珠寶玉石顏色測(cè)量++高光譜圖像法

3《珠寶玉石顏色測(cè)量高光譜圖像法》(征求意見稿)編制說明一、工作簡(jiǎn)況1任務(wù)來源珠寶玉石的顏色測(cè)量是珠寶玉石鑒定與品質(zhì)評(píng)價(jià)的重要工作。2020年天津市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)技術(shù)研究院(以下簡(jiǎn)稱天津質(zhì)檢院)與深圳市海譜納米光學(xué)科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱海譜納米)、華津國(guó)檢(深圳)金銀珠寶檢驗(yàn)中心有限公司(以下簡(jiǎn)稱華津)共同向全國(guó)珠寶玉石標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(TC298)提交了“珠寶玉石顏色測(cè)量高光譜圖像法”的標(biāo)準(zhǔn)制定建議書。經(jīng)審核、批準(zhǔn)，該項(xiàng)目于2020年4月被列入2020年自然資源部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研項(xiàng)目。在預(yù)研工作基礎(chǔ)上，該項(xiàng)目被自然資源部列入2022年度自然資源標(biāo)準(zhǔn)制修訂工作計(jì)劃，項(xiàng)目編號(hào)202240001.2標(biāo)準(zhǔn)起草單位及主要起草人員本標(biāo)準(zhǔn)由天津市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)技術(shù)研究院院暨國(guó)家金銀飾品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心(天津)牽頭，聯(lián)合華津國(guó)檢(深圳)金銀珠寶檢驗(yàn)中心有限公司、深圳市中達(dá)瑞和科技有限公司、深圳海譜納米光學(xué)科技有限公司、廣東省珠寶玉石文化創(chuàng)意協(xié)會(huì)等單位共同承擔(dān)其中天津市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)技術(shù)研究院院暨國(guó)家金銀飾品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心(天津)主要負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)組織申報(bào)、市場(chǎng)調(diào)研、樣品采集、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證測(cè)試、標(biāo)準(zhǔn)文稿起草等主要標(biāo)準(zhǔn)研制工作。4深圳市中達(dá)瑞和科技有限公司負(fù)責(zé)高光譜相機(jī)的適應(yīng)性調(diào)節(jié)，并參與標(biāo)準(zhǔn)起草、提供意見及建議及標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)指標(biāo)或參數(shù)的試驗(yàn)驗(yàn)深圳海譜納米光學(xué)科技有限公司參與前期項(xiàng)目預(yù)研、技術(shù)論證廣東省珠寶玉石文化創(chuàng)意協(xié)會(huì)提供部分玉石測(cè)試樣品，并對(duì)參玉石顏色測(cè)量高光譜圖像法”行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目研制團(tuán)隊(duì)，按統(tǒng)一部署、既定技術(shù)路線、商定時(shí)間進(jìn)度安排，分階段完成標(biāo)準(zhǔn)研制任務(wù)52023年9月～2023年11月，經(jīng)進(jìn)一步市場(chǎng)調(diào)研、補(bǔ)充樣品測(cè)試、20223年11月，報(bào)請(qǐng)TC298標(biāo)委會(huì)秘書處對(duì)外廣泛征求意見建議。二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定主要內(nèi)容的論據(jù)1標(biāo)準(zhǔn)編制原則了珠寶玉石行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，本著促進(jìn)珠寶玉石市場(chǎng)，特別是品質(zhì)評(píng)價(jià)工作發(fā)展的指導(dǎo)思想，充分綜合了市場(chǎng)參與者的意見建議，制定了2標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容本標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容主要包括了前言、范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語(yǔ)和定義、方法原理、儀器設(shè)備、樣品、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、結(jié)果色的術(shù)語(yǔ)和定義、方法原理、儀器設(shè)備和試驗(yàn)步驟、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果表示。本標(biāo)準(zhǔn)適用于珠寶玉石的顏色測(cè)量，優(yōu)化處理珠寶玉石的2.2規(guī)范性引用文件：規(guī)范性引用文件中列出了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。