用于宝石的准确3d建模的系统的制作方法
【专利说明】用于宝石的准确3D建模的系统
[0001]所公开主题的领域
[0002]所公开的主题是关于宝石的测量，且更明确地说，是关于宝石的计算机辅助的3D建模。
[0003]所公开主题的背景
[0004]已知宝石尤其是钻石的准确3D建模对于允许钻石制造商、批发商和宝石学家评估钻石的比例、其尺寸以及其对称性(尤其是为了对石头进行评级的目的)来说是多么重要。
[0005]WO 99/61890公开了一种用于针对宝石的标准化等级来测量宝石的方法和相关联的设备。所述系统对宝石经受成像设备内的多个入射光源的光谱响应进行计量。所述成像设备的操作由本地站控制数据处理器的指令集来控制。
[0006]US 7，259，839公开一种测量钻石的小面(尤其其边缘)的物理特性并获得包括此类边缘的其3D模型的方法。
[0007]所公开主题的概述
[0008]根据本发明所公开主题的一个方面，提供一种用于产生宝石的准确3D模型的计算机化方法包括:
[0009]a)获得所述宝石的外表面的原始3D模型，所述外表面包括小面、邻接所述小面的边缘，以及各自构成与至少两个小面相关联的至少三个所述边缘的交汇区域的结合点；
[0010]b)对宝石的至少一个选定结合点进行成像，其中其相关联小面和边缘的仅若干部分安置成邻近所述结合点，基于至少部分地通过使用原始3D模型获得的信息来确定所述结合点的位置，所述成像是在至少一个不同于获得原始3-D模型的条件的成像条件下，且在提供例如允许区分其间的边缘的邻近小面之间的对比度的照明条件下执行；
[0011]c)通过计算系统来分析所述成像的结果，以获得关于宝石在所述结合点处的细节的信息；以及
[0012]d)由所述计算系统使用步骤c)中所获得的信息来产生宝石的所述外表面的准确3D模型，其比原始3-D模型更准确。
[0013]以上对宝石进行准确3D建模的方法对为切割宝石(例如经抛光和半抛光钻石)建模特别有利，因为与可借此获得原始3D模型的常规3D建模技术所提供的确定准确度相比，所述方法允许对石头的切割和对称性参数的更高确定准确度。
[0014]特别地，与原始3D模型相比，上述方法允许确定小面误对准以及结合点的较准确位置和几何形状，从而揭露原始3D模型中未揭露的额外边缘、小面和结合点，以及当产生原始3D模型时被错误记录的多余边缘、小面或结合点；从而可本质上提高执行对石头的快速、准确且可重复评级的能力，从而允许其更客观且更完整的鉴定，且较不重要地，取代受过训练的宝石专家的人工观测。
[0015]上述方法所获得的准确3D模型也可用于任何其它相关目的，例如:促进用于需要其鉴定的任何相关目的的石头的独特指纹识别，以及产生其高准确度光线跟踪的虚拟模型，其对经由电子商务来交易钻石特别有利，以提供关于其实际外观的较高置信度。
[0016]根据本发明所公开主题的方法可包括对原始3D模型中所揭露的所有结合点，并且在石头为切割石头的情况下，对所述石头的预测/规划的几何形状中存在但3D模型中不存在的所有未揭露结合点执行上述的步骤(b)到(d)。关于所规划的几何形状，其为应根据其来切割宝石的一种形状。结合预测/规划的几何形状，当为钻石的抛光(例如多面形切害J)使钻石成形时，所述几何形状由所使用的风格来界定。切割风格并不指代形状(梨形、椭圆形)，但不指代钻石的对成型、比例和抛光。最流行的钻石切割风格是现代圆形多面形，数学和经验分析两者已使其小面布置和比例完美化。花式切割也是流行的，其产生多种形状，其中的许多形状是从圆形多面形得出的。
[0017]所述方法也可揭露错误记录的结合点，即在原始3D模型中记录，但不存在于真实切割石头中的那些结合点。
