本發(fā)明涉及寶石顏色測量技術(shù)，特別涉及一種鉆石顏色分級自動測量方法。

（二）

背景技術(shù)：

鉆石顏色是鉆石評定中一項非常重要的指標(biāo)，國家標(biāo)準(zhǔn)按鉆石顏色變化分為12個連續(xù)的顏色級別，用字母和數(shù)字表示：

上述各顏色級別都是由比色石來標(biāo)定的。一套標(biāo)準(zhǔn)的比色石在顏色分級中是必不可少的，我國使用一套11粒標(biāo)準(zhǔn)顏色比色石。一直以來鉆石顏色分級主要靠人眼觀察的方式進(jìn)行。這種人眼觀察方式要求非常嚴(yán)格：

（1）對于相關(guān)人員要求顏色色覺正常，受過專門技能培訓(xùn)的專業(yè)人員。在評定時要求兩名以上技術(shù)人員獨(dú)立完成同一鉆石的顏色分級，并取得統(tǒng)一的結(jié)果；

（2）環(huán)境條件工作區(qū)域要求是中性色，即白色，黑色，或灰色。工作區(qū)域的光線應(yīng)避免除分級用標(biāo)準(zhǔn)光源以外的光線的照射。

除此之外，鉆石分級中對顏色影響因素也很多，比如鉆石對白光的吸收作用，當(dāng)一束白光透過鉆石不被吸收則該鉆石為透明無色，若鉆石吸收了白光中的某一部分波長的光線，則鉆石就會產(chǎn)生顏色。照射鉆石樣品的光源也會直接對鉆石顏色產(chǎn)生影響，如白熾燈下和日光下觀察的顏色會截然不同。不同的人眼對顏色和亮度的感覺是不同的，其中影響量最大的是不同大小的鉆石對顏色的影響因素，同一色級的鉆石，顆粒越大，感覺顏色越黃；顆粒越小，感覺顏色越白。

綜上所述，鉆石的顏色分級由于各相關(guān)因素的影響，使得鑒定工作非常復(fù)雜，工作效率低且容易造成分級誤差。引起這些誤差的原因，是由于人眼對顏色的敏感度，會由于年齡、環(huán)境、和心情而改變。實(shí)際上，人眼錐狀細(xì)胞對顏色的感知直接受心理和生理的影響 ,這種行業(yè)現(xiàn)狀已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能夠滿足目前龐大的鉆石市場的需求。

近年來，鉆石顏色的自動分級已越來越趨向自動化,不僅是在鉆石交易商的交易過程中而且在鉆石鑒定實(shí)驗室都開始使用自動測量儀器.自動測量的方法其優(yōu)勢在于具有很好的測量復(fù)現(xiàn)性,不受外部環(huán)境及情緒以及心情的影響.但是目前存在的鉆石顏色自動分析方法存在兩方面的問題:

一是由于目前測量方法是將被測鉆石樣品放置于積分球窗口，光線主要照射樣品的臺面，光線經(jīng)鉆石樣品表面反射后經(jīng)過積分球內(nèi)表面的慢反射射入探測器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。這種測量方法明顯不符合人眼比色的方式，（人眼觀察比色方式要求包括:1.被觀察鉆石需要有統(tǒng)一的定位,在幾乎垂直觀察表面的方向.2.在一個白色背景下,3.通過具有正確紫外線含量的D65光源照射.4.觀察的結(jié)果必須是各表面的平均值5.有一套具有標(biāo)準(zhǔn)顏色的比色石作為參考）所以采用這類方法檢測的結(jié)果和人眼視覺色彩的方式存在差異.從而導(dǎo)致分級結(jié)果的差異。

二是由于不同大小、不同形狀的鉆石樣品，測量時由于反射面的角度及光程的影響，即體積大的鉆石其光線進(jìn)入內(nèi)部的光程要長,而體積小的鉆石其光程要短,光程的長短會影響到鉆石的顏色的飽和度.如在經(jīng)過切割的鉆石樣品中，其顏色分布是不同的，色調(diào)濃度集中在腰棱和亭部及靠近低尖的部位。這一點(diǎn)在人眼比色時是非常重要的觀察區(qū)域。而采用積分式測量方法是無法區(qū)分和解決該類問題,產(chǎn)生測量時的分級差異。與人眼觀察的結(jié)果不一致。

（三）

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種滿足人眼觀察條件、誤差小的鉆石顏色分級自動測量方法。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種鉆石顏色分級自動測量方法，包括如下步驟：

（1）將被測鉆石樣品置于V形槽內(nèi)，光源照射V形槽表面，被測鉆石樣品的亭部區(qū)域與顯微鏡的變焦鏡頭垂直，光線經(jīng)漫射后進(jìn)入被測鉆石樣品，采集信號由經(jīng)被測鉆石樣品投射及反射光線組成；

