СИСТЕМА И СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ЧИСТОТЫ БРИЛЛИАНТА
SYSTEM AND METHOD OF MEASURING PURITY OF DIAMOND

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к системе и способу для определения чистоты драгоценного камня. Более конкретно, настоящее изобретение обеспечивает систему и способ для определения чистоты бриллианта.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Бриллианты являются ключевым компонентом, используемым в предметах роскоши, в частности в ювелирных изделиях, и могут иметь очень большую стоимость. Стоимость бриллианта зависит от нескольких физических свойств бриллианта.
Существует четыре общепринятых стандарта, используемых для оценки качества бриллианта, как правило, известных как 4C, а именно: чистота, цвет, огранка и вес в каратах.
Например, Американский геммологический институт (GIA) имеет категорию чистоты, как показано ниже:
ШКАЛА ЧИСТОТЫ GIA
Без дефектов
По сутибез дефектов
VVS1
VVS2
VS1
VS2
SI1
SI2
I1
I2
I3
Очень-очень незначительные включения
Очень незначительные включения
Незначительные включения
Включения
Для оценки чистоты бриллианта необходимо определять количество, размер и положение дефектов внутри камня.
От условий образования алмаза под землей до прикладных процессов, выполняемых человеком на бриллианте, могут образовываться различные дефекты.
Внутри тела бриллианта могут быть включения, пустоты и трещины, которые считают внутренними дефектами. На поверхности бриллианта могут быть недополированные неровности и царапины, которые считают внешними дефектами.
Эти внутренние и внешние свойства также важны в отношении бриллианта, так как они могут быть одной из уникальных идентификационных меток или «родимых пятен», которые могут использоваться для идентификации бриллианта.
В настоящее время наиболее принятая практика определения чистоты бриллианта - это подготовленными человеческими глазами при 10-кратном увеличении под микроскопом. Геммологов подготавливают в течение нескольких месяцев по стандартным образцам с различными типами дефектов, с тем, чтобы камень, когда оценивается разными людьми, воспроизводил один и тот же результат оценки.
Однако даже при стандартизованных процедурах подготовки и оценки, повторяемость не может быть гарантирована из-за неизбежного субъективного суждения человека.
Оценка одного и того же бриллианта одним и тем же человеком в разное время может также приводить к тому, что к одному и тому же бриллианту будут применены разные категории чистоты. Из-за усталости человеческого зрения могут быть выполнены разные суждения об одном и том же бриллианте до и после оценки многих разных камней.
Поэтому даже подготовленные и опытные профессиональные геммологи все еще испытывают трудности с обеспечением повторяемости при оценке чистоты.
ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является обеспечение системы и способа для определения чистоты драгоценного камня, в частности бриллианта, который преодолевает или, по меньшей мере, частично устраняет, по меньшей мере, некоторые недостатки, связанные с известным уровнем техники.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В первом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ, работающий с использованием компьютеризированной системы для определения категории чистоты бриллианта в виде функции от внутренних дефектов в теле бриллианта, причем компьютеризированная система включает в себя устройство получения оптического изображения, модуль процессора и модуль вывода, функционально связанные вместе, причем указанный способ включает в себя этапы, на которых:
(i) получают через устройство получения оптического изображения множество изображений вида сверху бриллианта с разными глубинами фокуса, скорректированными с помощью показателя преломления бриллианта, причем глубины фокуса определяют высотой бриллианта, а множество изображений вида сверху получают в окружающей среде, имеющей заданный постоянный уровень освещенности, и причем вид сверху определяют как вид, перпендикулярный к площадке бриллианта, а высоту бриллианта определяют как длину центральной оси, перпендикулярной площадке бриллианта и проходящей через вершину павильона бриллианта;
(ii) в модуле процессора обнаруживают дефекты в теле бриллианта, причем дефект обнаруживают по контрастным изменениям уровней яркости пикселей по сравнению со смежным пикселем в каждом полученном изображении из указанного множества изображений вида сверху; применяют штрафной балл к каждому обнаруженному дефекту в виде функции от геометрии, размера и расположения дефекта в теле бриллианта; и присваивают категорию чистоты на основе функции штрафных баллов; и
(iii) из модуля вывода, обеспечивают сигнал, указывающий категорию чистоты, присвоенную в (ii).
Предпочтительно высоту бриллианта определяют оптическим изображением, полученным через дополнительное устройство получения оптического изображения, расположенное перпендикулярно центральной оси бриллианта. Наблюдаемую глубину фокуса Dapparent для фокусировки предпочтительно корректируют согласно формуле:
где ndiamond ≈ 2,42
Предпочтительно заданный постоянный уровень освещенности представляет собой цветовую температуру 6500 К.
