[发明专利]抛光的宝石中的夹杂物检测

说明书

技术领域

本发明涉及抛光的宝石中的3D模型生成和夹杂物检测。具体地但不排他地，本发明涉及钻石中的夹杂物检测。

背景技术

抛光过的宝石的市场价值取决于它的色泽、切工比例、内部净度和重量，公知为“4C”。确定抛光过的宝石的色泽、切工和重量相对简单，但是通常较难以客观确定的是净度。钻石的净度是由其内部的夹杂物的尺寸、数量和分布状态所确定的。这里和钻石工业中都通常采用的术语“夹杂物”的广义含义，涵盖裂缝和其它大的缺陷、以及非钻石材料或者其它菱形晶体的夹杂物，它们在例如x10的既定放大倍率下是可见的。

使用现有方法可能不能从外观上准确评定材料的内部净度。这是因为观察钻石的便利性受到由于钻石的(切割)形状所造成光的折射和散射的影响。

在过去已经建立用于确定钻石的外部形状的技术。这种技术通常包括从多个不同方向获得的钻石的轮廓或系列图像的结果。接着结合图像以形成表面的三维绘图。这种技术的例子在US 4529305、US 5544254、和US6567156中有所描述。然而，这些文献没有提供有关确定钻石的内部净度的信息。

原则上，这些限制中的一些可以通过折射指数匹配技术来克服，其中待检查的目标被沉浸在包含具有与被检查下的材料相同或类似的折射系数的液体的槽中。然而，对于钻石来说，没有与其的高折射系数(n＝2.42)匹配的合适液体。此外，这是一个复杂且劳动强度大的过程，并且可用的这种液体是有毒的。

X射线微断层图像可以提供钻石的外部形状和内部特性两者的信息。在这些波长条件下钻石的折射系数更加接近于1，并且这便于对内部微观结构的研究。在SkyScan(www.skyscan.be/next/application0601.htm)描述了这种的一个例子。然而，这个技术在许多应用场合太慢以致于不实用。

WO 02/46725公开了一种用于定位钻石中的夹杂物的可替换方法和装置。每个夹杂物必须首先由操作者识别。接着，钻石被平移和旋转，这样，可以从多个不同方向观察夹杂物。每次进行平移和旋转时，操作者必须再次识别夹杂物。结果，这种技术还是太慢，并且难以被用于自动化。

此外，上面所描述的技术通常可以应用到粗糙(未磨光)宝石的夹杂物检测。在已抛光过的宝石内的光的性质更难以精确地模型化，因为在这种宝石的多个刻面上存在多次内部反射。

期望地，提供一种能够在抛光过的宝石中自动识别(即不需要操作者的识别)夹杂物并且定位它们的技术。还期望地，提供一种用于生成宝石的3D模型的改进技术。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于获得宝石的3D模型的方法。该方法包括以系列离散增量旋转宝石。在宝石的每个旋转位置，用准直光照射宝石并且记录轮廓图像。在每个旋转位置，(在进一步旋转之前)还用漫射光照射宝石，并且记录漫射图像。使用包含在轮廓图像和漫射图像中的信息获得宝石表面的3D模型。

可以通过分析轮廓图像以获得初始3D模型。接着，可以使用包含在漫射图像中的信息精化这个初始3D模型。该精化可以包括将模型中的刻面边缘与漫射图像中的边缘对准，其可以包括沿与初始模型边缘相垂直的方向在每个漫射图像中采样一个区域，并且求出所述区域的中心条中最大坡度的位置。

该方法还可以延伸用于在识别夹杂物。可以在漫射图像中识别特征并且在后续的漫射图像之间追踪特征。考虑光射线被宝石的反射和折射，被追踪的特征可以相对于宝石的3D模型定位。随后，可以将部分或全部被定位的特征识别为夹杂物。实际上，即便不使用包含在漫射图像中的信息精化，仅采用(由漫射图像获得的)初始3D模型，该方法也是可行的。

由于在钻石的同一旋转位置获得轮廓图像和漫射图像(并且优选地通过同一成像装置观察)，3D模型应该非常接近地匹配用来追踪特征的漫射图像。

宝石可以绕着基本垂直于宝石的切平面刻面的轴线旋转。通过一个或多个照相机可以记录这些图像，并且，在一个具体实施例中，在相对于宝石的旋转轴线的不同位置使用两个照相机。

可以用大体指向宝石的腰棱的腰棱照相机记录轮廓图像。可以通过腰棱照相机和大体指向宝石的亭部的亭部照相机记录漫射图像。

对于成像系统，有利之处在于提供一种正面投影图，即成像系统在目标空间中可以是焦阑的，使得在无穷远处的观察点是有效的。