Способ и система для определения чистоты алмаза
Изобретение относится к системе и способу определения чистоты драгоценного камня, в частности определения чистоты алмаза. Способ, осуществляемый с использованием компьютеризированной системы для оценки чистоты алмаза, при этом компьютеризированная система включает в себя устройство получения оптического изображения, процессор, предварительно обученную нейронную сеть и модуль вывода, функционально соединенные вместе, причем упомянутый способ включает этапы, на которых: (i) получают с помощью устройства получения оптического изображения одно или более множеств изображений осевой проекции алмаза с различной глубиной фокуса, в котором глубина фокуса определяется высотой алмаза, а множество изображений осевой проекции получают в среде, имеющей заданный постоянный уровень освещенности, и осевая проекция определяется как вид на алмаз в направлении центральной оси, перпендикулярной к площадке алмаза и проходящей через вершину павильона алмаза, а высота алмаза определяется как длина центральной оси алмаза, (ii) в процессоре объединяют множество осевых проекций для образования одного или нескольких одиночных оптических изображений, при этом одиночное изображение содержит дефекты в фокусе из множества осевых проекций, так что дефекты не в фокусе из множества осевых проекций внутри алмаза отбрасываются, (iii) устанавливают в предварительно обученной нейронной сети регрессивное значение, связанное со степенью чистоты упомянутого алмаза, на основе одного или более одиночных изображений, полученных на этапе (i), при этом предварительно обученную нейронную сеть предварительно обучают с использованием одного или более одиночных оптических изображений, полученных из множества алмазов, каждому из которых присвоена заранее назначенная степень чистоты, и при этом одно или более одиночных оптических изображений, полученных из группы алмазов, получают с помощью того же процесса, что и на этапе (i), и получают в среде с заданным постоянным уровнем освещенности, таким же, как и в (i), и (iv) в модуле вывода устанавливают степень чистоты алмазу (i) путем корреляции регрессивного значения из (ii) со степенью чистоты. Техническим результатом является увеличение воспроизводимости результатов при оценке чистоты алмазов. 2 н. и 25 з.п. ф-лы, 15 ил., 1 табл.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к системе и способу определения чистоты драгоценного камня. В частности, настоящее изобретение предоставляет систему и способ определения чистоты алмаза.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как известно, алмазы являются ключевым компонентом, используемым во многих предметах роскоши, в частности в ювелирных изделиях, и могут иметь очень большую стоимость.
Стоимость алмаза зависит от нескольких физических свойств алмаза, и существует четыре общепринятых стандарта, используемых для оценки качества алмаза, обычно известных как 4C: чистота, цвет, огранка и вес в каратах.
Например, Геммологический Институт Америки (GIA) имеет следующие степени чистоты:
ШКАЛА ЧИСТОТЫ GIA
| БЕЗУПРЕЧНЫЙ | НЕТ НИКАКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ | VVS1 | VVS2 | VS1 | VS2 | SI1 | SI2 | I1 | I2 | I3 |
| Мельчайшие включения | Очень незначительные включения | Заметные включения | Включения очевидны |
Для оценки чистоты алмаза необходимо определить количество, размер и положение дефектов в камне.
От условий образования алмаза под землей до технологий обработки, выполняемых человеком на алмазе, различные дефекты могут быть образованы внутри алмаза или на нем.
Внутри алмаза могут быть примеси, пустоты и трещины, которые считаются внутренними дефектами. На поверхности алмаза могут быть недополированные неровности и царапины, которые считаются внешними дефектами.
Эти внутренние и внешние характеристики также важны для алмаза, поскольку они могут быть одним из уникальных опознавательных знаков или “родимых пятен”, которые можно использовать для идентификации конкретного алмаза.
В настоящее время наиболее распространенными способами определения чистоты алмаза является проведение обученным человеком визуального осмотра под 10-кратным увеличением.
Специалисты-геммологи в течение нескольких месяцев обучаются на стандартных образцах с разным типом дефектов, чтобы камень при оценке разными людьми давал один и тот же результат оценки.
Однако даже при стандартизированных процедурах обучения и оценки повторяемость не может быть гарантирована, включая по меньшей мере неизбежную проблему субъективного человеческого суждения.
