专利名称：钻石切工参数测量方法及测量装置的制作方法
技术领域：
本发明属于钻石切工参数测量领域，具体涉及一种钻石切工参数测量方法及测量
装置。
背景技术：
在宝石或钻石评估分级中，切工是很重要的一个评估因素，切工优劣对钻石的市 场价格有很大的影响，但精确测量钻石的切工参数又是比较困难的。钻石切工参数的测量 工作主要是测量已切磨好的成品钻石的几何尺寸、刻面角度与刻面相对比例等数据，然后 根据不同的评估标准对宝石进行切工分级。
现有的切工测量主要有三种一是通过目视及借助放大镜、显微镜，通过观察钻石
所显现的影像来估计切工参数，该方法简单快捷，并且可用于测量镶嵌钻石的切工，但测量
数据准确度低，且受到测量者的水平的影响；二是将钻石侧面投影投到刻有刻度的屏幕上，
然后人工进行读数并计算切工参数，该方法检测精确较差，并且测量需要时间较长；三是通
过计算机自动测量系统进行测试，该方法主要是通过计算机图像处理技术来计算钻石切参
数，该方法能够在较少的时间内得到较多较详细并且较准确的切工数据。 然而现阶段采用第三种方法测量钻石切工参数，由于单个仪器只能测量一定尺寸
范围的钻石切工比例，超出范围的钻石无法测量，鉴定部门必须购置不同规格的分析仪才
能满足日常的工作需要，测量不同尺寸钻石切工参数的效率低、精确度低，并且增加了用户
的购置成本，此外，由于采用固定的摄像头，成像的比例不可调，对于不同尺寸的钻石，测量
误差较大。

发明内容
本发明的目的是解决目前单个仪器只能测试小范围尺寸钻石、测量效率低、误差 大、成像比例不可调导致测量不精确的缺陷，而提供一种无需更换不同规格的分析仪就能 够测量大范围尺寸的钻石切工的参数且测量精确度高的一种钻石切工参数测量方法和测 量装置。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 —种钻石切工参数测量方法，包含以下步骤根据样品台直径选择相应尺寸的标 准样品，采集不同尺寸标准样品的测量结果作为测量的校正系数，根据被测钻石尺寸选择 相应直径的样品台，将被测钻石放置在选定的样品台上置入切工参数测量仪器，采集样品 台及钻石不同侧面图像，通过对各图像进行处理、分析与计算，找出图像中与钻石切工相关 的关键特征点，并计算出关键特征点的位置坐标，由位置坐标计算出切工参数，选取与样品 台直径对应的校正系数对被测钻石切工参数进行校正。 所述的图像处理与分析步骤包括灰度转换、二值转换、边缘转换，关键特征点计算 方法为角点寻找法或直线拟合法。 所述的二值转换分为确定分割阈值和图像二值化两个步骤。
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将所得切工参数存放在单独的数据库中，根据切工分级标准，自动计算出钻石切
工级别。 —种钻石切工参数测量方法的专用测量装置，至少包括光源、摄像及图像采集系
统，以及位于两者之间的可旋转样品台，摄像及图像采集系统包括摄像镜头、图像处理模块 及与其连接的切工数据计算模块和数据库系统，摄像镜头为可变焦摄像镜头，可旋转样品 台由多个不同直径的样品台、平台旋转驱动装置组成。 所述的光源由LED发光管和准直透镜组组成；准直透镜组由多个透镜组成；变焦 成像镜头由成像透镜组与摄像头组成。 所述的平台旋转驱动装置由步进电机、步进电机驱动器和接口转换电路组成，步 进电机驱动器通过接口转换电路控制步进电机的运动。 本发明采用多个直径的样品台，根据被测钻石大小选择相应直径的样台，能够采 集到合适放大倍数的图像，并采用可变焦摄像镜头，可根据被测对象的大小选择摄像焦距， 提高了图像处理精确度，从而提高了切工参数测量精度；并且测量不同尺寸范围的被测钻 石时，不需更换测试仪器，只需选取相应直径样品台放入测试仪器中，即可测试不同尺寸大 小的钻石，提高了工作效率，节省了购置多个测试仪器的费用；同一台测试仪器所测试的不 同标准尺寸的钻石切工参数，作为测试的校正系数，进一步提高了测试精度。


为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的
附图做详细地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些具体实施例。
图1是本发明一种钻石切工参数测量方法流程图； 图2是本发明一种钻石切工参数测量方法中图像处理步骤流程图； 图3是本发明钻石切工参数测量方法所使用的测量装置示意图； 其中 1-光源，2-可旋转样品台，3-摄像镜头，4-图像采集系统，5-准直透镜组，6-支撑 台°
