一种钻石颜色分级自动测量方法与流程

本发明涉及宝石颜色测量技术，特别涉及一种钻石颜色分级自动测量方法。

（二）

背景技术：

钻石颜色是钻石评定中一项非常重要的指标，国家标准按钻石颜色变化分为12个连续的颜色级别，用字母和数字表示：

上述各颜色级别都是由比色石来标定的。一套标准的比色石在颜色分级中是必不可少的，我国使用一套11粒标准颜色比色石。一直以来钻石颜色分级主要靠人眼观察的方式进行。这种人眼观察方式要求非常严格：

（1）对于相关人员要求颜色色觉正常，受过专门技能培训的专业人员。在评定时要求两名以上技术人员独立完成同一钻石的颜色分级，并取得统一的结果；

（2）环境条件工作区域要求是中性色，即白色，黑色，或灰色。工作区域的光线应避免除分级用标准光源以外的光线的照射。

除此之外，钻石分级中对颜色影响因素也很多，比如钻石对白光的吸收作用，当一束白光透过钻石不被吸收则该钻石为透明无色，若钻石吸收了白光中的某一部分波长的光线，则钻石就会产生颜色。照射钻石样品的光源也会直接对钻石颜色产生影响，如白炽灯下和日光下观察的颜色会截然不同。不同的人眼对颜色和亮度的感觉是不同的，其中影响量最大的是不同大小的钻石对颜色的影响因素，同一色级的钻石，颗粒越大，感觉颜色越黄；颗粒越小，感觉颜色越白。

综上所述，钻石的颜色分级由于各相关因素的影响，使得鉴定工作非常复杂，工作效率低且容易造成分级误差。引起这些误差的原因，是由于人眼对颜色的敏感度，会由于年龄、环境、和心情而改变。实际上，人眼錐状细胞对颜色的感知直接受心理和生理的影响 ,这种行业现状已经远远不能够满足目前庞大的钻石市场的需求。

近年来，钻石颜色的自动分级已越来越趋向自动化,不仅是在钻石交易商的交易过程中而且在钻石鉴定实验室都开始使用自动测量仪器.自动测量的方法其优势在于具有很好的测量复现性,不受外部环境及情绪以及心情的影响.但是目前存在的钻石颜色自动分析方法存在两方面的问题:

一是由于目前测量方法是将被测钻石样品放置于积分球窗口，光线主要照射样品的台面，光线经钻石样品表面反射后经过积分球内表面的慢反射射入探测器进行数据采集。这种测量方法明显不符合人眼比色的方式，（人眼观察比色方式要求包括:1.被观察钻石需要有统一的定位,在几乎垂直观察表面的方向.2.在一个白色背景下,3.通过具有正确紫外线含量的D65光源照射.4.观察的结果必须是各表面的平均值5.有一套具有标准颜色的比色石作为参考）所以采用这类方法检测的结果和人眼视觉色彩的方式存在差异.从而导致分级结果的差异。

二是由于不同大小、不同形状的钻石样品，测量时由于反射面的角度及光程的影响，即体积大的钻石其光线进入内部的光程要长,而体积小的钻石其光程要短,光程的长短会影响到钻石的颜色的饱和度.如在经过切割的钻石样品中，其颜色分布是不同的，色调浓度集中在腰棱和亭部及靠近低尖的部位。这一点在人眼比色时是非常重要的观察区域。而采用积分式测量方法是无法区分和解决该类问题,产生测量时的分级差异。与人眼观察的结果不一致。

（三）

技术实现要素：

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种满足人眼观察条件、误差小的钻石颜色分级自动测量方法。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种钻石颜色分级自动测量方法，包括如下步骤：

（1）将被测钻石样品置于V形槽内，光源照射V形槽表面，被测钻石样品的亭部区域与显微镜的变焦镜头垂直，光线经漫射后进入被测钻石样品，采集信号由经被测钻石样品投射及反射光线组成；

（2）采集信号经变倍镜头放大后，一束光线经半透半反射镜进入图像CCD成像，并在定位显示器中显示；

（3）另一束光线经半透半反射镜的反射面，通过导光光纤进入光谱仪入射狭缝，进行光信号分光采集，测量出被测样品的颜色坐标值x、y，系统程序自动将颜色坐标的x、y值转换成为符合人眼观察分级系统中的颜色分级值。

本发明的更优技术方案为：

步骤（1）中，D65光源照射V形槽表面，V形槽表面为一白色漫射面，光谱平均漫反射率为95%且无光谱选择性；V形槽底部设置有可调整二维平台，调整被测钻石样品的V形槽内的旋转角度。

步骤（3）中，导光光纤为SMA905光纤；系统程序内存储有符合CIE颜色系统的数据。

本发明提供了一种全新的测量理念和方法，颠覆性的改变了目前采用的测量模式：

（1）本发明的方法是基于完全符合人眼观察颜色分级的条件；包括：符合CIE标准照明体D65观察条件，采用了白色漫反射背景，规定了测量钻石样品面观察角度，满足人眼观察时视线与亭部垂直的观察条件；能够方便的旋转被测钻石各观察面，以便进行各表面的平均值的测量，从而确保本申请的测量方法与人眼分级的结果一致。

（2）采用了显微微区的精确定位及采样方法，即采用透射测量的方式，精确定位的目的是为了保证测量的被测点与标准比色石的观察位置完全一致，确保被测钻石的测量重复性和复现性，最重要的是解决了被测样品大小引起的颜色测量误差，从根本上解决了目前市场上采取的积分式测量方法中，由于钻石形状大小，不同的摆放位置引起的测量结果的离散性，大大提高了测量的精度。