Кроме того, оценка одного и того же алмаза одним и тем же лицом в разное время может также привести к присвоению одному и тому же алмазу одним и тем же лицом разных степеней чистоты. Это также может быть связано с усталостью зрения человека, разные выводы об одном и том же алмазе могут быть сделаны до и после оценки множества разных камней.
Таким образом, даже подготовленные и опытные профессиональные геммологи все еще испытывают трудности с обеспечением воспроизводимости при оценке чистоты алмазов.
ЦЕЛЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является предоставление системы и способа определения чистоты драгоценного камня, в частности алмаза, которые преодолевают или по меньшей мере частично устраняют по меньшей мере некоторые недостатки, связанные с известным уровнем техники.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В первом аспекте настоящее изобретение предоставляет способ, реализуемый с использованием компьютеризированной системы для оценки чистоты алмаза, при этом компьютеризированная система включает в себя устройство получения оптического изображения, процессор, предварительно обученную нейронную сеть и модуль вывода, функционально соединенные вместе, при этом упомянутый способ включает этапы, на которых:
(i) получают с помощью устройства получения оптического изображения одно или более множеств изображений осевой проекции алмаза с различной глубиной фокуса, в котором глубина фокуса определяется высотой алмаза, а множество изображений осевой проекции получают в среде, имеющей заданный постоянный уровень освещенности, и осевая проекция определяется как вид на алмаз по направлению центральной оси, перпендикулярной к площадке алмаза и проходящей через вершину павильона алмаза, а высота алмаза определяется как длина центральной оси алмаза,
(ii) в процессоре объединяют множество осевых проекций для образования одного или нескольких одиночных оптических изображений, при этом одиночное изображение содержит дефекты в фокусе из множества осевых проекций, и так что дефекты не в фокусе из множества осевых проекций внутри алмаза отбрасываются;
(iii) устанавливают в предварительно обученной нейронной сети регрессивное значение, связанное со степенью чистоты упомянутого алмаза, на основе одного или более одиночных изображений, полученных на этапе (i); при этом предварительно обученную нейронную сеть предварительно обучают с использованием одного или более одиночных оптических изображений, полученных из множества алмазов, каждому из которых присвоена заранее назначенная степень чистоты, и при этом одно или более одиночных оптических изображений, полученных из группы алмазов, получают с помощью того же процесса, что и на этапе (i), и получают в среде с заданным постоянным уровнем освещенности, таким же, как и в (i); и
(iv) в модуле вывода устанавливают степень чистоты алмазу (i) путем корреляции регрессивного значения из (ii) со степенью чистоты.
Высота алмаза может быть определена по оптическому изображению, полученному с помощью дополнительного устройства получения оптического изображения, расположенного перпендикулярно центральной оси алмаза.
Различная глубина фокуса скорректирована с помощью показателя преломления алмаза.
Наблюдаемая глубина резкости Dapparent для фокусировки может быть скорректирована по формуле:
,
где ndiamond ≈ 2.42.
Заданный постоянный уровень освещенности предпочтительно имеет цветовую температуру 6500 К.
Множество изображений осевой проекции алмаза можно получить в системе фотометрических шаров.
Источник света, обеспечивающий упомянутый заданный уровень света, может быть выбран из группы, включающей в себя источник света на светодиодах (светоизлучающих диодах), источник света на Xeon-лампе, источник света накаливания и источник света на люминесцентной лампе, имитатор солнечного излучения и т.п.
Устройство получения оптического изображения может быть цифровой камерой. Устройство получения оптического изображения является монохроматическим или полихроматическим устройством.
Вокруг упомянутой центральной оси может быть получено множество изображений осевой проекции алмаза.
Множество изображений осевой проекции упомянутого множества алмазов получают вокруг упомянутой центральной оси.
Одно или более множеств изображений осевой проекции алмаза могут быть получены с использованием методов расширенного динамического диапазона (HDR).
Одно или более множеств изображений осевой проекции упомянутого множества алмазов могут быть получены с использованием методов расширенного динамического диапазона (HDR).
Коррекция плоского поля может быть использована при получении одного или более множеств изображений осевой проекции алмаза.
Коррекция плоского поля может быть использована при получении одного или более множеств изображений упомянутого множества осевой проекции алмазов.
Осевая проекция может быть видом в направлении площадки алмаза.
Осевая проекция может быть видом в направлении павильона алмаза.
