阅读说明：本技术 钻石净度测量方法和系统 (Diamond cleanliness measurement method and system ) 是由 郑家荣 黄健荣 陈江 程娟 邓咏芝 许冠中 于 2018-12-28 设计创作，主要内容包括：一种能使用计算机化系统(300)操作的方法,所述计算机化系统(300)用于根据钻石(315、400)的本体内的内部缺陷来对钻石(315、400)的净度分级,所述计算机化系统(300)包括能操作地互连在一起的光学图像获取装置(310)、处理器模块(320)以及输出模块(340),所述方法包括以下步骤：(i)经由光学图像获取装置(310)获取具有用所述钻石(315、400)的折射率校正的不同聚焦深度的钻石(315、400)的多个俯视图图像,其中,焦点深度由所述钻石(315、400)的高度确定,并且在具有预定的恒定光水平的环境中获取所述多个俯视图图像,并且其中,将所述俯视图定义为垂直于所述钻石(315、400)的台面(410)的视图,并且将所述钻石(315、400)的所述高度定义为垂直于所述钻石(315、400)的所述台面(410)并且穿过所述钻石(315、400)的亭部的顶点的中心轴的长度；(ii)在处理器模块(320)中,检测所述钻石(315、400)的本体内的缺陷,其中,从与所述多个俯视图图像中的每个获取到的图像中的相邻像素相比的像素亮度水平的对比变化中检测所述缺陷；根据所述钻石(315、400)的本体内的所述缺陷的几何形状、大小以及位置向每个检测到的缺陷施加惩罚分数；并且基于所述惩罚分数的函数来分配净度分级；以及(iii)从输出模块(340)提供指示在(ii)中分配的所述净度分级的信号。(A method operable using a computerized system (300), the computerized system (300) for grading the clarity of a diamond (315, 400) according to internal imperfections within the body of the diamond (315, 400), the computerized system (300) comprising an optical image acquisition device (310), a processor module (320) and an output module (340) operatively interconnected together, the method comprising the steps of: (i) acquiring, via an optical image acquisition device (310), a plurality of top view images of a diamond (315, 400) having different depths of focus corrected by the refractive index of the diamond (315, 400), wherein the depth of focus is determined by the height of the diamond (315, 400) and the plurality of top view images are acquired in an environment having a predetermined constant light level, and wherein the top view is defined as a view perpendicular to a table (410) of the diamond (315, 400) and the height of the diamond (315, 400) is defined as a length perpendicular to the table (410) of the diamond (315, 400) and passing through a central axis of a vertex of a pavilion of the diamond (315, 400); (ii) detecting, in a processor module (320), a defect within the body of the diamond (315, 400), wherein the defect is detected from a contrast change in pixel brightness levels compared to adjacent pixels in images acquired for each of the plurality of top view images; applying a penalty score to each detected defect according to the geometry, size and location of said defect within the body of said diamond (315, 400); and assigning a net rating based on a function of the penalty score; and (iii) providing a signal from an output module (340) indicative of the clarity grade assigned in (ii).)

钻石净度测量方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于判定宝石的净度的系统和方法。更具体地，本发明提供一种用于判定钻石的净度的系统和方法。

背景技术

钻石是奢侈品中(尤其是珠宝首饰中)利用的关键成分，并且可以具有极高价值。钻石的价值取决于钻石的若干物理属性。

存在用于评估钻石的质量的四种全球公认标准(通常被称为4C)，这四种全球公认标准为净度、颜色、切工和克拉重量。

作为示例，美国宝石学会(GIA)具有如下文所示出的净度分级：

为了评估钻石的净度，需要确定石材内的缺陷的数量、大小以及位置。

从钻石在土壤下的形成条件到对钻石执行的人类应用方法，可以形成不同缺陷。

在钻石本体内部，可以存在被视为是内部缺陷的杂质、空隙以及裂缝。在钻石表面上，可以存在被视为是外部缺陷的抛光不足的不平整和划痕。

这些内部特征和外部特征对于钻石也很重要，因为其可以是可用于识别钻石的唯一识别标记或“胎记”中的一者。

当前，用于确定钻石的净度的最为公认的惯例是通过在10倍显微镜下的经过训练的人眼。宝石鉴定家利用具有不同缺陷类型的标准样品经过了几个月的训练，以期石材在由不同人进行评估时应该再生相同的评估结果。