[0018]所述方法还可包括:获得所述或每一选定结合点的多个图像；以及从中选择至少一个选定图像，其中与在其它图像中相比，在所述图像的其余部分较好地区分所述至少一个选定图像中看到的一个或多个边缘。
[0019]根据本发明所公开主题的方法还可用来准确地确定石头的腰棱翻光面的几何形状，以及其它腰棱翻光面特征，例如天然、额外小面等，且从而产生所述石头的更完整的准确3D模型。在此连接中，应阐释天然是切割石头的外表面的区域，其尚未经抛光，而是已像其在粗石中存在时那样留下，从所述粗石使切割石头成形以进行抛光。额外小面是已被切割/抛光但尚未成为规划几何形状的一部分的那些小面。
[0020]为此目的，根据本发明所公开主题的方法可包括获得所希望那么多的腰棱翻光面的选定部分的一个或多个图像，所述一个或多个图像是在以下条件下取得的，例如实现区分腰棱翻光面的所述或每一所述选定部分处的至少一个规划特征；分析所述一个或多个图像以获得关于腰棱翻光面在其所述选定部分处的细节的信息；以及使用所述信息来产生所述准确3D模型。可基于原始3D模型或基于任何其它考虑来选择所述选定部分，且这可完成使得整个腰棱翻光面被成像。
[0021]如果腰棱翻光面的图像的分析导致新的腰棱翻光面特征的确定，例如额外小面和/或天然，那么步骤(h)中的所述信息可包括关于规划的腰棱翻光面几何形状中不存在的至少一个新腰棱翻光面特征的信息；且步骤(i)中的所述呈现可包括将所述至少一个新腰棱翻光面特征的表示增加到石头的准确3D模型中的腰棱翻光面。所述表示可为添加在石头的准确3D模型中的腰棱翻光面上的对应位置处的图形表示，例如，通过绘制新特征的边界线，且甚至在其出现在对应图像中时，将其外观的图形表示增加到所述位置。
[0022]举例来说，所述选择可基于原始3D模型中以及规划的腰棱翻光面几何形状中不存在的一些新腰棱翻光面特征的确定或预测，基于从所述一个或多个的分析获得信息，随后识别腰棱翻光面的包括所述新腰棱翻光面特征的部分，并相对于腰棱翻光面的构成所述选定部分的此部分执行进一步的步骤。
[0023]根据本发明所公开主题的方法可还包括:基于上文所述的相关步骤中所获得的信息，预测石头的原始3D模型中且规划几何形状中不存在的新结合点；将所述新结合点视为选定结合点，并所述选定结合点执行上述步骤(b)到(d)。当确定原始3D模型中不存在的新边缘时，通过使所述新结合点与新边缘在其余所述原始3D模型所揭露的边缘的预测交叉点处的预测端点相关联，来执行所述预测。
[0024]当基于上述方法中所获得信息，认识到存在于3D模型中的至少一个所揭露边缘从其相关联结合点的图像中消失时，此消失的边缘不包括在通过所述方法所产生的准确3D模型中。
[0025]如上文所提到，对宝石进行成像来产生其准确的3D模型所处的条件不同于取得宝石的图像以产生其原始3D模型所处的那些条件。此差异可例如在放大率和分辨率中的至少一个的方面，在“准确”成像中，放大率和分辨率中的至少一个比获得原始3-D模型的成像中要高；或在聚焦深度方面，其在“准确”成像中可比获得原始3-D模型的成像中要低。
[0026]在上述方法中，可执行以下步骤来产生宝石的原始3D模型(上文的步骤(a)):
[0027]-借助于一个或多个步骤-(a)照明装置来照明所述宝石，
[0028]-借助于步骤-(a)成像装置来对宝石进行成像，以及
[0029]-使宝石相对于步骤-(a)照明装置和步骤-(a)成像装置旋转，以获得多个图像，基于所述多个图像，计算所述原始3D模型。
[0030]为了执行“准确成像”(在上文的步骤(b)中)，可使用一个或多个步骤-(b)照明装置来照明宝石，且借助于步骤-(b)成像装置来对宝石的不同部分进行成像，且其中满足以下条件中的至少一个:
[0031]-所述步骤-(b)照明装置中的至少一个提供与所述步骤-(a)照明装置的照明不同的照明，且