Во втором аспекте настоящее изобретение предоставляет компьютеризированную систему для оценки чистоты алмаза в зависимости от внутренних дефектов в алмазе, при этом компьютеризированная система содержит устройство получения оптического изображения, процессор, предварительно обученную нейронную сеть и модуль вывода, функционально соединенные вместе, причем упомянутый способ включает этапы:
(i) устройство получения оптического изображения для получения одного или более множеств изображений осевой проекции алмаза с различной глубиной фокуса, при этом глубина фокуса определяется высотой алмаза, а множество изображений осевой проекции получают в среде, имеющей заданный постоянный уровень освещенности, и при этом осевая проекция определяется как вид на алмаз по направлению центральной оси, перпендикулярной площадке алмаза и проходящей через вершину павильона алмаза, а высота алмаза определяется как длина центральной оси алмаза,
(ii) процессор, связанный с устройством получения изображения, для объединения группы осевых видов для образования одного или более одиночных оптических изображений, при этом одиночное изображение содержит дефекты в фокусе из группы осевых видов, и так, что дефекты не в фокусе из группы аксиальных изображений внутри алмаза отбрасываются;
(iii) предварительно обученную нейронную сеть, взаимодействующую с процессором и обеспечивающую регрессивное значение, связанное с степенью чистоты упомянутого алмаза, на основе одного или нескольких одиночных изображений упомянутого алмаза, полученных устройством получения оптического изображения, при этом предварительно обученная нейронная сеть предварительно обучена с использованием одного или более одиночных оптических изображений, полученных из множества алмазов, каждому из которых присвоена заранее назначенная степень чистоты, и при этом одно или более одиночных оптических изображений, полученных из множества алмазов, получают с помощью того же процесса, что и на этапе (i), и получают в среде, имеющей заданный постоянный уровень освещенности, такой же, как и в (i); и
(iv) модуль вывода, взаимодействующий с предварительно обученной нейронной сетью и предназначенный для обеспечения степени чистоты алмаза посредством корреляции регрессивного значения со степенью чистоты.
Компьютеризированная система может дополнительно содержать источник света для обеспечения упомянутого постоянного уровня света с цветовой температурой 6500 К. Источник света может быть выбран из группы, включающей в себя источник света на светодиодах (светоизлучающих диодах), источник света на Xeon-лампе, источник света накаливания и источник света на люминесцентной лампе, имитатор солнечной энергии и т.п.
Компьютеризированная система может дополнительно содержать систему фотометрических шаров, в которых находится алмаз при получении по меньшей мере первого оптического изображения.
Компьютеризированная система может дополнительно содержать поворотную платформу, способную вращаться вокруг упомянутой центральной оси и внутри системы фотометрических шаров, при этом поворотная платформа обеспечивает вращение алмаза вокруг центральной оси, так что группа оптических изображений алмазов может быть получена устройством получения оптического изображения.
Устройство получения оптического изображения может быть цифровой камерой. Устройство получения оптического изображения может быть монохроматическим или полихроматическим.
Система может дополнительно содержать дополнительное оптическое устройство получения оптического изображения на виде сбоку алмаза, чтобы обеспечить определение высоты алмаза.
Осевая проекция может быть видом в направлении площадки алмаза. Осевая проекция может быть видом в направлении павильона алмаза.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Чтобы можно было получить более точное понимание изложенного выше изобретения, более подробное описание изобретения, кратко описанного выше, будет представлено со ссылкой на его конкретные варианты осуществления, которые проиллюстрированы на прилагаемых чертежах. Чертежи, представленные здесь, могут быть выполнены не в масштабе, и любые ссылки на размеры на чертежах или последующее описание относятся к раскрытым вариантам осуществления.
На фиг. 1 показано схематическое изображение варианта осуществления системы согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2а показана блок-схема способа согласно настоящему изобретению.
На фиг. 2b показана блок-схема варианта осуществления способа согласно настоящему изобретению.
На фиг. 3а схематически изображен вариант осуществления способа согласно настоящему изобретению.
На фиг. 4а показано фотографическое представление изображения площадки алмаза в фокусе.
На фиг. 4b показано фотографическое представление изображения, сфокусированного в середине алмаза на фиг. 4а.
На фиг. 4с показано фотографическое представление изображения, сфокусированного вглубь алмаза на фиг. 4а и 4б.