然而，即使在标准化的训练和评估程序下，也会由于不可避免的主观人为判断而无法保证可重复性。

同一个人在不同时间对同一颗钻石进行评估也可导致向同一颗钻石施加不同净度分级。由于人们的视觉疲劳，因此也可以在对许多不同石材进行评估之前和之后对同一颗钻石进行不同判断。

因此，即使对于经过训练且富有经验的专业宝石鉴定家，这些宝石鉴定家仍会经历在净度评估中提供可重复性的难题。

发明目的

本发明的目的是提供一种用于判定宝石(尤其是钻石)的净度的系统和方法，该系统和方法克服或至少部分地改良了如与现有技术相关联的至少一些不足。

发明内容

在第一方面中，本发明提供了一种能使用计算机化系统操作的方法，该计算机化系统用于根据钻石的本体内的内部缺陷来对钻石的净度分级，计算机化系统包括能操作地互连在一起的光学图像获取装置、处理器模块以及输出模块，所述方法包括以下步骤：

(i)经由光学图像获取装置获取具有用钻石的折射率校正的不同聚焦深度的钻石的多个俯视图图像，其中，焦点深度由钻石的高度确定，并且在具有预定的恒定光水平的环境中获取多个俯视图图像，并且其中，将俯视图定义为垂直于钻石的台面的视图，并且将钻石的高度定义为垂直于钻石的台面并且穿过钻石的亭部的顶点的中心轴的长度；

(ii)在处理器模块中，检测钻石的本体内的缺陷，其中，从与所述多个俯视图图像中的每个获取到的图像中的相邻像素相比的像素亮度水平的对比变化中检测缺陷；根据钻石的本体内的缺陷的几何形状、大小以及位置向每个检测到的缺陷施加惩罚分数；并且基于惩罚分数的函数来分配净度分级；以及

(iii)从输出模块提供指示在(ii)中分配的净度分级的信号。

优选地，钻石的高度由光学图像确定，该光学图像经由垂直于钻石的中心轴定位的另一光学图像获取装置获取。优选地，根据以下公式校正用于聚焦的表观聚焦深度D_apparent：

其中，n_diamond≈2.42。

优选地，预定的恒定光水平是6500K的色温。

优选地，在积分球的系统内获取钻石的多个俯视图图像。

优选地，提供预定光水平的光源选自包括以下各物的组：LED(发光二极管)光源、氙灯光源和白炽光源以及荧光灯光源、太阳模拟器等。

优选地，光学图像获取装置是数码相机。

光学图像获取装置可以是单色的或多色的。

在第二方面中，本发明提供了一种用于根据钻石的本体内的内部缺陷来对钻石的净度分级的计算机化系统，该计算机化系统包括：

光学图像获取装置，该光学图像获取装置用于获取具有用钻石的折射率校正的不同聚焦深度的钻石的多个俯视图图像，其中，焦点深度由钻石的高度确定，并且在具有预定的恒定光水平的环境中获取多个俯视图图像，并且其中，将俯视图定义为垂直于钻石的台面的视图，并且将钻石的高度定义为垂直于钻石的台面并且穿过钻石的亭部的顶点的中心轴的长度；

处理器模块，该处理器模块用于检测钻石的本体内的缺陷，其中，从与所述多个俯视图图像中的每个获取到的图像中的相邻像素相比的像素亮度水平的对比变化中检测缺陷；并且该处理器模块用于根据钻石的本体内的缺陷的几何形状、大小以及位置向每个检测到的缺陷施加惩罚分数；并且该处理器模块用于基于惩罚分数的函数来分配净度分级；以及

输出模块，该输出模块提供指示分配给钻石的净度分级的信号。

处理器模块可以包括数据存储库，所述数据存储库包括多个数据集，所述多个数据集指示与钻石的已知缺陷类型有关的日期。

处理器模块可以位于远离光学图像获取装置和输出模块的位置处，并且借助于电信网络与光学图像获取装置和输出模块进行通信。

优选地，计算机化系统进一步包括用于提供所述预定的恒定光水平的光源，该预定的恒定光水平是6500K的色温。光源可以选自包括以下各物的组：LED(发光二极管)光源、氙灯光源和白炽光源以及荧光灯光源、太阳模拟器等。