[0032]-所述步骤-(b)成像装置不同于所述步骤-(a)成像装置。
[0033]可借助于一个或多个步骤-(b)照明装置，使用一种照明来照明所述宝石，所述照明使得冠部或底侧翻光面的至少三个邻近小面，或冠部或底侧翻光面的两个小面以及腰棱翻光面，各自至少部分地以至少一对其邻近被照明表面之间实现区分其间的边缘的对比度被照明。借助于通过以下步骤中的至少一个来获得此对比度:
[0034]-所述照明沿步骤(b)中所使用的成像系统的整个视觉场均匀的散布；
[0035]-所述照明具有主光线，其具有基于所述至少三个小面或两个小面和腰棱翻光面与所述轴Z所界定的角度之间的平均值而选择的入射角度；
[0036]-所述照明由使用对比对改进技术的照明源提供，所述照明源任选地包括掩模，其与来自所述照明源的存在于所述掩模的不同表面部分处的光不同地交互，包括以下各项中的至少一个:
[0037]〇具有不同的吸收特性的至少两个表面部分，
[0038]〇具有不同偏振特性的至少两个表面部分，以及
[0039]O提供光的不同传播特性的至少两个表面部分。
[0040]以上表面部分的数目可对应于视觉场中小面的数目。
[0041]根据本发明所公开主题的另一方面，提供一种被配置来借助于上文所述的方法产生宝石的准确3D模型的系统。
[0042]根据本发明所公开主题的又一方面，提供一种用于自动产生宝石的准确3D模型的计算机化系统，其包括
[0043]3D建模系统，其被配置来用于获得宝石的外表面的原始3D模型，所述外表面包括小面、邻接所述小面的边缘，以及各自构成与至少两个小面相关联的至少三个所述边缘的交汇区域的结合点；
[0044]照明和成像系统，其被配置来用于在至少一个不同于获得原始3D模型所处的条件的成像条件下，且在提供邻近小面之间例如允许区分其间的边缘的对比度的照明条件下，对从所述3D模型中的结合点选择的至少一个结合点进行成像，所述3D模型的相关联小面和边缘的仅若干部分安置成邻近所述结合点；以及
[0045]计算系统，其被配置来分析所述成像的结果，以获得关于宝石在所述结合点处的细节的信息，且使用所获得的信息来产生宝石的所述外表面的准确3D模型，其比原始3D模型更准确
[0046]根据本发明所公开主题的又一方面，提供使第一系统升级以便提供第二系统的方法，所述第一系统被配置来用于获得宝石的外表面的原始3D模型，所述第二系统用于产生所述宝石的外表面的比原始3D模型更准确的3D模型；所述方法包括以下步骤:
[0047]-向所述第一系统增加第二照明系统和第二成像装置，其被配置来用于对仅具有其相关联小面和边缘的邻近部分的至少一个结合点进行成像，基于至少从原始3D模型获得的信息来确定所述结合点的位置，所述成像是在至少一个不同于获得原始3-D模型所处的条件的成像条件下，且在提供邻近小面之间例如允许区分其间的标远的对比度的照明条件下执行；以及
[0048]-增加用于进行以下步骤的计算能力:
[0049]ο分析所述图像以获得关于切割宝石的细节的信息；
[0050]ο使用所述信息来获得所述宝石的外表面的所述更准确3D模型。
[0051]所述成像条件可为以下各项中的至少一个:
[0052]-比由已用其获得原始3D图像的成像装置所提供的放大率高的放大率；
[0053]-比由已用其获得原始3D图像的成像装置所提供的分辨率高的分辨率；以及
[0054]-比由已用其获得原始3D图像的成像装置所提供的焦点深度低的焦点深度。
[0055]根据本发明的另一方面，提供一种系统
[0056]根据本发明的又一方面，提供一种用于使第一系统升级以便获得第二系统的套件，所述第一系统被配置来用于获得宝石的原始3D模型，所述第二系统用于产生所述宝石