На фиг. 4d показано фотографическое представление изображения объединенного изображения, сохраняющего все признаки в фокусе при различной глубине фокуса, как это было получено на фиг. 4a, 4b и 4c; На фиг. 5а показано фотографическое представление изображения алмаза с высокой экспозицией с переэкспонированными признаками на отражающих гранях.
На фиг. 5b показано фотографическое представление изображения алмаза на фиг. 5а с низкой экспозицией.
На фиг. 5с показано фотографическое представление изображения алмаза на фиг. 5а с очень низкой экспозицией.
На фиг. 5d показано фотографическое представление изображения алмаза на фиг. 5а с объединенным фокусом объективов, сохраняющим признаки на отражающих гранях.
На фиг. 6а показано изображение алмаза без коррекции плоского поля.
На фиг. 6b показано изображение плоского поля.
На фиг. 6с показано скорректированное по плоскому полю изображение алмаза фиг. 6а с одинаковой яркостью и фоном.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Авторы настоящего изобретения выявили недостатки в том, как выполняется оценка чистоты алмазов, и после выявления проблем известного уровня техники обеспечили систему и способ, которые преодолевают проблемы известного уровня техники и обеспечивают систему и способ, которые являются более последовательными и надежными.
1. Настоящее изобретение
Ниже представлены следующие варианты осуществления настоящего изобретения:
1.1 Предварительная обработка
В вариантах осуществления настоящего изобретения предварительная обработка способа оценки чистоты обученной нейронной сети включает в себя несколько этапов. Предварительная обработка применяется к фотографиям с различной глубиной фокуса по отношению к алмазу. Этапы предварительной обработки включают в себя:
(i) HDR (Расширенный динамический диапазон)
Включения, иначе называемые дефектами или неоднородностями, в драгоценном камне имеют различный размер и цвет. Поэтому разные включения имеют разную видимость в поле зрения камеры.
Некоторым более мелким включениям для захвата требуется более сильное освещение или более длительное время выдержки камеры. Однако, если для малозаметных включений установлено очень длительное время экспозиции, некоторые грани и включения высокой видимости драгоценного камня могут оказаться переэкспонированными.
Поэтому серию изображений предпочтительно делать с разным временем экспозиции или интенсивностью света. Захваченная серия изображений содержит включения как высокой, так и низкой видимости. Затем серии изображений объединяют для образования одиночного изображения. Этот способ представляет собой способ расширенного динамического диапазона (HDR).
(ii) Объединение фокусов объективов
Включения драгоценного камня распределены в трехмерном объеме. Следовательно, для захвата всех включений всего драгоценного камня необходима серия изображений, сделанных с различной глубиной фокуса.
Чтобы получить изображение драгоценного камня со всеми включениями драгоценного камня, объединяют серии изображений с разным фокусом.
Для процесса объединения информация в фокусе сохраняется, а информация не в фокусе отбрасывается, образуя изображение со всеми включениями в условиях фокусировки.
(iii) Коррекция плоского поля
Коррекция плоского поля - это метод исправления артефактов изображения, вызванных изменением чувствительности пикселей.
Изменение чувствительности обычно вызвано двумя факторами. Во-первых, это характеристика пикселей на электронном уровне. Поскольку невозможно идеально спроектировать каждый пиксель на детекторе камеры, чтобы он был точно таким же, существуют различия в чувствительности от пикселя к пикселю на каждом детекторе камеры. Второй обычной причиной вариации является оптическая конструкция.
Объединение объективов в камере может привести к изменению яркости изображения. Самый распространенный случай - затемнение периметра изображения.
Изменение чувствительности пикселей может быть скорректировано, сделав несколько изображений F с плоским полем на пустом и чистом фоне в условиях рабочего освещения.
Изображение D в темном поле также можно получить, закрыв камеру, чтобы заблокировать весь свет.
Изображение в темном поле иногда может быть опущено, поскольку оно обычно имеет низкое значение пикселей, особенно для высококачественной камеры.
Затем можно выполнить коррекцию плоского поля с необработанным изображением R для получения скорректированного изображения C с коэффициентом m, который представляет собой усредненное значение изображения (F - D) или целевое значение.
C = ((R-D)*m)/((F-D)).
(iv) Удаление фона
Удаление фона также может быть выполнено, чтобы обеспечить улучшенное обучение нейронной сети и улучшенное определение степени чистоты.
(v) Изменение размера и обрезка
Изображения алмазов обрезаны от фона по периферии.