（2）采集信號經(jīng)變倍鏡頭放大后，一束光線經(jīng)半透半反射鏡進(jìn)入圖像CCD成像，并在定位顯示器中顯示；

（3）另一束光線經(jīng)半透半反射鏡的反射面，通過導(dǎo)光光纖進(jìn)入光譜儀入射狹縫，進(jìn)行光信號分光采集，測量出被測樣品的顏色坐標(biāo)值x、y，系統(tǒng)程序自動將顏色坐標(biāo)的x、y值轉(zhuǎn)換成為符合人眼觀察分級系統(tǒng)中的顏色分級值。

本發(fā)明的更優(yōu)技術(shù)方案為：

步驟（1）中，D65光源照射V形槽表面，V形槽表面為一白色漫射面，光譜平均漫反射率為95%且無光譜選擇性；V形槽底部設(shè)置有可調(diào)整二維平臺，調(diào)整被測鉆石樣品的V形槽內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度。

步驟（3）中，導(dǎo)光光纖為SMA905光纖；系統(tǒng)程序內(nèi)存儲有符合CIE顏色系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

本發(fā)明提供了一種全新的測量理念和方法，顛覆性的改變了目前采用的測量模式：

（1）本發(fā)明的方法是基于完全符合人眼觀察顏色分級的條件；包括：符合CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體D65觀察條件，采用了白色漫反射背景，規(guī)定了測量鉆石樣品面觀察角度，滿足人眼觀察時視線與亭部垂直的觀察條件；能夠方便的旋轉(zhuǎn)被測鉆石各觀察面，以便進(jìn)行各表面的平均值的測量，從而確保本申請的測量方法與人眼分級的結(jié)果一致。

（2）采用了顯微微區(qū)的精確定位及采樣方法，即采用透射測量的方式，精確定位的目的是為了保證測量的被測點(diǎn)與標(biāo)準(zhǔn)比色石的觀察位置完全一致，確保被測鉆石的測量重復(fù)性和復(fù)現(xiàn)性，最重要的是解決了被測樣品大小引起的顏色測量誤差，從根本上解決了目前市場上采取的積分式測量方法中，由于鉆石形狀大小，不同的擺放位置引起的測量結(jié)果的離散性，大大提高了測量的精度。

（3）運(yùn)用了標(biāo)準(zhǔn)比色石定標(biāo)的測量方法，采用系列的標(biāo)準(zhǔn)比色石進(jìn)行各個級別顏色的分級定標(biāo)，消除儀器線性誤差，極大的提高了在整個測量范圍的準(zhǔn)確度，確保顏色坐標(biāo)的精度在0.0003誤差范圍內(nèi)。

（4）開發(fā)了系統(tǒng)計算方法，能夠方便的進(jìn)行測量系統(tǒng)的顏色坐標(biāo)和分級標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換，使得顏色分級真正成為自動化。

因此本發(fā)明的方法為鉆石顏色分級測量領(lǐng)域的一種首創(chuàng)。

（四）附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

圖1為本發(fā)明比色石色度坐標(biāo)示意圖；

圖2為本發(fā)明11顆標(biāo)準(zhǔn)樣品所有測試結(jié)果示意圖；

圖3為本發(fā)明不同時刻測試結(jié)果對比示意圖；

圖4為本發(fā)明不同比色石之間的差異示意圖；

圖5為本發(fā)明比色石標(biāo)樣實(shí)際測量值與等間距模擬示意圖，其中，系列1為實(shí)際測量值，系列2為等間距模擬值。

（五）具體實(shí)施方式

實(shí)施例：

本發(fā)明主要由樣品采集系統(tǒng)、顯微微區(qū)定位顯示系統(tǒng)、光譜采集計算系統(tǒng)組成。

（1）樣品采集系統(tǒng)包括:

符合CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體D65的光源、可調(diào)整二維平臺和V形槽。

將被測鉆石樣品置于V形槽內(nèi)，光源照射V形槽表面，該表面為一白色漫射面，光譜平均漫反射率為95%且無光譜選擇性，該V形槽確保被測鉆石樣品的側(cè)面與測量頭保持垂直。同時該V形槽為一可調(diào)整狀態(tài)，調(diào)整目的使得在槽內(nèi)的鉆石樣品各個測量面能夠方便的旋轉(zhuǎn)，方便測量。光線經(jīng)漫射后進(jìn)入被測樣品。采集信號由經(jīng)被測鉆石樣品透射及反射光線組成。

（2）顯微微區(qū)定位顯示系統(tǒng)

變倍鏡頭、調(diào)焦系統(tǒng)、面陣CCD、光纖、定位顯示器。

通過調(diào)焦系統(tǒng)及變倍鏡頭，將放大的被測樣品表面清晰的顯示在顯示器上，移動被測鉆石樣品，使其底部進(jìn)入定位標(biāo)尺。

（3）光譜采集計算系統(tǒng)

