摘要
众所周知，钻石以其晶莹剔透、璀璨夺目和坚硬无比的优秀品质被人们视作世界上最珍贵的宝石品种，被誉为“宝石之王”。对于一颗成品钻石，国际上通常以4C标准,即颜色(Color)、重量(Caratage)、净度(Clarity)和切工(Cut)对其品质进行分级。而其中钻石的颜色尤为重要，国际珠宝界对钻石颜色的分级十分严格，故颜色一直是决定钻石是否名贵和价值高低的基本和首要的因素。虽然国际珠宝界为钻石颜色分级制订出完善的标准，但是长期以来对其颜色分类主要依靠人工肉眼的识别方式，因此迫切需要研究开发出一种科学客观的方法对钻石的颜色进行识别分类。本文即是将光谱分析技术应用于钻石颜色识别分类领域，设计开发钻石颜色识别分类系统，从而为钻石颜色的分级及其品质的鉴定提供更加科学客观的依据。本文首先设计了一种具有光纤探头的钻石颜色测试系统，利用此系统测量样本的反射光谱。同时用VC++语言开发出数据处理系统，以完成反射率、三刺激值、色坐标和色差的计算以及钻石颜色识别分类的功能。
测试系统由光源、集光系统、分光系统、光电转换系统组成。在本系统中的光源是采用标准照明体A光源。集光系统主要是指用于光能收集和传输的光纤探头，光纤探头的使用一方面使光能损失减少，不受环境杂散光影响，另一方面灵活性大，便于测量样品各个部位的颜色，实现微区测量。在分光系统中凹面光栅被步进电机驱动在可见光的范围内将光谱信号分离，由于采用了全息凹面光栅作为分光元件省去了准直，聚焦系统，使本系统结构简单，具有体积小等优点。同时利用了光电倍增管作为本系统的光电转换器件，其高灵敏度提高了对弱信号的处理能力。
数据处理系统是由VC++语言开发完成的。是由主界面模块、数据输入界面模块、反射率曲线图显示界面模块三部份组成。主界面模块主要是完成通过菜单模式进入数据输入界面、反射率曲线显示界面，并在返回时显示样本
各参数的计算结果及其分类，以及存储、打印等功能。数据输入界面模块主要完成数据的读取、存储以及三刺激值、色坐标和色差的计算，在完成各种数据的计算后，还要比较待测样本与各个标准样本色差的大小，从而实现对样本的识别分类功能。反射率曲线图显示界面的主要功能是显示标准样本和待测样本的反射率曲线图，以便为钻石颜色的识别分类提供依据。
本次实验选取了45枚外观特征与钻石相近的天然宝石作为样本。进行测试前首先采用目前珠宝界定界通用的肉眼鉴定识别方式对样本进行分组，然后应用本系统对样本进行测试、识别、分类，再比较人工肉眼识别与用本系统识别分类的结果，从而验证本系统对钻石颜色识别分类的可行性。此次实验的45个样本分为绿色、紫色、黄色三大类，实验前先按其颜色深浅将每大类样本分为三组，在每组样本中选取一个样本作为标准样本，其它样本作为待测样本，然后对这九组样本进行测试。首先测试标准样本，将测试系统中光电倍增管的响应值输入数据处理系统，计算出标准样本的反射率、三刺激值、色坐标及米制值并存储计算结果。对待测样本的测试过程与标准样本相同。计算出待测样本的米制值后要通过数据处理系统计算待测样本与所有标准样本的色差，比较计算结果，找出与待测样本色差最小的标准样本，将待测样本归入该标准样本一组，并显示标准样本名称作为分类结果。同时在本系统中还显示待测样本与全部九个样本的色差计算结果，以及该待测样本和与其色差最小的标准样本的反射率曲线作为识别分类的依据。
经过实验测试，36个待测样本中有32个待测样本通过本系统检测后的分类结果与实验前肉眼识别分类结果一致，另有4个待测样本的测试结果与肉眼分类结果产生误差。对产生误差的待测样本进行分析后发现，这4个样本的测试结果与肉眼分类的误差均发生在每一大类颜色的相邻小组之间，再比较该待测样本与各标准样本的色差计算结果以及其反射率曲线图，结果表明通过本系统测试后的结果是准确的。例如待测样本y26,在实验前通过肉眼
识别将其归类到标准样本y2一组，而实验测试表明待测样本y26应归类到标准样本y3一组，显然测试结果与肉眼分类结果产生了误差。但是通过比较其色差计算结果发现待测样本y26与标准样本y2的色差值要大于其与标准样本y3的色差值，再观察反射率曲线图表明待测样本y26的反射率曲线与标准样本y3的反射率曲线更接近。这就表明是实验前的肉眼分类有误，本系统的测试结果是正确的。从而证明本文中设计开发的钻石颜色识别分类系统是一种能够更加科学、准确的对钻石颜色进行分级鉴定的方法。
As we all know that diamond is the most valuable jewel in the world and is called the king of jewel because of its outstanding quality. An end product diamond is usually classified by 4C standard (color,carat,clarity,cut). The color of diamond is a important standard and the international jewel trade are very strict to the classifying of diamond’s color , for this reason the color is a primary and basic element to diamond’s value. Although the international jewel trade have made a consummate standard for the classifying of diamond’s color, but the method of the classifying has depended on naked eye for a long time, so it urgently need a scientific and impersonal way . In this paper, we will apply spectral analysis technique to the identifying and classifying of diamond color and design a system to offer scientific and impersonal gist for the classification of diamond color and the appraisement of its quality. We designed a testing system of diamond color with fiber-optic detector to measure the reflection spectrum of the samples and made a data processing system by Visual C++ to calculate the reflectivity, three stimulate value, color coordinate and chromatism.
