high temperature. In addition, it serves as a preliminary assessment or sorting of diamonds, being a preliminary stage for more complex studies, and its implementation requires rather complicated and expensive equipment, for example, a thermally insulated container with liquid nitrogen to cool the sample.

Из уровня техники известно также решение по патенту США №6980283, раскрывающее способ стандартизированной классификации драгоценных камней посредством измерения спектральной характеристики драгоценного камня, подвергнутого воздействию множества источников падающего света устройства для получения изображения. Энергия падающего света регистрируется прибором с зарядовой связью устройства для получения изображения образца. Работа устройства для получения изображения контролируется управляющим процессором для обработки данных локальной станции и набором команд. Управляющий процессор для обработки данных локальной станции функционально связан с анализирующей станцией, станция включает процессор обработки результатов анализа и запоминающее устройство (ЗУ) большой емкости. ЗУ предоставляет пространство для хранения набора команд (для) процессора обработки результатов анализа, а также базы данных.US Pat. No. 6,980,283 also discloses a solution disclosing a standardized classification of gemstones by measuring the spectral characteristics of a gemstone exposed to a plurality of incident light sources of an image acquisition apparatus. The energy of incident light is recorded by a charge-coupled device to obtain an image of the sample. The operation of the device for image acquisition is controlled by a control processor for processing local station data and a set of commands. The control processor for processing data of the local station is functionally connected with the analyzing station, the station includes a processor for processing analysis results and a mass storage device (memory). The memory provides space for storing a set of instructions (for) the processor for processing analysis results, as well as the database.

К недостаткам известного способа (2) следует также отнести сложность его реализации, предусматривающую получение большого количества изображений и зависимость получения таких изображений от четкого положения образца. Известный способ не дает возможности идентифицировать образец после обработки или разрушения, а также идентифицировать образец по принадлежности к той или иной формации.The disadvantages of the known method (2) should also include the complexity of its implementation, which involves obtaining a large number of images and the dependence of obtaining such images on the clear position of the sample. The known method makes it impossible to identify the sample after processing or destruction, as well as to identify the sample by belonging to a particular formation.

Задача, решаемая заявленным способом, состоит в осуществлении возможности идентификации как необработанных, так и обработанных (на любой стадии) драгоценных камней на основе математической обработки цифрового фотоизображения люминесценции как с графическим представлением гистограммы распределения совокупности пикселей, характеристиками которых являются значения RGB попарно (RG, RB, GB), так и с получением числового идентификационного кода на основе коэффициентов полинома, аппроксимирующего гистограмму, что позволит идентифицировать анализируемый кристалл и/или любые его части на различных стадиях обработки и любого последующего перемещения, в том числе и в форме ювелирного изделия, а также определять характерные особенности, обуславливающие принадлежность кристалла к совокупности добываемых камней конкретного месторождения.The problem solved by the claimed method consists in the possibility of identifying both unprocessed and processed (at any stage) precious stones based on mathematical processing of a digital luminescence photo image with a graphical representation of a histogram of the distribution of a set of pixels whose characteristics are RGB values in pairs (RG, RB , GB), and with obtaining a numerical identification code based on the coefficients of a polynomial approximating a histogram, which will allow identifying lysed crystal and / or any portion thereof, at various stages of treatment and any subsequent movement, including in the form of jewelry, and to determine characteristics of causing crystal belonging to a set of mined stone specific field.