Множество изображений вида сверху бриллианта предпочтительно получают в системе интегрирующих сфер.
Источник света, обеспечивающий заданный уровень освещенности, предпочтительно выбирают из группы, включающей в себя источник света LED (светоизлучающий диод), источник света с ксеноновой лампой, и источник света с лампой накаливания, и источник света с флуоресцентной лампой, имитатор солнечного излучения или тому подобное.
Предпочтительно устройство получения оптического изображения представляет собой цифровую камеру. Устройство получения оптического изображения может быть монохроматическим или полихроматическим.
Во втором аспекте настоящее изобретение обеспечивает компьютеризированную систему для определения категории чистоты бриллианта в виде функции от внутренних дефектов в теле бриллианта, причем компьютеризированная система включает в себя:
устройство получения оптического изображения для получения множества изображений вида сверху бриллианта с разными глубинами фокуса, скорректированными с помощью показателя преломления бриллианта, причем глубины фокуса определяют высотой бриллианта, а множество изображений вида сверху получают в окружающей среде, имеющей заданный постоянный уровень освещенности, и причем вид сверху определяют как перпендикуляр к площадке бриллианта, а высоту бриллианта определяют как длину центральной оси, перпендикулярной площадке бриллианта и проходящей через вершину павильона бриллианта;
модуль процессора для обнаружения дефектов в теле бриллианта, в котором дефект обнаруживают по контрастным изменениям уровней яркости пикселей по сравнению со смежным пикселем в каждом полученном изображении из указанного множества изображений вида сверху; и для применения штрафного балла к каждому обнаруженному дефекту в виде функции от геометрии, размера и расположения дефекта в теле бриллианта; и для присвоения категории чистоты на основе функции штрафных баллов; и
модуль вывода, обеспечивающий сигнал, указывающий категорию чистоты, присвоенную бриллианту.
Модуль процессора может включать в себя устройство для хранения данных, причем указанное устройство для хранения данных включает в себя множество наборов данных, указывающих данные, относящиеся к известным типам дефектов бриллиантов.
Модуль процессора может располагаться в удаленном расположении от устройства получения оптического изображения и модуля вывода, и находится в сообщении с устройством получения оптического изображения и модулем вывода через телекоммуникационную сеть.
Компьютеризированная система предпочтительно дополнительно содержит источник света для обеспечения указанного заданного постоянного уровня освещенности с цветовой температурой 6500 К. Источник света может быть выбран из группы, включающей в себя источник света LED (светоизлучающий диод), источник света с ксеноновой лампой, и источник света с лампой накаливания, и источник света с флуоресцентной лампой, имитатор солнечного излучения или тому подобное.
Компьютеризированная система предпочтительно дополнительно содержит систему интегрирующих сфер, в которой располагают бриллиант, когда получают, по меньшей мере, первое оптическое изображение.
Компьютеризированная система может дополнительно содержать вращающуюся платформу, выполненную с возможностью вращаться вокруг указанной центральной оси и в системе интегрирующих сфер, причем вращающаяся платформа обеспечивает вращение бриллианта вокруг центральной оси, так что множество оптических изображений бриллиантов может быть получено устройством получения оптического изображения.
Устройство получения оптического изображения может быть цифровой камерой. Устройство получения оптического изображения может быть монохроматическим или полихроматическим.
Предпочтительно, компьютеризированная система дополнительно содержит дополнительное оптическое устройство получения для получения оптического изображения вида сбоку бриллианта, чтобы обеспечивать определение высоты бриллианта.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для получения более точного понимания вышеизложенного изобретения, более конкретное описание изобретения, кратко описываемого выше, будет представлено ссылкой на конкретные варианты его выполнения, которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Чертежи, представленные в данном документе, могут быть выполнены не в масштабе, и любая ссылка на размеры на чертежах или в следующем описании является конкретной для раскрытых вариантов выполнения.
Фиг. 1 показывает схематичное представление варианта выполнения системы согласно настоящему изобретению;
Фиг. 2а показывает технологическую схему способа согласно настоящему изобретению;
Фиг. 2b показывает представление технологической схемы варианта выполнения способа согласно настоящему изобретению; и
Фиг. 3а, 3b и 3с изображает в виде диаграммы вариант выполнения способа согласно настоящему изобретению.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Авторы настоящего изобретения определили недостатки метода, которым выполняют оценку категории чистоты бриллиантов, и после определения проблем с известным уровнем техники обеспечили систему и способ, которая преодолевает проблемы известного уровня техники и обеспечивает систему и способ, которая является более последовательной и надежной.
