专利名称：测定和展示钻石光学效果的方法及仪器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测定和展示钻石光学效果的方法及仪器。
背景技术：
钻石所以美丽是由于她对入射光线的强烈反射，并分为光泽、内部反射、火彩和闪 烁等各种效应，统称为亮光(Brilliance)。亮光的优劣与钻石切磨的工艺参数、技术密切相关。 为了评价钻石亮光的好坏，传统上，通过钻石的切工参数来识别，包括诼型的几何 参数、对称程度、抛光程度。这些方法的基本原理建立在Marcel Tolkowsky对钻石光学的 二维研究的基石出上，《Diamond Design :A Study of the Reflection andRefraction of Light in a Diamond》。这样，钻石光学效果的评价就通过间接的切工参数的评价来实现。
切工参数很难描述一粒具体钻石的光学效果，不能描述钻石反射光线的图案，往 往切工参数相同的不同钻石，具有不同的光学效果、具有不同的反光图案，尤其是不能根据 这些参数判断钻石光学效果的好坏。 现代的信息技术发展，提供了研究钻石光学的三维模型，经过对钻石光学的计算 机模拟研究，我们发现钻石的光学效果与几何参数之间的关系比较复杂，钻石对光线反射 的程度并不是随冠部角和亭部角等切工参数变化的连续函数，其中明亮的图像和较为阴暗 的图像可以相间出现。但是如果按照现行的表格式的划分标准，就把一些光学效果不好的 钻石当作好的钻石，同时也会把亮度和火彩强度都比较好的钻石当作差的钻石，表明传统 理论的实际应用(判别钻石光学效果)存在局限性。
发明内容
为解决现有方法技术中存在的上述问题，本发明基于钻石光学果的三维模拟研 究，提供一种测定和展示钻石光学效果的方法及仪器。 本发明解决其方法技术问题所采用的技术方案如下该测定和展示钻石光学效果 的方法，包含以下步骤 步骤一 由计算机或微处理器控制光源，从不同角度发出光线照射钻石样品；
步骤二 由计算机或微处理器控制的摄像头或者照相机采集钻石样品反射不同角 度的光线形成的图像； 步骤三把图像的数字化信息传送到显示屏和计算机，或者传送到显示器或微处 理器； 步骤四自动识别并计算每幅图像的信息，根据这些信息，计算出钻石样品的参 数，参数包括明亮度、火彩强度、闪烁程度和对称程度； 步骤五把所得到的钻石样品的参数数值显示在显示屏和/或计算机的显示器 上；或把所得到的钻石样品的参数数值与预先设定的阈值进行比较和判定，并将判定结果 显示在显示器和/或计算机显示屏上。
3
步骤四中的自动识别并计算每幅图像的信息的方法包括以下步骤
(1)读出采集图像的每一象素的灰度值，并与设定的灰度阈值比较，大于该阈值的 为反光的明亮区，明亮区的象素点之和为明亮区的面积，明亮区象素点的灰度值之和或者 与其成正比的函数值为亮度值； (2)根据每一象素点的R、 G、 B灰度值计算出主波长和色纯度，色纯度大于某一阈 值的像素点为彩色区域，色纯度大于阈值的象素点之和或者与其成正比的函数值为彩色区 域的面积； (3)根据彩色区象素点，计算出明度值，明度值相加后的和或者与其成正比的函数 值为图像的彩度值； (4)以图像轮廓中明亮区分布的对称程度或者与对称程度成正比的函数值作为钻 石样品的对称程度。 该测定和展示钻石光学效果的仪器，包括机箱、位于机箱上部的样品室、动态光 源、图像采集装置、图像处理装置和用于展示钻石样品光学效果的显示装置，样品室外套有 遮光罩，样品室里边设置有放置钻石样品的透明搁板，动态光源、图像采集装置均位于机箱 内，机箱与图像处理装置连接，图像采集装置和图像处理装置、图像采集装置和显示装置均 相连接，机箱的面板上安装有控制开关。 图像采集装置为摄像头、数码摄像头或数码照相机。
图像处理装置还包括处理图像的识别软件系统。
图像处理装置为计算机或者微处理器。
显示装置为显示器或者计算机的显示屏。
本发明的提供的方法和仪器具有以下优点