Разные алмазы могут иметь разный размер. Поэтому размеры изображений изменяются для достижения постоянного размера и разрешения друг с другом.
Изменение размера и обрезка являются предпочтительными и не обязательно могут быть реализованы в каждом аспекте изобретения.
(vi) Ротация для увеличения данных
Можно получить несколько изображений вокруг оси алмаза для улучшения обучения нейронной сети и более точного определения степени чистоты.
1.2 Обработка нейронной сети
(i) Регрессия
Предварительно обработанные изображения вводят в сверхточную нейронную сеть (CNN) для обучения чистоты и прогнозирования.
Поскольку на чистоту драгоценного камня влияет тип и положение включения, степень чистоты драгоценного камня представляет собой отдельную проблему классификации. Однако, поскольку на чистоту также влияет размер, цвет и количество включений, чистота драгоценных камней также обладает определенными непрерывными свойствами.
Таким образом, оценка чистоты искусственного интеллекта (ИИ) с использованием нейронной сети не так проста, как классическая задача классификации.
Например, есть камни с чистотой VS1, но довольно близкой к следующей степени VVS2 чистоты, так как камни имеют размер включений, граничный с VVS2. В случае оценки чистоты с помощью искусственного интеллекта (ИИ) изображение вводится в CNN для захвата абстрактных характеристик из изображения чистоты.
Характеристики анализируют с помощью способа регрессии, чтобы учесть постоянные свойства чистоты. Результатом регрессии является постоянное значение, а не дискретная степень.
(ii) Процесс ротации
Из-за распределения включений в трехмерном объеме драгоценного камня, он может выглядеть по-разному при разных углах поворота, поскольку ракурс просмотра различен.
Следовательно, оценка чистоты драгоценного камня ИИ с использованием нейронной сети может давать разные результаты при разных углах поворота.
В традиционной задаче классификации ИИ способ голосования обычно используют для определения наиболее подходящего или возможного результата.
Однако в случае драгоценного камня геммолог оценивает чистоту драгоценного камня, как определено авторами настоящего изобретения, на основе общего рассмотрения вместо того, чтобы голосовать за чистоту под разными углами.
Следовательно, чтобы имитировать реальную ситуацию с оценкой чистоты, может быть использовано усреднение результатов чистоты под разными углами.
В предпочтительных вариантах осуществления вокруг оси алмаза получают множество фотографических изображений, например, 40 различных изображений, отстоящих друг от друга на 9 градусов, поскольку чистота может казаться разной из-за видимости включений под определенными углами обзора.
Такие мультиракурсы можно использовать как для оценки чистоты алмаза, так и для обучения нейронной сети с алмазами заранее заданной степени чистоты.
1.3 Интерпретация данных
Область чистоты
При сочетании регрессии и среднего или других подобных способов статистического анализа, регрессивные значения под разными углами объединяют путем усреднения, чтобы получить окончательное регрессивное значение.
Регрессивное значение означает положение драгоценного камня между различными степенями чистоты.
Например, 1,0 соответствует степени VVS2 чистоты, а 2,0 соответствует степени VS1 чистоты. Драгоценный камень с регрессивным значением 1,3 означает, что он имеет степень VVS2 чистоты, поскольку он ближе к 1,0, как показано ниже:
| Регрессивное значение | <0,5 | [0,5, 1,5) | [1,5, 2,5) | [2,5, 3,5) | [3,5, 4,5) | [4,5, 5,5) |
| Степень чистоты | VVS1 | VVS2 | VS1 | VS2 | SI1 | SI2 |
Это регрессивное значение также означает, что чистота драгоценного камня близка к чистоте VS1, но не к чистоте VVS1.
Для этого в дополнение к существующим системам чистоты, таким как система оценки чистоты GIA, введено новое понятие “область чистоты”.
Драгоценный камень с регрессивными значениями между двумя последовательными целыми числами считается одной и той же областью чистоты.
2. Примеры и варианты осуществления изобретения
На фиг. 1 показано схематическое представление системы 100 в соответствии с настоящим изобретением. Система 100 включает в себя устройство 110 получения оптического изображения, в соединении 112 с процессором 130, который находится в соединении 132 с нейронной сетью 120. Обеспечено устройство 340 вывода, которое поддерживает связь 125 с нейронной сетью 120.
Система 100 включает в себя систему, объединяющую сферы 150, в которых находится алмаз 315 при получении группы оптических изображений.