CCD光譜儀和半透半反射鏡。

測量信號經(jīng)半透半反射鏡的反射面，通過SMA905光纖進(jìn)入光譜儀入射狹縫。進(jìn)行光信號分光采集，測量出被測樣品的顏色坐標(biāo)值x,y.系統(tǒng)程序自動將顏色坐標(biāo)的x,y值轉(zhuǎn)換成為符合人眼觀察分級系統(tǒng)中的顏色分級值。

精確的鉆石樣品的自動檢測方法已成為目前國際國內(nèi)研究的重點(diǎn)課題，其目的是提高鉆石顏色分級的測量精確度，同時改變以往人眼觀察的傳統(tǒng)方式，提高檢測效率。

本發(fā)明的方法與目前采用的顏色測量系統(tǒng)在本質(zhì)上的差異是，能夠?qū)崿F(xiàn)符合人眼觀察條件下的鉆石自動分級，且解決了目前鉆石顏色測量系統(tǒng)無法解決的測量離散性以及顏色分級誤差的問題；本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)后，能夠滿足國內(nèi)各珠寶質(zhì)檢站、各高校實(shí)驗室，以及珠寶交易市場批發(fā)商、鉆石零售商等領(lǐng)域的需求；將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，提高行業(yè)在鉆石顏色分級方面的技術(shù)水平。

實(shí)施例2：實(shí)驗過程

（1）樣品的均勻性測試

經(jīng)多次比較，選用NGTC研制的2013年標(biāo)物，測得結(jié)果經(jīng)過顏色計算系統(tǒng)計算，得到鉆石顏色的色度坐標(biāo)(x,y)，在坐標(biāo)軸中投影如圖1所示，可見所有投影點(diǎn)基本呈線性分布，除G、H、I之外，整體均勻性較好。

相鄰色級之間x，y，指數(shù)之間的差值如下表所示。

（2）結(jié)果的穩(wěn)定性、誤差測試

以D色鉆石為例，固定同一個測試面，連續(xù)測試十次，所得結(jié)果如下表所示。

由表中數(shù)據(jù)可以看到測試結(jié)果的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性較好，由于測試系統(tǒng)的嚴(yán)密性以及自動化計算程序的精度影響，仍有一定的誤差，但結(jié)果還是比較穩(wěn)定的，屬于可以接受的范圍。

由表中數(shù)據(jù)可以看到x的平均值為0.3176，最大值為0.3177，偏差為0.0001；最小值為0.3175，偏差為0.0001，故x值的偏差在±0.0001以內(nèi)。同樣地，以相同的方法，計算出y值的偏差在±0.0002以內(nèi)，Y值的偏差在±0.0002以內(nèi)，指數(shù)值的偏差在±0.00021以內(nèi)。

（3）同一樣品不同面測試結(jié)果的差異

測試11顆樣品的8個測試面，將所得結(jié)果的(x,y)值進(jìn)行投影，如圖2所示?？梢娡活w鉆石的不同面存在差異，x值最大差異為0.0019，最小差異為0.0006；y值最大差異為0.0025，最小差異為0.0006（下表為不同測試面差異最大值統(tǒng)計表）。這種差異可能與鉆石內(nèi)部的包裹體以及鉆石的切工等因素有關(guān)。

（4）測試結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性

在不同的時刻測試11顆樣品，對比三次測試結(jié)果。如圖3所示，可見測試結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性較好。對比三次測試結(jié)果，各色級鉆石的x，y，指數(shù)的差異最大值如下表所示。由此可見，雖然不同時刻測試存在一定的誤差，但是誤差均在相鄰色級差值范圍內(nèi)，因此測量誤差可以接受。

（5）不同系列比色石對比

除此之外，選擇測試多套比色石，將其結(jié)果進(jìn)行對比分析。除上述國家中心研制的鉆石色級比色石標(biāo)準(zhǔn)樣品外，還選擇了分別具有國家珠寶玉石質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心和HRD證書的兩套比色石進(jìn)行測試。

具有國家中心證書的比色石共11粒，顏色包括D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、<N；具有HRD證書的比色石共9粒，顏色包括D、E、F、G、H、I、J、K、L。

將三套比色石的測試結(jié)果相互比較，結(jié)果如圖4所示。

由此可見，不同系列的比色石之間存在著一定的差異，雖然數(shù)值上基本呈線性，但不同系列的比色石，在相同色級的數(shù)值方面以及整體的均勻性方面還存在較大的差異。

（6）自動分級體系的創(chuàng)建

下表為比色石標(biāo)樣實(shí)際測量與等間距模擬值

對比色石標(biāo)樣所測得的值進(jìn)行線性擬合，如圖2所示，擬合直線公式為y=1.4392X-0.1217。

對測試結(jié)果進(jìn)行等間距模擬，使得數(shù)值之間更具均勻性，模擬前后如上表和圖5所示。這種模擬對于比色石的選擇有著指導(dǎo)性的意義，通過將顏色數(shù)據(jù)化，可以更加精準(zhǔn)的挑選具有均勻性的比色石。