1、直接测量钻石的光学效果 现有钻石切工的评价方法还不够有效，不是直接测定钻石的亮光和火彩，而是间 接地测定钻石的几何参数。同时，光学效果的直接测量还不仅可以用于圆钻式琢型，还可以 用于各种的琢型，大大地扩展了钻石切工分级的范围。
2、直观展示钻石的光学效果 本发明提供了直接观察钻石光学效果的方法，使得钻石的切工可以更为直观的认
识、可以使钻石的光学效果得到更好的理解。 3、用途方面 本发明可用于钻石加工质量控制，指导钻石琢型的设计，提高钻石切磨的质量、提 高钻石的成品率。本发明还可用于钻石成品的质量检验，以及用于钻石首饰光学效果的展 示，有助于钻石首饰的质量控制和商业推广。
图1是本发明的仪器结构示意图。 图中1遮光罩、2样品室、3透明搁板、4钻石样品、5动态光源、6图像采集装置、7 数码卡、8电源、9机箱、10显示装置。
具体实施例方式本发明提供的测定和展示钻石光学效果的方法，该方法包括以下步骤
步骤一 由计算机或微处理器控制光源，从不同角度发出光线照射钻石样品；
步骤二 由计算机或微处理器控制的摄像头或者照相机采集钻石样品反射不同角 度的光线形成的图像； 步骤三把图像的数字化信息传送到显示屏和计算机，或者传送到显示器或微处 理器； 步骤四自动识别并计算每幅图像的信息，根据这些信息，计算出钻石样品的参 数，参数包括明亮度、火彩强度、闪烁程度和对称程度。
具体包括以下步骤 (1)读出采集图像的每一象素的灰度值，并与设定的灰度阈值比较，大于该阈值的 为反光的明亮区，明亮区的象素点之和为明亮区的面积，明亮区象素点的灰度值之和或者 与其成正比的函数值为亮度值； (2)根据每一象素点的R、 G、 B灰度值计算出主波长和色纯度，色纯度大于某一阈 值的像素点为彩色区域，色纯度大于阈值的象素点之和或者与其成正比的函数值为彩色区 域的面积； (3)根据彩色区象素点，计算出明度值，明度值相加后的和或者与其成正比的函数 值为图像的彩度值； 根据每幅图像明亮区的面积和彩色区域的面积、亮度值、彩度值，一种计算钻石样 品的闪烁程度、火彩强度、亮度的具体公式如下
m Lz = ZZ/
附Lcz = ZZcz.
Sb =丄5 丄f D(5W)
附，=i 附，=i 上述各式中m为图像的副数，Lz为钻石样品的明亮度、Lcz为钻石样品的火彩强
度，Sb为钻石样品的闪烁程度，Smi为每幅图像明亮区的面积，Sci为每幅图像彩色区域的
面积，Li为每幅图像的明亮区的亮度值，Lci为每幅图像的彩度值，D表示方差。 (4)确定图像轮廓中明亮区分布的对称程度，明亮区分布的对称程度或者与对称
程度成正比的函数值作为钻石样品的对称程度。 一种计算方法为，确定出图像轮廓的中心，
并把中心设为极坐标的原点，以极坐标角度45度把图像轮廓分成8等份，具体等份数根据
钻石样品琢型的类型设置，计算每一扇形区域内像素的灰度值之和的方差，或者与方差成
正比的函数值作为钻石样品的对称性程度，也可以计算每一扇形区域的灰度值，把与灰度
值或与之成正比的函数值加和后的方差或者与方差成正比的函数值作为钻石样品的对称
性程度。 一种计算钻石样品的对称程度的公式如下 Lei =E Loi， r
5m 8 其中r :0-Z， Z与摄像头的像素数和图像的外轮廓有关，O。 < e工《45° ，45°
< 92《90° ，90° < 93《135° ，135° < 94《180° ，180° < 95《225 ° ，225°
< 96《270° ，270° < 97《315° ，315° < 9 8《360° ， Sy为钻石样品的对称程度，L9 i为各幅图像划定对称区域的像素的灰度值之和，m为图像的副数，D表示方差。 步骤五把所得到的钻石样品的参数数值，参数包括明亮度、火彩强度、闪烁程度和对称程度，显示在显示屏和/或计算机的显示器上；或把所得到的钻石样品的参数数值与预先设定的阈值进行比较和判定出钻石的分级结果，并将判定的分级结果显示在显示器和/或计算机显示屏上。 