Ссылаясь на Фигуру 1, показывают схематичное представление системы 300 согласно настоящему изобретению. Система 300 включает в себя устройство 310 получения оптического изображения в сообщении 312 с модулем процессора, включающем в себя процессор 320, который находится в сообщении 322, 332 с устройством 330 для хранения данных, которое хранит множество наборов данных, относящихся к дефектам. Обеспечивают устройство 340 вывода, которое находится в сообщении 324 с процессором 320.
Система 300 включает в себя систему интегрирующих сфер 350, в которой располагают бриллиант 315, когда получают множество оптических изображений.
Устройство 310 получения оптического изображения представляет собой устройство цифровой камеры или другое устройство, такое как ПЗС-камера или тому подобное, которое позволяет получать оптическое изображение бриллианта 315.
Система 300 включает в себя источник 318 света для обеспечения указанного заданного постоянного уровня освещенности с цветовой температурой 6500 К. Источник света выбирают из группы, включающей в себя источник света LED (светоизлучающий диод), источник света с ксеноновой лампой, и источник света с лампой накаливания, и источник света с флуоресцентной лампой, имитатор солнечного излучения или тому подобное.
Система 300 дополнительно включает в себя вращающуюся платформу 317, выполненную с возможностью вращаться вокруг указанной центральной оси бриллианта 315 и в системе интегрирующих сфер 350, причем вращающаяся платформа 317 обеспечивает вращение бриллианта вокруг центральной оси, так что множество оптических изображений бриллиантов может быть получено устройством 310 получения оптического изображения.
Обратимся теперь к фиг. 2а, на которой показана технологическая схема способа 200а изобретения, и к фиг. 2b, на которой показана технологическая схема варианта выполнения способа 200b настоящего изобретения, и к Фигурам 3а, 3b и 3с, которые изображают в виде диаграммы способ настоящего изобретения, который может быть реализован в системе с Фигуры 1.
Способ 200a настоящего изобретения работает с использованием компьютеризированной системы 300 Фигуры 1 для определения категории чистоты бриллианта в виде функции от внутренних дефектов в теле бриллианта, причем компьютеризированная система включает в себя устройство получения оптического изображения, модуль процессора и модуль вывода, функционально связанные вместе.
Способ 200А включает в себя этапы, на которых:
Первый этап 210a - Получают через устройство получения оптического изображения множество изображений вида сверху бриллианта с разными глубинами фокуса, скорректированными с помощью показателя преломления бриллианта, причем глубины фокуса определяют высотой бриллианта, а множество изображений видов сверху получают в среде, имеющей заданный постоянный уровень освещенности.
Вид сверху определяют как вид, перпендикулярный площадке бриллианта, а высоту бриллианта определяют как длину центральной оси, перпендикулярной площадке бриллианта и проходящей через вершину павильона бриллианта.
Второй этап 220a - В модуле процессора,
(i) обнаруживают дефекты в теле бриллианта, причем дефект обнаруживают по контрастным изменениям уровней яркости пикселей по сравнению со смежным пикселем в каждом полученном изображении указанного множества изображений вида сверху; и
(ii) применяют штрафной балл к каждому обнаруживаемому дефекту в виде функции от геометрии, размера и расположения дефекта в теле бриллианта; и присваивают категорию чистоты на основе функции штрафных баллов;
Третий этап 230a - Из модуля вывода, обеспечивают сигнал, указывающий категорию чистоты, присвоенную в (ii).
Высота бриллианта может определяться оптическим изображением, полученным через дополнительное устройство получения оптического изображения, расположенное перпендикулярно центральной оси бриллианта.
Наблюдаемую глубину фокуса Dapparent для фокусировки корректируют согласно формуле:
где ndiamond ≈ 2,42
С учетом высоты камня, определяемой из изображения вида сбоку, множество изображений с разными глубинами фокуса бриллианта может быть захвачено перпендикулярно площадке для обнаружения дефектов. Это может быть выполнено делением высоты бриллианта на соответствующие глубины фокуса. Однако, поскольку изображение вида сбоку захватывают в воздухе, а изображения, перпендикулярные площадке, должны быть захвачены в бриллианте, разница в показателях преломления в воздухе (nair ≈ 1) и в бриллианте (ndiamond ≈ 2,42) будет влиять на определение глубины фокуса. Если аппроксимация угла падения светового луча мала относительно изображений, захватываемых перпендикулярно к площадке, то наблюдаемая глубина Dapparent для фокусировки может быть скорректирована следующим образом:
вместо настоящей глубины Dreal.
Заданный постоянный уровень освещенности представляет собой диапазон цветовой температуры 6500 К.