Достигаемый при решении поставленной задачи технический результат состоит в обеспечении возможности надежного контроля за передаваемыми на обработку драгоценными камнями, в том числе - в последующей возможности надежного таможенного контроля ввозимых и вывозимых драгоценных камней, в торговле ювелирными изделиями, криминалистике, залоговых операциях. Использование заявленного способа идентификации при проведении регулярных измерений добываемой продукции на предприятиях, на основе индивидуальных характеристик кристаллов, совокупности значений их индивидуальных кодов, объединенных в единую базу данных, позволит выявлять средние значения и дисперсию идентификационных характеристик для отдельных рудных блоков, участков и месторождений в целом, а также временных периодов их отработки с целью решения технологических задач и возможности последующего определения места добычи для каждого камня. Кроме того, использование заявленного способа позволит устанавливать природное или искусственное происхождение анализируемого кристалла, в том числе факт искусственного облагораживания природных камней, упростить и повысить эффективность процесса сепарации при обогащении сырья за счет выбора оптимальных параметров разделительного признака методом люминесцентной сепарации, выявлять оборудование, наносящее повреждения камням (повысить сохранность камней), обеспечить возможность надежного отличия обработанного и/или необработанного драгоценного камня от подделки.The technical result achieved in solving the task is to provide reliable control over precious stones transferred for processing, including the subsequent possibility of reliable customs control of imported and exported precious stones, in jewelry trade, criminalistics, and mortgage operations. Using the claimed identification method when conducting regular measurements of produced products at enterprises, based on individual characteristics of crystals, a combination of the values of their individual codes, combined into a single database, it will be possible to identify average values and variance of identification characteristics for individual ore blocks, sections and deposits in general, as well as time periods for their development in order to solve technological problems and the possibility of subsequent determination of the place of production for each dogo stone. In addition, the use of the claimed method will allow to establish the natural or artificial origin of the analyzed crystal, including the fact of artificial refinement of natural stones, to simplify and increase the efficiency of the separation process during the enrichment of raw materials by choosing the optimal parameters of the separation feature by luminescent separation, to identify equipment that causes damage to stones (increase the preservation of stones), to ensure the possibility of reliable differences between processed and / or unprocessed of the gemstone from a fake.

Для достижения поставленного результата предлагается способ идентификации драгоценного камня, включающий получение цифрового фотоизображения образца, полученного при освещении источником света в видимом диапазоне, и люминесцентного при ультрафиолетовом облучении, и последующую математическую обработку полученных цифровых фотоизображений с графическим представлением гистограммы распределения совокупности пикселей и преобразованием полученных данных в цифровой код, на основе коэффициентов полинома, аппроксимирующего гистограмму, по которому в дальнейшем осуществляют идентификацию, при этом математическую обработку цифровых фотоизображений ведут на основе распределения составляющих его пикселей по попарному взаимному соотношению компонент RG, RB, GB, используемых для формирования пикселя в цифровом фотоизображении и созданием на основе полученных данных визуализированного графического образа фотоизображений образца при освещении в видимой и ультрафиолетовой части спектра.To achieve the result, a gemstone identification method is proposed, including obtaining a digital photo image of a sample obtained by illumination with a light source in the visible range and luminescent under ultraviolet irradiation, and subsequent mathematical processing of the obtained digital photo images with a graphical representation of the histogram of the distribution of the pixel population and converting the data into digital code based on coefficients of a polynomial approximating histograms y, according to which identification is subsequently carried out, the mathematical processing of digital photo images is carried out on the basis of the distribution of its constituent pixels in a pairwise mutual ratio of the components RG, RB, GB used to form a pixel in the digital photo image and creating, based on the obtained data, a visualized graphic image of the photo images the sample when illuminated in the visible and ultraviolet part of the spectrum.

Полученный описанным путем комплекс визуализированных образов цифрового изображения с помощью программного обеспечения описывается в виде нескольких функций, к которым могут быть заданы различные коэффициенты дисперсии, что позволяет фиксировать уникальные особенности изображения как конкретного образца, так и групп различных образцов из различных формаций, и представляются в виде уникального числового идентификационного кода, заносимого в базу данных в цифровом и графическом виде и впоследствии используемых для идентификации как образца, так и различных его частей, полученных в результате обработки или разрушения.The complex of visualized images of a digital image obtained by the described method using software is described in the form of several functions, to which various dispersion coefficients can be set, which allows us to capture the unique image features of both a specific sample and groups of different samples from various formations, and are presented in the form a unique numerical identification code entered into the database in digital and graphic form and subsequently used to identify sample and its various parts resulting from processing or destruction.