具体实施例方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述。 图1是本发明一种钻石切工参数测量方法流程图，首先将多个不同标准尺寸的样 品测量结果作为测量的校正系数，校正被测钻石切工参数，根据被测钻石尺寸大小，选择相 应直径的样品台，将钻石放在样品台上，将样品台放入测试仪器中，采集样品台及钻石不同 侧面的图像，由图像处理与分析模块将采集的图像进行处理，计算与钻石切工参数相关的 关键特征点，由关键特征点的位置坐标计算切工参数，采集不同直径的样品台图像，计算其 放大倍数作为图像处理计算的参考尺寸。 图像采集与处理模块中，采集与处理多幅样品不同侧面的图像，对于每幅图像，采 用图像处理的方法，得到与钻石切工测量相关的关键特征点。进一步参考图2，分别将图像 进行灰度处理、二值转换、和边缘转换，求关键特征点。
具体的图像处理方法是 1、由于图像采集模块采集到的是多幅彩色图像，图像的每个像素由红(R)、绿 (G)、兰(B)三个值组成，彩色图像每一像素的三色值(R，G，B)根据下列公式得到亮度值Y:
Y = 0. 299R+0. 587G+0. 114B 所有位置的亮度值就形成了灰度图像，将彩色图像变为灰度图。 2、将亮度图像转换为二值图像，也就是将物体从背景中分割出来。这过程分为两
步确定分割阈值和图像二值化，首先得到亮度图像的灰度分布直方图，然后采用迭代方法
计算出二值化阈值T。 3、利用阈值将亮度图像变为二值图像，将亮度值大于或等于阈值T的像素的值设
置为背景值l，将小于阈值T的像素设置为物体值0。如下式所示
0 如果g(x,y)《T
b(x，y) = j
L1 如果g(x,y) 〉 T 式中g(x，y)为位置(x，y)的亮度值，b(x，y)为阈值处理后的二值图像中位置(x，
y)中的值，T值的选取根据采集的图像的明暗程度动态确定。 4、从二值图像中提取边缘，形成边缘轮廓图像。该系统只需要提取样品的外部轮 廓，因此利用八连接的边界跟踪算法[3]，从二值的底部开始，对外侧边界进行跟踪。
5、求关键特征点所使用的算法有两种角点寻找方法与直线拟合方法。对于底尖、 腰棱及冠部的特征点可以利用角点检测算法得到，但对于台面上的两个特征点则需要先求 出样品台的拟合直线和冠部的拟合直线来求得。根据所求出的这些特征点后，利用解析几 何知识计算出所需要的比例与角度。 6、计算出这些关键特征点的位置坐标，计算出钻石的腰棱直径、全深比、冠高比、 冠角、亭深比、亭角、台宽比、腰厚比、底尖比等切工比率以及偏圆度、底偏、台偏、台倾等对 称参数等切工参数数据。 7、根据被测量钻石尺寸大小选择校正系数进行校正，得到精确度高的钻石切工参 数；由设置的数据库中的切工分级标准，自动计算出钻石切工级别。 图3为本发明钻石切工参数测量方法所使用的测量装置示意图，包括光源1、可旋 转样品台2、摄像镜头3和图像采集系统4，可旋转样品台2位于光源1和摄像镜头3之间， 摄像镜头3与图像采集系统4连接。摄像镜头3为可变焦摄像镜头，可旋转样品台2由多 个不同直径的放置样品平台、平台旋转驱动装置组成，所述的图像采集系统4包括图像处 理模块及与其连接的切工数据计算模块、数据库系统。光源1、可旋转样品台2、摄像头3放 置在支撑台6上，方便操作。
具体的测量装置中
1、光源部分 由LED光源与准直透镜组组成，光线准直透镜组由多个透镜组成，将LED发出的光
线转换平行光线，平行光线有利于系统得到准确的侧面投影图像。
2、样品台 由样品台、步进电机、电机驱动器及接口转换电路组成。样品台用于放置样品和作 为计算的参考尺寸；步进电机、电机驱动器及接口转换电路用于系统转动样品的机构，通过转动样品就系统可采集到不同侧面面的投影图像；接口转换电路使用USB的I/0接口，为步 进电机提供脉冲信号，控制步进电机的运动。步进电机每转动一个角度，就得到一组钻石图 像的关键特征点。
3、摄像头 由成像透镜组与摄像头组成。成像透镜组由多个透镜组成，将样品的侧面投影成 像；摄像头为可变焦摄像头，根据被测量钻石尺寸选择合适的焦距，采集图像后，通过接口 把采集的图像数据传送到图像采集模块。