Множество изображений вида сверху бриллианта получают в системе интегрирующих сфер, а источник света, обеспечивающий указанный заданный уровень освещенности, выбирают из группы, включающей в себя источник света LED (светоизлучающий диод), источник света с ксеноновой лампой, и источник света с лампой накаливания, и источник света с флуоресцентной лампой, имитатор солнечного излучения или тому подобное.
Обращаясь теперь к фиг. 2b, в показанном варианте выполнения используют следующие этапы, на которых:
Этап (i) 210b - получают вид сбоку бриллианта;
Этап (ii) 220b - получают несколько изображений видов площадки при разных глубинах фокуса;
Этап (iii) 230b - определяют резкие изменения яркости пикселя, за исключением тех, которые вызваны огранками бриллианта;
Этап (iv) 240b - присваивают каждому дефекту штрафной балл; и
Этап (v) 250b - используют сумму штрафных баллов для определения категории чистоты бриллианта.
Как показано на фиг. 3а, с вида сбоку высоты бриллианта 400, показывают множество изображений площадки 410 при разных глубинах фокуса от 1 до 5, соответствующих первому этапу способа. Высоту h бриллианта определяют видом сбоку, который может быть получен устройством получения изображения, таким как цифровая камера или ПЗС-камера.
Впоследствии, как показано на фиг. 3b, в теле бриллианта 400 обнаруживают дефекты, причем дефект обнаруживают по контрастным изменениям уровней яркости пикселей по сравнению со смежным пикселем в каждом полученном изображении указанного множества изображений вида сверху, согласно способу настоящего изобретения.
Однако резкие изменения яркости, вызванные огранкой камня, такие как в области 420, исключают и не рассматривают как дефект, тогда как резкие изменения яркости, такие как в середине грани, такой как область 430, считают дефектом.
Впоследствии и, как дополнительно показано на фиг. 3с, применяют штрафной балл к каждому обнаруживаемому дефекту в виде функции от геометрии, размера и расположения дефекта в теле бриллианта 400; например оценки, обозначаемые позициями 2, 3, 4 и 5, как изображено на фиг. 3c, и присваивают категорию чистоты на основе функции штрафных баллов.
Категория чистоты затем может быть присвоена бриллианту 400.
Как показано, чтобы преодолевать трудности повторяемости и надежности известного уровня техники, вариант выполнения способа настоящего изобретения, использующий систему интегрирующих сфер, используют для анализа чистоты бриллиантов.
Такой процесс, реализованный в машинной системе, без проблемы усталости зрения людей и имеющий алгоритм анализа дефектов, обеспечивает улучшенную и выгодную альтернативу с высокой повторяемостью по сравнению с известным уровнем техники.
Система и способ настоящего изобретения также уменьшает затраты и время на получение образцовых наборов камней и подготовку профессионального геммолога. Это также может уменьшать время подготовки профессионального геммолога в определении категории чистоты.
Благодаря визуальной природе чистоты и присущей вариации, оценку чистоты бриллианта необходимо проводить в управляемой среде. Это гарантирует, что условия освещенности и фон для каждого бриллианта будут одинаковыми, как обеспечено настоящим изобретением.
Кроме того, управляемая среда должна быть повторяемой в разных местах, чтобы люди в разных местах могли по-прежнему иметь одинаковую оценку чистоты бриллианта, которую обеспечивает настоящее изобретение.
Система интегрирующих сфер, используемая в предпочтительных вариантах выполнения настоящего изобретения, помогает играть эту роль, поскольку интенсивность света, спектр и однородность могут быть хорошо управляемыми и повторяемыми, и, как таковая, система настоящего изобретения может служить и обеспечиваться для оценки чистоты.
Таким образом, предпочтительный вариант выполнения способа настоящего изобретения является следующим:
1. Из камеры бокового вида (камера 3 или 6, как показано на фиг. 1) определяют фотографическое представление высоты камня.
2. С этой информацией о высоте камера вида площадки (камера 1, показанная на фиг. 1) может использоваться для получения множества, например 5, изображений с разной глубиной фокуса, которые корректируют с помощью показателя преломления бриллианта, от верха площадки до кончика павильона, как описывалось выше.
3. Фотографические изображения п. 2 выше анализируют и определяют дефекты в камне, расположенные в виде аномальных пикселей на фотографических изображениях. Аномальное относится к резкому изменению уровня яркости пикселя по сравнению с окружающими пикселями, за исключением тех, которые вызваны огранкой камней.
4. Затем каждому найденному дефекту присваивают штрафной балл в зависимости от его положения и размера. Сумма штрафа определяет итоговую категорию камня.