Возможность достижения поставленного результата обусловлена в экспериментально установленном явлении, присущем каждому драгоценному камню, в частности алмазу и, соответственно, полученному из него бриллианту, и состоящем в исключительной индивидуальности его спектрально-кинетических характеристик в видимой части спектра (в частности, полос спектра оптически активных центров люминесценции), изображение которых фиксируют цифровой фотокамерой и подвергают последующей математической обработке. Люминесценция, являясь абсолютно надежным параметром, отражает уникальные физические свойства кристалла и несет в себе информацию не только об отраженном от поверхности свете, но формируется всем объемом кристалла. С помощью соответствующего программного обеспечения, математически обработанное цифровое изображение люминесценции выражают в нескольких функциях, благодаря чему единовременное первоначальное получение соответствующих данных позволяет в последующем безошибочно определять происхождение драгоценного камня (месторождение, обогатительное предприятие, место огранки и т.п.), соответствие не ограненного и ограненного камня и пр.The possibility of achieving the set result is due to the experimentally established phenomenon inherent in every gem, in particular diamond and, accordingly, a diamond obtained from it, and consisting in the exceptional individuality of its spectral-kinetic characteristics in the visible part of the spectrum (in particular, the bands of the spectrum of optically active centers luminescence), the image of which is fixed with a digital camera and subjected to subsequent mathematical processing. Luminescence, being an absolutely reliable parameter, reflects the unique physical properties of the crystal and carries information not only about the light reflected from the surface, but is formed by the entire volume of the crystal. Using the appropriate software, the mathematically processed digital image of luminescence is expressed in several functions, due to which the one-time initial receipt of the corresponding data allows subsequently to accurately determine the origin of the gemstone (deposit, processing plant, cutting site, etc.), matching is not cut and faceted stone, etc.