优选地，计算机化系统进一步包括积分球的系统，当获取至少第一光学图像时，钻石位于该积分球的系统中。

计算机化系统可以进一步包括能围绕所述中心轴旋转并且在积分球的系统内的旋转平台，其中，旋转平台提供钻石围绕中心轴的旋转，使得可以通过光学图像获取装置来获取钻石的多个光学图像。

光学图像获取装置可以是数码相机。

光学图像获取装置可以是单色的或多色的。

优选地，计算机化系统进一步包括另一光学获取装置，该另一光学获取装置用于获取钻石的侧视图的光学图像，以便允许判定钻石的高度。

附图说明

为了能够获得对上述发明的更精确的理解，将通过参考在附图中所图示的本发明的具体实施例来呈现对上文简要地描述的本发明的更特定的描述。本文中所呈现的图可能并未按比例绘制，并且在图或以下描述中对尺寸的任何参考都特定于所公开的实施例。

图1示出了根据本发明的系统的实施例的示意性表示；

图2a示出了根据本发明的方法的流程图；

图2b示出了根据本发明的方法的实施例的流程图的表示；以及

图3a、图3b以及图3c概略地描绘了根据本发明的方法的实施例。

具体实施方式

本发明人已经识别出执行钻石的净度分级的方式中的缺点，并且在识别到现有技术的问题后，已经提供了一种克服现有技术的问题的系统和方法，并且提供了一种更一致且可靠的系统和方法。

参考图1，示出了根据本发明的系统300的示意性表示。系统300包括光学图像获取装置310，该光学图像获取装置310与包括处理器320的处理器模块进行通信312，该处理器模块与数据存储库330进行通信322、332，该数据存储库330保存与缺陷有关的多个数据集。提供了输出装置340，该输出装置340与处理器320进行通信324。

系统300包括系统积分球350，当获取多个光学图像时，钻石315位于该系统积分球350中。

光学图像获取装置310是数码相机装置或其它装置(诸如CCD相机等)，其允许获取钻石315的光学图像。

系统300包括用于提供所述预定的恒定光水平的光源318，该预定的恒定光水平是6500K的色温。光源选自包括以下各物的组：LED(发光二极管)光源、氙灯光源和白炽光源以及荧光灯光源、太阳模拟器等。

系统300进一步包括可围绕钻石315的所述中心轴旋转并且在积分球350的系统内的旋转平台317，其中，旋转平台317提供钻石围绕中心轴的旋转，使得可以通过光学图像获取装置310来获取钻石的多个光学图像。

现在参考图2a，在图2a中示出了本发明的方法200a的流程图，并且参考图2b，在图2b中示出了本发明的方法200b的实施例的流程图，并且参考图3a、图3b以及图3c，图3a、图3b以及图3c概略地描绘了本发明的方法，该方法可以在图1的系统内实现。

本发明的方法200a能使用图1的计算机化系统300操作，该计算机化系统用于根据钻石的本体内的内部缺陷来对钻石的净度分级，由此计算机化系统包括能操作地互连在一起的光学图像获取装置、处理器模块以及输出模块。

方法200a包括以下步骤：

第一步骤210a——经由光学图像获取装置获取具有用钻石的折射率校正的不同聚焦深度的钻石的多个俯视图图像，其中，焦点深度由钻石的高度确定，并且在具有预定的恒定光水平的环境中获取多个俯视图图像。