Устройство 110 получения оптического изображения представляет собой цифровую фотокамеру или другое устройство, такое как ПЗС-камера и т.п., которое позволяет получать оптическое изображение алмаза 115, расположенного таким образом, чтобы иметь возможность получать изображения алмаза сверху алмаза 115 в направлении к площадке алмаза. В этом примере алмаз 115 расположен площадкой вниз. Алмаз поддерживается оптически прозрачной платформой 117, которая может быть образована, например, тонким слоем кварца, чтобы через нее можно было получать изображения.
Система 100 может включать в себя другое устройство 111 получения оптического изображения для просмотра алмаза в направлении к павильону алмаза 115.
Таким образом и в соответствии с настоящим изобретением осевые виды алмаза 115 могут быть получены при различных фокусных расстояниях.
Осевая проекция определяется как вид на алмаз 115 по направлению центральной оси, перпендикулярной площадке алмаза 115 и проходящей через вершину павильона алмаза.
Высота алмаза определяется как длина центральной оси, перпендикулярной площадке алмаза 115 и проходящей через вершину павильона алмаза.
В соответствии с настоящим изобретением осевая проекция алмаза 115 может быть видом в направлении площадки алмаза 115. Такой вид представляет собой вид сверху на алмаз сверху алмаза 115 и взгляд прямо на площадку алмаза 115.
В качестве альтернативы осевая проекция алмаза 115 может быть видом в направлении к павильону алмаза 115. Такой вид представляет собой вид снизу на алмаз 115 снизу алмаза 115 и вид непосредственно на павильон алмаза 115.
Понятно, что в качестве альтернативы может быть использовано одно устройство получения оптического изображения в сочетании с соответствующим держателем для переворачивания алмаза, чтобы обеспечить виды как площадки, так и павильона алмаза 115.
Дополнительное устройство 116 получения оптического изображения установлено для получения боковых видов алмаза 115, которые могут быть использованы для определения высоты алмаза 115 и которое связано с процессором 130.
Система 100 включает в себя источник 118 света для обеспечения упомянутого постоянного уровня света с цветовой температурой 6500 К. Источник света выбирают из группы, включающей в себя источник света на светодиодах (светоизлучающих диодах), источник света на Xeon-лампе, источник света накаливания и источник света на люминесцентной лампе, имитатор солнечной энергии и т.п.
Платформа 117 может вращаться вокруг упомянутой центральной оси алмаза 115 и внутри системы фотометрических шаров 150, при этом поворотная платформа 117 обеспечивает вращение алмаза вокруг центральной оси, так что группа оптических изображений алмазов может быть получена устройством 110 получения оптического изображения.
Система 100 может быть обеспечена как один узел, а все части системы 100 могут быть обеспечены как единое целое устройство.
Альтернативно, целые числа системы 100 могут быть обеспечены отдельно, и нейронная сеть 120 может быть обеспечена либо в соседнем месте, например, с сенсорным устройством ввода и узлом 140 визуального отображения, либо в удаленном месте и в соединении с чувствительным к прикосновениям устройством ввода и узлом 140 визуального отображения посредством телекоммуникационной сети.
Ссылаясь теперь на фиг. 2а, на которой показана блок-схема способа 200а изобретения, и фиг. 2b, на которой показана блок-схема варианта осуществления способа 200b настоящего изобретения, и на фиг. 3а, на которых схематично изображен способ по настоящему изобретению, который может быть реализован в системе, показанной на фиг. 1.
Способ 200а по настоящему изобретению осуществляется с использованием компьютеризированной системы 100, показанной на фиг. 1, для оценки чистоты алмаза в зависимости от внутренних дефектов в алмазе, при этом компьютеризированная система включает в себя устройство получения оптического изображения, модуль процессора, нейронную сеть и модуль вывода, оперативно соединенные вместе.
Способ 200а включает в себя этапы:
Первый этап 210а - Получение с помощью устройства получения оптического изображения, такого как устройство 110 получения оптического изображения на фиг. 1, одного или более множеств изображений осевой проекции алмаза с различной глубиной фокуса, при этом глубина фокуса определяется высотой алмаза, и множество изображений осевой проекции получают в среде, имеющей заданный постоянный уровень освещенности, и при этом осевая проекция определяется как вид по нормали к площадке алмаза, и высота алмаза определяется как длина центральной оси, перпендикулярной площадке алмаза и проходящей через вершину павильона алмаза.