The testing system is composed of light source, collecting-light system, separating-light system and photic-electricity conversion system. The light source adopts the standard A light source illumination. The collecting-light system mainly means to the fiber-optic detector which used to collect and transmit light energy. The using of the fiber-optic detector can decrease the loss of light energy to reduce the unorder light’s effect and can make the testing system flexible. In the separating-light system, the concave grating is drove by the step-in electrical machine to separate spectrum signal in the range of visible light. It need not collimation-focusing system by using of holographic concave grating. Photic-electricity conversion system applied the optic electricity multiply, which has high sensation to handle the weak signal.
The data processing system is composed of main interface module, data input interface module and reflectivity graph display interface module. The functions of
the main interface module are entering data input interface and reflectivity graph display interface by menu, displaying the results of samples’ parameters and classifying. We can read, input and keep datum and calculate the reflectivity, three stimulate value, color coordinate and chromatism in data input interface. And we’ll compare the chromatism of testing samples and standard samples to identify and classify the samples. The function of reflectivity graph display interface is displaying the reflectivity graphs of testing samples and standard samples to provide gist for identifying and classifying of diamond color.
We chose 45 inartificial stones which are similar to diamond in appearance as samples. First we grouped the samples by naked eye , and then tested them by the system which was designed in this paper and compared the results to prove the feasibility of this system. The samples of this experiment have three colors totally, we grouped every color in three groups before test and picked up one sample in each group as standard sample, others as testing sample. When testing the standard sample, we inputted the response of optic electricity multiply into the data processing system, calculated the reflectivity, three stimulate values, color coordinate and kept the results. We used the same way to test the testing samples. After these processes, we calculated the chromatism between testing samples and standard samples, compared the results, found out the standard sample which has the smallest chromatism with this testing sample, classified the testing sample to this standard sample and displayed the name of this standard sample as the result of classifying. At the same time, this system displayed the calculating results of chromatism between this testing sample and other standard samples and the the reflectivity graphs.
After tested by this system, there a
引文
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