将俯视图定义为垂直于钻石的台面的视图，并且将钻石的高度定义为垂直于钻石的台面并且穿过钻石的亭部的顶点的中心轴的长度。

第二步骤220a——在处理器模块中，

(i)检测钻石的本体内的缺陷，其中，从与所述多个俯视图图像中的每个获取到的图像中的相邻像素相比的像素亮度水平的对比变化中检测缺陷；以及

(ii)根据钻石的本体内的缺陷的几何形状、大小以及位置向每个检测到的缺陷施加惩罚分数；并且基于惩罚分数的函数来分配净度分级。

第三步骤230a——从输出模块提供指示在(ii)中分配的净度分级的信号。

钻石的高度可以由光学图像确定，该光学图像经由垂直于钻石的中心轴定位的另一光学图像获取装置获取。

根据以下公式校正用于聚焦的表观聚焦深度D_apparent：

其中，n_diamond≈2.42。

利用从侧视图图像推断出的石材高度，可以垂直于台面捕获钻石的不同聚焦深度的多个图像，以便检测缺陷。这可以通过将钻石的高度划分成对应聚焦深度来完成。然而，由于在空气中捕获侧视图图像，而将在钻石中捕获垂直于台面的图像，因此空气(n_air≈1)与钻石(n_diamond≈2.42)中的折射率差会影响聚焦深度确定。取得光线的入射角的近似相对于垂直于台面捕获的图像较小，可以将用于聚焦的表观深度D_apparent校正为：

而非真实深度Dreal。

预定的恒定光水平是6500K的色温的范围。

在积分球的系统内获取钻石的多个俯视图图像，并且提供所述预定光水平的光源选自包括以下各物的组：LED(发光二极管)光源、氙灯光源和白炽光源以及荧光灯光源、太阳模拟器等。

现在参考图2b，在所示出的实施例中，利用以下步骤：

步骤(i)210b——获取钻石的侧视图；

步骤(ii)220b——在不同焦点深度处获得多个台面视图图像；

步骤(iii)230b——确定像素亮度的急剧变化，其不包括由钻石的切工引起的那些变化；

步骤(iv)240b——为每个缺陷分配惩罚分数；以及

步骤(v)250b——惩罚分数的总和用于确定钻石的净度分级。

如图3a中所示，根据钻石400的高度的侧视图，示出了对应于方法的第一步骤的台面410在不同聚焦深度1至5处的多个图像。钻石的高度h由侧视图确定，该侧视图可以由图像获取装置(诸如数码相机或CCD相机)获取。

随后，如图3b中所示，在钻石400的本体内检测缺陷，其中，根据本发明的方法，从与所述多个俯视图图像中的每个获取到的图像中的相邻像素相比的像素亮度水平的对比变化中检测缺陷。

然而，不包括由诸如在区域420处切割石材而引起的亮度的突变并且不将此突变视为缺陷，而将在诸如在刻面的中部(诸如区域430)中的亮度的突变视为缺陷。

随后并且如在图3c中进一步所示，根据钻石400的本体内的缺陷的几何形状、大小和位置来向每个检测到的缺陷施加惩罚分数；诸如，用如图3c中所描绘的数字2、3、4以及5表示的分数，并且基于惩罚分数的函数来分配净度分级。

然后可以向钻石400分配净度分级。

如所示的，为了克服现有技术的可重复性和可靠性难题，使用积分球的系统的本发明的方法的实施例用于分析钻石的净度。

与现有技术相比，在机器系统中实施的这种方法(不具有人类视觉疲劳的问题，并且具有用于分析缺陷的算法)提供了具有高可重复性的改进且有利的替代方案。

本发明的系统和方法还减少了生产主要石材集合并且训练专业宝石鉴定家的成本和时间。这也可以减少用于训练专业宝石鉴定家进行净度分级的时间。

由于净度和固有差异的视觉性质，因此对钻石的净度的评估需要在受控环境中完成。如本发明所提供的，这确保了每颗钻石的照明条件和背景是相同的。

此外，受控环境在不同位置必须是可重复的，使得不同位置处的人们仍可以对本发明提供的钻石净度具有相同评估。

如在本发明的优选实施例中所利用的，由于可以很好地控制和重复光强度、光谱以及均匀性，因此积分球的系统有助于发挥这种作用，且因此，本发明的系统可以用于并允许净度评估。

概况来说，本发明的方法的优选实施例如下：

1.根据侧视图相机(如图1中所示的相机3或6)，推断出石材高度的摄影表示。

2.利用该高度信息，台面视图相机(如图1中所示的相机1)将可用于获取用钻石的折射率校正的不同聚焦深度(如上文所描述，从台面顶部到亭部尖端)的多个(例如5个)图片。

3.分析以上第2点的摄影图像，并且确定作为异常像素位于摄影图像中的石材中的缺陷。异常是指与周围像素相比，像素亮度水平的急剧变化，但不包括因石材切割而引起的那些变化。

4.然后，取决于其位置和大小，为所发现的每个缺陷分配惩罚分数。惩罚总和确定了石材的最终分级。