Осевая проекция определяется как вид на алмаз по направлению центральной оси, перпендикулярной к площадке алмаза и проходящей через вершину павильона алмаза, а высота алмаза определяется как длина центральной оси, перпендикулярной площадке алмаза и проходящей через вершину павильона алмаза.
В соответствии с настоящим изобретением осевая проекция алмаза может быть видом в направлении к площадке алмаза. В качестве альтернативы осевая проекция алмаза может быть видом в направлении павильона алмаза. Второй этап 220a - В процессорном модуле, таком как процессорный модуль 130 на фиг. 1, объединение множества осевых проекций для образования одного или нескольких одиночных оптических изображений, при этом одиночное изображение содержит дефекты в фокусе из множества осевых проекций и так, что дефекты не в фокусе из множества аксиальных изображений внутри алмаза отбрасывают.
Третий этап 230a - в предварительно обученной нейронной сети, такой как предварительно обученная нейронная сеть 120 на фиг. 1, получение регрессивного значения, связанного с степенью чистоты упомянутого алмаза, на основе одного или более одиночных изображений, полученных на этапе (i); при этом предварительно обученная нейронная сеть предварительно обучена с использованием одного или более одиночных оптических изображений, полученных из множества алмазов, каждому из которых присвоена заранее назначенная степень чистоты, и при этом одно или более одиночных оптических изображений, полученных из группы алмазов, получают с помощью того же способа, что и на этапе (i), и получают в среде с заданным постоянным уровнем освещенности, таким же, как и в (i).
Четвертый этап 240а - из модуля вывода, такого как модуль 140 вывода на фиг. 1, получение степени чистоты алмазу (i) путем корреляции регрессивного значения из (ii) со степенью чистоты.
Высота алмаза может быть определена по оптическому изображению, полученному с помощью дополнительного устройства получения оптического изображения, расположенного перпендикулярно центральной оси алмаза, такого как устройство 116 получения оптического изображения на фиг. 1.
Наблюдаемая глубина резкости Dapparent для фокусировки может быть скорректирована по формуле:
,
где ndiamond ≈ 2.42.
С высотой камня, полученной из изображения сбоку, группа изображений алмаза с различной глубиной фокуса может быть получена перпендикулярно площадке для обнаружения дефектов. Это можно сделать, разделив высоту алмаза на соответствующие глубины фокуса.
Однако, поскольку изображение сбоку снимается в воздухе, а изображения, перпендикулярные площадке, должны быть сняты в алмазе, разница показателей преломления в воздухе (nair ≈ 1) и алмазе (ndiamond ≈ 2.42) будет влиять на определение глубины фокуса. Приняв аппроксимацию того, что угол падения светового луча мал по сравнению с изображениями, снятыми перпендикулярно площадке, наблюдаемая глубина Dapparent для фокусировки может быть скорректирована следующим образом:
вместо реальной глубины Dreal.
Заданный постоянный уровень освещенности находится в диапазоне цветовой температуры 6500 К.
Множество изображений осевой проекции алмаза получают в системе фотометрических шаров, и источник света, обеспечивающий упомянутый заданный уровень света, выбирают из группы, включающей в себя источник света на светодиодах (светоизлучающих диодах), источник света на Xeon-лампе, источник света накаливания и источник света на люминесцентной лампе, имитатор солнечного излучения и т.п.
Обращаясь теперь к фиг. 2b, в показанном варианте осуществления используют следующие этапы способа 200b:
этап (i) 210b - съемка множества изображений осевой проекции алмаза с различной глубиной фокуса,
этап (ii) 220b - проведение предварительной обработки оптических изображений и объединение множества изображений с различной глубиной фокуса для образования одного или нескольких одиночных оптических изображений в фокусе,
этап (iii) 230b - ввод предварительно обработанных изображений в предварительно обученную нейронную сеть, предварительно обученную таким же образом и в тех же условиях, что и в настоящем примере, с использованием алмазов заранее определенной степени чистоты,
этап (iv) 240b - определение абстрактных характеристик алмаза,
этап (v) 250b - анализ абстрактных характеристик способом регрессии,
этап (vi) 260b - определение регрессивного значения одного или более оптических изображений алмаза,
этап (vii) 270b - определение среднего регрессивного значения одного или более оптических изображений алмаза, и
этап (viii) 280b - определение степени чистоты алмаза.