Заявленный способ идентификации представляет собой комплекс измерений, позволяющий определить методом измерения фотолюминесцентных свойств идентифицируемого образца, совокупность параметров - интенсивности фотолюминесценции основных оптически активных центров на основании математической обработки цифрового фотоизображения образца (спектра) и математически обработанного цифрового фотоизображения кристалла при освещении источником света (светодиодами видимой части спектра) в видимой части спектра. Возбуждение фотолюминесценции осуществляется излучением ультрафиолетового источника (ксеноновая или ртутная лампы, ультрафиолетовый лазер, светодиоды ультрафиолетовой части спектра). Регистрируемые параметры фотолюминесценции находятся в оптическом диапазоне электромагнитного излучения. Принцип обработки цифрового фотоизображения люминесценции и видимого фотоизображения заключается в определении распределения составляющих его пикселей, по взаимному соотношению компонент R, G и В, использующихся для формирования пикселя в цифровом фотоизображении. Последовательное соотношение распределения компонент RG, GB, BR формирует уникальное визуализированное графическое четырехмерное изображение фотографического изображения люминесценции, и с помощью программного обеспечения функционально описывается и заносится в базу данных в цифровом и графическом виде. Идентификация образцов осуществляется автоматически путем сравнения обработанных результатов измерения с информацией в базе данных. Полученные данные после математической обработки используют для идентификации алмаза как графическими, так и цифровыми методами, путем преобразования в числовой ряд, являющийся уникальным идентификационным кодом, который наряду с графическим изображением результата математической обработки цифровых фотоизображений в видимой части спектра и люминесценции идентифицируемого алмаза заносится в базу данных для каждого конкретного образца. Программа логико-математической обработки полученных цифровых фотоизображений люминесценции и в видимой части спектра предусматривает для получения уникального идентификационного кода использование определенных значений различных регистрируемых параметров, а также их соотношений, что позволяет уверенно идентифицировать кристалл в случае изменения его размера при механической обработке, а также по минимальному осколку, в случае его разрушения, основываясь на базе данных. Измерения производятся на аппаратурном комплексе, включающем в себя: источник УФ-излучения, источник света в видимой части спектра, бинолупу, сопряженную с цифровой фотокамерой, или другое устройство, позволяющее регистрировать люминесценцию и изображение кристалла при освещении источником света в видимой части спектра, эталонный образец для регулярной поверки оборудования, процессор для обработки результатов измерений и программное обеспечение, позволяющее преобразовать их в уникальный идентификационный код. Кроме того, программное обеспечение позволяет через системы удаленного доступа осуществлять контроль, регулировку, диагностику и управление аппаратурным комплексом. В указанном идентификационном аппаратурном комплексе предусмотрена возможность подключения сортировочного устройства для автоматического разделения идентифицированных по индивидуальному коду кристаллов при значительных объемах обрабатываемых образцов.The claimed identification method is a set of measurements that allows to determine by a method of measuring the photoluminescent properties of the identified sample, the set of parameters - the photoluminescence intensity of the main optically active centers based on mathematical processing of the digital photo image of the sample (spectrum) and mathematically processed digital photo image of the crystal when illuminated by a light source (LEDs of the visible part spectrum) in the visible part of the spectrum. Photoluminescence is excited by radiation from an ultraviolet source (xenon or mercury lamp, ultraviolet laser, LEDs in the ultraviolet part of the spectrum). The recorded photoluminescence parameters are in the optical range of electromagnetic radiation. The principle of processing a digital luminescence photo image and a visible photo image is to determine the distribution of its constituent pixels by the mutual relation of the components R, G and B used to form a pixel in the digital photo image. The sequential distribution ratio of the components RG, GB, BR forms a unique visualized graphic four-dimensional image of the photographic image of luminescence, and with the help of software it is functionally described and entered into the database in digital and graphic form. Samples are identified automatically by comparing the processed measurement results with the information in the database. The obtained data after mathematical processing is used to identify the diamond both graphically and digitally, by converting it into a number series, which is a unique identification code, which, along with a graphic image of the result of mathematical processing of digital photo images in the visible part of the spectrum and luminescence of the identified diamond, is entered into the database for each specific sample. The program of logical and mathematical processing of the obtained digital luminescence photographic images and in the visible part of the spectrum provides for the use of certain identification values of various recorded parameters and their ratios to obtain a unique identification code, which allows you to confidently identify the crystal in case of changing its size during mechanical processing, as well as the minimum fragment, in case of its destruction, based on the database. Measurements are performed on a hardware complex, which includes: a UV radiation source, a light source in the visible part of the spectrum, a binocular coupled with a digital camera, or another device that allows recording luminescence and a crystal image when illuminated by a light source in the visible part of the spectrum, a reference sample for regular verification of equipment, a processor for processing measurement results and software that allows you to convert them into a unique identification code. In addition, the software allows through remote access systems to monitor, adjust, diagnose and control the hardware complex. In the specified identification hardware complex, it is possible to connect a sorting device for automatic separation of crystals identified by an individual code with significant volumes of processed samples.

На практике способ может быть осуществлен следующим образом. Образцы подаются в зону (освещения и) облучения, в которой предусмотрена техническая возможность с помощью сопряженной с бинолупой цифровой фотокамеры фиксировать фотоизображения люминесценции и изображения образца при освещении источником в видимой части спектра при различных его положениях. Полученные фотоизображения посредством разработанного программного обеспечения преобразуются в уникальный идентификационный код.In practice, the method can be carried out as follows. Samples are fed into the (illumination and) irradiation zone, which provides the technical ability to capture luminescence images and sample images when coupled with a binocular digital camera when illuminated by a source in the visible part of the spectrum at its various positions. The obtained images are converted into a unique identification code using the developed software.

Claims

A method for identifying a gemstone, including obtaining its digital photo images when illuminated by a light source in the visible spectrum and luminescent under ultraviolet irradiation, mathematical processing of the obtained digital photo images, as with a graphical representation of a histogram of the distribution of a set of pixels in the relative ratio of the components R, G and B used for the formation of a pixel, and the creation on the basis of the obtained data of a visualized graphic image, and with the transformation values of the digital code, based on the coefficients of the polynomial approximating the histogram, which is stored in the database.