2.3術(shù)語(yǔ)和定義：術(shù)語(yǔ)中列出了與高光譜顏色測(cè)量相關(guān)的重要術(shù)語(yǔ)，包括參比白板、感興趣區(qū)域、高光譜相機(jī)、高光譜圖像、顏色分布矩陣等。另外聲明了顏色及其測(cè)量中眾多的術(shù)語(yǔ)定義也適67預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果表1.穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表Yxy178.740.31760.3392278.760.31770.3393378.760.31780.3394478.740.31770.3394578.850.31780.3394678.850.31770.3393778.860.31760.3392878.750.31770.3393平均值78.790.31770.3393最大差值0.18表2.重復(fù)性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表Yxy178.740.31760.3392278.760.31770.3393378.760.31780.3394478.740.31770.3394578.850.31780.3394678.850.31770.3393778.860.31760.3392878.750.31770.3393標(biāo)準(zhǔn)差0.060.00010.00018中，白板保持不動(dòng)。重復(fù)性的計(jì)算xi—(刺激值、色度坐標(biāo)、色差等的中，白板保持不動(dòng)。重復(fù)性的計(jì)算xi—(刺激值、色度坐標(biāo)、色差等的u—測(cè)量的平均值；1,符合計(jì)量檢定一級(jí)要求。1.1.3復(fù)現(xiàn)性復(fù)現(xiàn)性是表現(xiàn)儀器與白板對(duì)量值的綜合復(fù)現(xiàn)能力的指標(biāo)。接上一步驟，重新定標(biāo)儀器后，連續(xù)測(cè)量專用工白板8次，測(cè)量中，每次都要以白板中心為軸轉(zhuǎn)動(dòng)約450。復(fù)現(xiàn)性△1的計(jì)算表3.復(fù)現(xiàn)性差值實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表YXy2345678最大差實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2.L91.0190.7991.06a-1.94-2.01-1.95b3.944.254.142345678與標(biāo)準(zhǔn)白板9板白板YXyYxyYXyYXyYxy123標(biāo)準(zhǔn)值80.360.31970.33909.270.63410.328920.450.28690.456623.780.20630.281166.100.42540.4563差值0.710.00000.00120.020.06160.01341.350.00550.03651.370.00410.00020.170.01420.0231），1.2.1藍(lán)寶石況實(shí)驗(yàn)樣品共6粒，均為天然藍(lán)寶石，未見明顯優(yōu)化處理特征，從2.05克拉至3.44克拉，顏色飽滿，色貌有一定差別。(詳見圖1.)1.2.1.2測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)通過選取藍(lán)寶石樣品高光譜圖像中感興趣的局部或整體區(qū)域后，經(jīng)過高光譜系統(tǒng)軟件的光譜重建，即可得到選定區(qū)域的光譜反射率數(shù)據(jù)。將各波長(zhǎng)的反射率值乘以CIE1931XYZ表色系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)觀察者對(duì)應(yīng)三刺激值并累加，就得到了XYZ這個(gè)基本的顏色表征參數(shù)組。根據(jù)需要可通過色度學(xué)計(jì)算，將XYZ轉(zhuǎn)換到不同色空間坐標(biāo)中，如CIE1931RGB、CIE1976La*b*等，便得到了不同的顏色表征組合值。其中La*b*與LCh都是基于CIE1976La*b*色空間，兩者是等效的，只是LCh更加直觀，便于理解。(詳見表6.)表6.藍(lán)寶石樣品顏色表征參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)匯總表Table1SummaryTableofTestDataforColorCharac臺(tái)面亮域臺(tái)面暗域臺(tái)面與冠1.2.1.3顏色的模擬復(fù)現(xiàn)為檢驗(yàn)測(cè)量得到的顏色表征值的有效性藍(lán)寶石局部與整體的顏色表征值(表6中的RGB暗域圖2.藍(lán)寶石樣品不同采樣區(qū)域顏色模擬復(fù)現(xiàn)圖Figure2.Simulatedreproductionofcol值),在WPSoffice軟件下對(duì)樣品的不同區(qū)域的顏色進(jìn)行了模擬復(fù)現(xiàn)(詳見圖2.)。通過與實(shí)物樣品對(duì)比，可見高光譜成像法測(cè)得的顏色可以較好地復(fù)現(xiàn)藍(lán)寶石不同顏色區(qū)域的顏色和不同樣品間的顏色差異。同時(shí)，不同數(shù)據(jù)采樣區(qū)域的顏色表征值經(jīng)模擬復(fù)現(xiàn)的顏色與樣品目視色感的匹配還是存在差異。其中亮域好于整體，整體好于暗Table2.SummaryTableofColorDifferenceDatawithYLB0001Sample 9.056.049.79 5.536.92-0.938.129.339.77 12.26 0.90 2.200.980.39 0.37 0.125.962.379.324.313.95 5.73 3.169.512.053.117.116.724.753.644.295.33 注1：色度差為兩個(gè)顏色的色相和飽和度的總差值。