（3）运用了标准比色石定标的测量方法，采用系列的标准比色石进行各个级别颜色的分级定标，消除仪器线性误差，极大的提高了在整个测量范围的准确度，确保颜色坐标的精度在0.0003误差范围内。

（4）开发了系统计算方法，能够方便的进行测量系统的颜色坐标和分级标准的转换，使得颜色分级真正成为自动化。

因此本发明的方法为钻石颜色分级测量领域的一种首创。

（四）附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明比色石色度坐标示意图；

图2为本发明11颗标准样品所有测试结果示意图；

图3为本发明不同时刻测试结果对比示意图；

图4为本发明不同比色石之间的差异示意图；

图5为本发明比色石标样实际测量值与等间距模拟示意图，其中，系列1为实际测量值，系列2为等间距模拟值。

（五）具体实施方式

实施例：

本发明主要由样品采集系统、显微微区定位显示系统、光谱采集计算系统组成。

（1）样品采集系统包括:

符合CIE标准照明体D65的光源、可调整二维平台和V形槽。

将被测钻石样品置于V形槽内，光源照射V形槽表面，该表面为一白色漫射面，光谱平均漫反射率为95%且无光谱选择性，该V形槽确保被测钻石样品的侧面与测量头保持垂直。同时该V形槽为一可调整状态，调整目的使得在槽内的钻石样品各个测量面能够方便的旋转，方便测量。光线经漫射后进入被测样品。采集信号由经被测钻石样品透射及反射光线组成。

（2）显微微区定位显示系统

变倍镜头、调焦系统、面阵CCD、光纤、定位显示器。

通过调焦系统及变倍镜头，将放大的被测样品表面清晰的显示在显示器上，移动被测钻石样品，使其底部进入定位标尺。

（3）光谱采集计算系统

CCD光谱仪和半透半反射镜。

测量信号经半透半反射镜的反射面，通过SMA905光纤进入光谱仪入射狭缝。进行光信号分光采集，测量出被测样品的颜色坐标值x,y.系统程序自动将颜色坐标的x,y值转换成为符合人眼观察分级系统中的颜色分级值。

精确的钻石样品的自动检测方法已成为目前国际国内研究的重点课题，其目的是提高钻石颜色分级的测量精确度，同时改变以往人眼观察的传统方式，提高检测效率。

本发明的方法与目前采用的颜色测量系统在本质上的差异是，能够实现符合人眼观察条件下的钻石自动分级，且解决了目前钻石颜色测量系统无法解决的测量离散性以及颜色分级误差的问题；本发明方法实现后，能够满足国内各珠宝质检站、各高校实验室，以及珠宝交易市场批发商、钻石零售商等领域的需求；将产生良好的经济效益和社会效益，提高行业在钻石颜色分级方面的技术水平。

实施例2：实验过程

（1）样品的均匀性测试

经多次比较，选用NGTC研制的2013年标物，测得结果经过颜色计算系统计算，得到钻石颜色的色度坐标(x,y)，在坐标轴中投影如图1所示，可见所有投影点基本呈线性分布，除G、H、I之外，整体均匀性较好。

相邻色级之间x，y，指数之间的差值如下表所示。

（2）结果的稳定性、误差测试

以D色钻石为例，固定同一个测试面，连续测试十次，所得结果如下表所示。

由表中数据可以看到测试结果的稳定性和复现性较好，由于测试系统的严密性以及自动化计算程序的精度影响，仍有一定的误差，但结果还是比较稳定的，属于可以接受的范围。

由表中数据可以看到x的平均值为0.3176，最大值为0.3177，偏差为0.0001；最小值为0.3175，偏差为0.0001，故x值的偏差在±0.0001以内。同样地，以相同的方法，计算出y值的偏差在±0.0002以内，Y值的偏差在±0.0002以内，指数值的偏差在±0.00021以内。

（3）同一样品不同面测试结果的差异

测试11颗样品的8个测试面，将所得结果的(x,y)值进行投影，如图2所示。可见同一颗钻石的不同面存在差异，x值最大差异为0.0019，最小差异为0.0006；y值最大差异为0.0025，最小差异为0.0006（下表为不同测试面差异最大值统计表）。这种差异可能与钻石内部的包裹体以及钻石的切工等因素有关。

（4）测试结果的复现性

在不同的时刻测试11颗样品，对比三次测试结果。如图3所示，可见测试结果的复现性较好。对比三次测试结果，各色级钻石的x，y，指数的差异最大值如下表所示。由此可见，虽然不同时刻测试存在一定的误差，但是误差均在相邻色级差值范围内，因此测量误差可以接受。

（5）不同系列比色石对比

除此之外，选择测试多套比色石，将其结果进行对比分析。除上述国家中心研制的钻石色级比色石标准样品外，还选择了分别具有国家珠宝玉石质量监督检验中心和HRD证书的两套比色石进行测试。

具有国家中心证书的比色石共11粒，颜色包括D、E、F、G、H、I、J、K、L、M、<N；具有HRD证书的比色石共9粒，颜色包括D、E、F、G、H、I、J、K、L。

将三套比色石的测试结果相互比较，结果如图4所示。

由此可见，不同系列的比色石之间存在着一定的差异，虽然数值上基本呈线性，但不同系列的比色石，在相同色级的数值方面以及整体的均匀性方面还存在较大的差异。

（6）自动分级体系的创建

下表为比色石标样实际测量与等间距模拟值

对比色石标样所测得的值进行线性拟合，如图2所示，拟合直线公式为y=1.4392X-0.1217。

对测试结果进行等间距模拟，使得数值之间更具均匀性，模拟前后如上表和图5所示。这种模拟对于比色石的选择有着指导性的意义，通过将颜色数据化，可以更加精准的挑选具有均匀性的比色石。