实现上述方法的一种测定和展示钻石光学效果的仪器，如图1所示，该测定和展示钻石光学效果的仪器，包括机箱9、位于机箱9上部的样品室2、动态光源5、图像采集装置6、图像处理装置和用于展示钻石样品光学效果的显示装置10，机箱9的面板上安装有控制开关，包括控制钻石样品的测试开关和动态光源的光源开关，机箱9与图像处理装置连接，为了避免强光射入，样品室2外套有遮光罩l，样品室2里边设置有放置钻石样品4的透明搁板3，动态光源5和图像采集装置6均位于机箱9内，机箱9内还有为动态光源等部件提供电能的电源8，动态光源5可采用多环LED灯，从最内环向外依次闪光，形成不同角度的光线照射钻石样品4，也可用各种类型的单环灯，通过单环灯相对样品的移动来实现。图像采集装置6为摄像头、数码摄像头或数码照相机，完成钻石样品的图像采集，图像采集装置还连接了用于存储采集的图像信息的数码卡7，图像处理装置还包括处理图像的识别软件系统，可以为计算机或微处理器，自动识别钻石样品的亮光强度、火彩强度和闪烁程度，图像采集装置不仅和图像处理装置相连接，还和显示装置均相连接，从而使钻石样品的光学效果得到展示。
权利要求
一种测定和展示钻石光学效果的方法，其特征在于包含以下步骤步骤一由计算机或微处理器控制光源，从不同角度发出光线照射钻石样品；步骤二由计算机或微处理器控制的摄像头或者照相机采集钻石样品反射不同角度的光线形成的图像；步骤三把图像的数字化信息传送到显示屏和计算机，或者传送到显示器或微处理器；步骤四自动识别并计算每幅图像的信息，根据这些信息，计算出钻石样品的参数，参数包括明亮度、火彩强度、闪烁程度和对称程度；步骤五把所得到的钻石样品的参数数值显示在显示屏和/或计算机的显示器上；或把所得到的钻石样品的参数数值与预先设定的阈值进行比较和判定，并将判定结果显示在显示器和/或计算机显示屏上。
2. 根据权利要求1所述的测定和展示钻石光学效果的方法，其特征在于步骤四中的自 动识别并计算每幅图像的信息的方法包括以下步骤(1) 读出采集图像的每一象素的灰度值，并与设定的灰度阈值比较，大于该阈值的为反 光的明亮区，明亮区的象素点之和为明亮区的面积，明亮区象素点的灰度值之和或者与其 成正比的函数值为亮度值；(2) 根据每一象素点的R、 G、 B灰度值计算出主波长和色纯度，色纯度大于某一阈值的 像素点为彩色区域，色纯度大于阈值的象素点之和或者与其成正比的函数值为彩色区域的 面积；(3) 根据彩色区象素点，计算出明度值，明度值相加后的和或者与其成正比的函数值为 图像的彩度值；(4) 确定每幅图像轮廓中明亮区分布的对称程度。
3. —种测定和展示钻石光学效果的仪器，其特征在于包括机箱、位于机箱上部的样 品室、动态光源、图像采集装置、图像处理装置和用于展示钻石样品光学效果的显示装置， 样品室外套有遮光罩，样品室里边设置有放置钻石样品的透明搁板，动态光源、图像采集装 置均位于机箱内，机箱与图像处理装置连接，图像采集装置和图像处理装置、图像采集装置 和显示装置均相连接，机箱的面板上安装有控制开关。
4. 根据权利要求3所述的测定和展示钻石光学效果的仪器，其特征在于图像采集装 置为摄像头、数码摄像头或数码照相机。
5. 根据权利要求3所述的测定和展示钻石光学效果的仪器，其特征在于图像处理装 置还包括处理图像的识别软件系统。
6. 根据权利要求3或5所述的测定和展示钻石光学效果的仪器，其特征在于图像处 理装置为计算机或者微处理器。
7. 根据权利要求3所述的测定和展示钻石光学效果的仪器，其特征在于显示装置为 显示器或者计算机的显示屏。
全文摘要
本发明基于钻石光学果的三维模拟研究，提供一种测定和展示钻石光学效果的方法及仪器，直接测量每幅图像的反光强度、反光分布、火彩强度、火彩分布、闪烁程度等参数，通过统计分析后与预先设定的阈值进行对比和判定，给出钻石样品亮光的级别，并将分类判定结果在显示器或计算机显示屏上显示。本发明可以用于钻石加工行业的质量控制、工艺改进、提高成品率；可用于珠宝质量检验及零售行业的钻石切工质量检验、钻石首饰光学效果的展示，具有很好的市场前景。
文档编号G01N21/87GK101762586SQ20101002901
公开日2010年6月30日 申请日期2010年1月18日 优先权日2010年1月18日
发明者刘萍萍, 徐昕, 石斌, 袁心强 申请人:中国地质大学(武汉)