注2：平方占比指該參數(shù)平方值在色差平方值中的占比，可反映該參數(shù)YLB0001的明度差、飽和度差、色相差及其合成的總色。Table3.CorrelationAnalysisResultsofSapphireColorCharacterizationPahCLhCLL1C1h1的相關(guān)性均為顯著。因此這三個(gè)顏色表征參數(shù)是相關(guān)，而非獨(dú)立的。1.2.2.1樣品情況實(shí)驗(yàn)樣品共7粒，均為天然祖母綠，除部分樣品有輕微注油外，未見其它明顯優(yōu)化處理特征，質(zhì)量從1.38克拉至2.99克拉，切工正常，顏色飽滿，色貌有較明顯差別(詳見圖3.)。本研究也采集了祖母綠樣品高光譜圖像中臺(tái)面(亮域和暗域)、冠部(亮域)與整體的光譜反射率數(shù)據(jù)，并通過色度學(xué)計(jì)算后，將光譜反射率轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的顏色表征值(詳見表9.)。表9.祖母綠樣品顏色參數(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)匯總表Table4.SummaryTableofTestDataforColorCharacterizationParametXYLCh0臺(tái)面亮域000臺(tái)面暗域臺(tái)面與冠42423400000020202.870.368.237.285.384.7710.52.870.368.237.285.384.7710.51.2.2.3顏色的模擬復(fù)現(xiàn)在對(duì)7粒祖母綠樣品實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析后，也利用Windows色彩系統(tǒng)(WCS)色庫(kù)[7],在暗域圖4.祖母綠樣品不同區(qū)域顏色模擬復(fù)現(xiàn)Figure4.SimulatedreproductionofcolorindifferentareasofEmeraWPSoffice軟件下對(duì)樣品的不同區(qū)域的顏色進(jìn)行了模擬復(fù)現(xiàn)(詳見通過與實(shí)物樣品對(duì)比，可見高光譜成像法測(cè)得的顏色可以較好地復(fù)現(xiàn)7粒祖母綠不同顏色區(qū)域的顏色和不同樣品間的顏色差異。與樣品目視色感匹配最好的仍是亮域模擬復(fù)現(xiàn)的顏色。7.84 0.34 7.649.56 3.22 9.578.27 2.7% 4.82注1：色度差為兩個(gè)顏色的色相和飽和度的總差值。1.2.2.5顏色屬性的相關(guān)性相關(guān)分析方法，對(duì)7粒祖母綠樣品臺(tái)面亮域、暗域及整體的實(shí)測(cè)顏色表與色相(h)進(jìn)行分析，結(jié)果詳見下由統(tǒng)計(jì)學(xué)分析可知，明度(L)與飽和度(C)在0.05級(jí)別(雙尾)Table6.CorrelationAnalysisResultsofColorCharacterizationParahLChLL1Sig.(雙尾)CSig.(雙尾)h1Sig.(雙尾)色相(h)在0.1級(jí)別(雙尾)也是相關(guān)的。這與藍(lán)寶石數(shù)據(jù)相關(guān)性分析的結(jié)果基本一致。1.2.3.1翡翠樣品顏色檢測(cè)重復(fù)性驗(yàn)證為了驗(yàn)證高光譜法在珠寶玉石實(shí)際樣品檢測(cè)的穩(wěn)定性，我們對(duì)翡翠樣品進(jìn)行了重復(fù)性檢測(cè)。在重復(fù)性測(cè)試中，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差均小于2%,因此高光譜法在翡翠顏色的實(shí)測(cè)中重復(fù)性較好，具有良好1.2.3.2不同“種”“色”的翡翠實(shí)測(cè)XYZYXyLabLCh翡翠重復(fù)性檢測(cè)_1表13翡翠顏色參數(shù)數(shù)據(jù)匯總表編號(hào)XYZYxyRGBLabLCh戒面_1正綠蛋清地44.3564.2144.8664.210.28910.418584.08-43.523.6984.0849.54151.43戒面_2豆綠豆地37.8254.6643.3954.660.27830.40239978.84-41.0316.3278.8444.15158.31戒面_3豆綠瓜地36.9447.0643.3247.060.29010.369674.23-248.4474.2325.44160.62戒面_4青豆粗瓜地42.6955.5453.1355.540.2820.36779.35-28.076.9279.3528.91166.15戒面_5正綠粗豆地42.3755.6152.8655.610.28090.368679.39-29.167.2479.3930.05166.05危料戒面_1細(xì)冰地28.8334.8139.0434.810.28070.33965.6-15.77-1.4265.615.83185.15對(duì)于翡翠樣品的初步檢測(cè)效果也是較好的，可較準(zhǔn)確的區(qū)分不同“種”“色”的翡翠樣品。如危料的翡翠較其他的翡翠其色相角有明顯的不同，顯著偏向于藍(lán)色，而其他翡翠明顯偏于黃色，即使亮麗的顏色是珠寶玉石的重要特性，也是其價(jià)色法，該方法要求具備實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)比色樣品，對(duì)人員要求高，且易受到外界環(huán)境、人