4、图像采集系统 用于将采集的图像进行处理，计算关键特征点数据和切工参数，校正测量参数，确 定钻石切工级别。 经多次钻石切工参数的测量试验，采用本发明的钻石切工参数测试方法和专用测 量装置，可测量钻石的腰棱直径(包括平均值及范围)及全深，测量误差小于±0. 002mm ; 可根据测量的几何尺寸来计算钻石的重量；测量钻石的全深比、台宽比、亭深比、底尖比、星 点比、下腰面比等比率参数，测量误差小于±0. 02% ;还可测量冠角及亭角，测量误差小于 ±0. 1° ;测定钻石的主要对称性参数；可以测量钻石的偏圆度、底偏、台面偏心及台面倾斜 等对称性参数，测量误差小于±0. 05%。 将该测量装置同宝石光学效果仿真系统相连，可以生成该钻石的三维模型，进而
仿真出该钻石的光学效果，从而从光学效果的角度分析切工的优劣，评价钻石切工的级别。 将测量装置测试出的切工参数数据和分级结果通过开发式数据库连接(ODBC)保
存到单独的数据库或鉴定数据中去，为了操作的方便，数据库管理功能单独编制出钻石切
工分级数据库管理系统，能够对钻石切工数据进行查询、维护及输出成文件、打印外，再输
入钻石的其他分级参数，可以生成一个钻石切工分级证书管理系统，并可以调用出来打印
钻石分级证书。 该系统可广泛用于鉴定实验室用于进行钻石切工分级，也可用于钻石加工厂家在 生产过程中进行质量检验，零售商可以作为一种促销钻石特别是高级别裸钻的手段。
本发明钻石切工比例测量方法和专用测量装置结合了计算机图像处理技术的优 势，具有测量精度高、速度快、自动化程度高等优点。
权利要求
一种钻石切工参数测量方法，其特征在于，根据样品台直径选择相应尺寸的标准样品，将不同尺寸标准样品的测量结果作为测量的校正系数，根据被测钻石尺寸选择相应直径的样品台，将被测钻石放置在选定的样品台上置入切工参数测量仪器，采集样品台及钻石不同侧面图像，通过对各图像进行处理、分析与计算，找出图像中与钻石切工相关的关键特征点，并计算出关键特征点的位置坐标，由位置坐标计算出切工参数，选取与样品台直径对应的校正系数对被测钻石切工参数进行校正。
2. 根据权利要求1所述的钻石切工参数测量方法，其特征在于所述的图像处理与分 析步骤包括灰度转换、二值转换、边缘转换。
3. 根据权利要求2所述的钻石切工参数测量方法，其特征在于所述的关键特征点计 算方法为角点寻找法或直线拟合法。
4. 根据权利要求2所述的钻石切工参数测量方法，其特征在于所述的二值转换分为 确定分割阈值和图像二值化两个步骤。
5. 根据权利要求1所述的钻石切工参数测量方法，其特征在于将所得切工参数存放 在单独的数据库中，根据切工分级标准，自动计算出钻石切工级别。
6. —种权利要求1所述的钻石切工参数测量方法的专用测量装置，至少包括光源、摄 像及图像采集系统，以及位于两者之间的可旋转样品台，其特征在于摄像及图像采集系统 包括摄像镜头、图像处理模块及与其连接的切工数据计算模块和数据库系统，摄像镜头为 可变焦摄像镜头，可旋转样品台由多个不同直径的样品台、平台旋转驱动装置组成。
7. 根据权利要求6所述的钻石切工参数测量装置，其特征在于所述的光源由LED发光管和准直透镜组组成。
8. 根据权利要求7所述的钻石切工参数测量装置，其特征在于所述的准直透镜组由多个透镜组成。
9. 根据权利要求6所述的钻石切工参数测量装置，其特征在于所述的变焦成像镜头由成像透镜组与摄像头组成。
10. 根据权利要求6所述的钻石切工参数测量装置，其特征在于所述的平台旋转驱动 装置由步进电机、步进电机驱动器和接口转换电路组成，步进电机驱动器通过接口转换电 路控制步进电机的运动。
全文摘要
本发明涉及一种钻石切工参数测量方法及专用装置，测量方法的步骤包括根据样品台直径选择相应尺寸的标准样品，将不同尺寸标准样品的测量结果作为测量的校正系数，根据被测钻石尺寸选择相应直径的样品台，将被测钻石放置在选定的样品台上置入切工参数测量仪器，采集样品台及钻石不同侧面图像，通过对各图像进行处理、分析与计算，找出图像中与钻石切工相关的关键特征点，并计算出关键特征点的位置坐标并计算出切工参数，并对被测钻石切工参数进行校正；所述专用装置，包括光源、可旋转样品台、摄像镜头和图像采集系统。采用本发明测量方法和装置，可精确测量不同尺寸的钻石切工参数，测试快捷、使用方便。
文档编号G01N21/84GK101793840SQ20101013620
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月29日 优先权日2010年3月29日
发明者石斌, 袁心强 申请人:中国地质大学(武汉)