Как показано на фиг. 3, на виде сбоку на высоту алмаза 300 показано множество изображений площадки 310 с различной глубиной фокуса от 1 до 5, что соответствует первому этапу способа. Высота h алмаза может быть определена по виду сбоку, который может быть получен с помощью устройства получения изображения, такого как цифровая камера или ПЗС-камера.
На фиг. 4а, 4b и 4с показаны фотографические изображения аксиальных изображений алмаза 400, при этом аксиальные изображения направлены в сторону площадки алмаза 400 в фокусе, сфокусированы посередине и сфокусированы вглубь алмаза соответственно.
На фиг. 4а показано фотографическое представление изображения площадки 410 алмаза 400 в фокусе. На фиг. 4b показано фотографическое представление изображения, сфокусированного в середине алмаза 400 на фиг. 4а. На фиг. 4c показано фотографическое представление изображения, сфокусированного глубоко в алмазе фиг. 4a и фиг. 4b, с использованием способа, как описано со ссылкой на фиг. 3;
На фиг. 4d показано фотографическое представление изображения объединенного изображения, сохраняющего все признаки в фокусе при различной глубине фокуса алмаза 400, как это было получено на фиг. 4a, 4b и 4c.
В соответствии с настоящим изобретением как обучение, так и оценка при использовании настоящего способа получения изображения для оценки чистоты и способом, соответствующим настоящему изобретению, предоставляют способ с повышенной точностью и согласованностью по сравнению с методами известного уровня техники.
В качестве дополнительного примера на фиг. 5а показано фотографическое представление аксиальных изображений алмаза 500, где аксиальные изображения направлены в сторону площадки алмаза 500 с высокой экспозицией с переэкспонированными признаками на отражающей грани, на фиг. 5b показано фотографическое представление изображения алмаза 500 на фиг. 5а с низкой экспозицией, на фиг. 5с показано фотографическое представление изображения алмаза с фиг. 5а с очень низкой экспозицией, и на фиг. 5d показано фотографическое представление изображения алмаза с фиг. 5а-5с с объединенным фокусом с сохранением признаков на отражающих гранях.
В качестве другого примера на фиг. 6а показаны аксиальные изображения алмаза 600, где аксиальные изображения расположены в направлении к площадке алмаза 610 без коррекции плоского поля; на фиг. 6b показано изображение 605 плоского поля; и на фиг. 6с показано изображение 615 алмаза 610 с фиг. 6а, скорректированное по плоскому полю, с однородной яркостью и фоном.
Такой способ, реализованный в машинной системе по настоящему изобретению, без проблемы зрительного утомления людей и с алгоритмом анализа дефектов, обеспечивает улучшенную и выгодную альтернативу с высокой повторяемостью по сравнению с известным уровнем техники.
Система и способ согласно настоящему изобретению также сокращают затраты и время на изготовление наборов эталонных камней и обучение профессионального геммолога. Это также может сократить время на обучение профессионального геммолога оценке чистоты.
Из-за визуальной природы оценки чистоты и присущей ей изменчивости оценку чистоты алмаза необходимо проводить в контролируемой среде. Это гарантирует, что условия освещения и фон для каждого алмаза будут такими же, как обеспечено настоящим изобретением.
Кроме того, контролируемая среда должна быть воспроизводимой в разных местах, чтобы люди в разных местах могли по-прежнему иметь одинаковую оценку чистоты алмаза, которую обеспечивает настоящее изобретение.
Система фотометрических шаров, используемая в предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения, помогает выполнять эту роль, поскольку интенсивность, спектр и однородность света можно хорошо контролировать и повторять, и как таковая система по настоящему изобретению может служить и обеспечивать оценку чистоты.
1. Способ, осуществляемый с использованием компьютеризированной системы для оценки чистоты алмаза, при этом компьютеризированная система включает в себя устройство получения оптического изображения, процессор, предварительно обученную нейронную сеть и модуль вывода, функционально соединенные вместе, причем упомянутый способ включает этапы, на которых:
(i) получают с помощью устройства получения оптического изображения одно или более множеств изображений осевой проекции алмаза с различной глубиной фокуса, в котором глубина фокуса определяется высотой алмаза, а множество изображений осевой проекции получают в среде, имеющей заданный постоянный уровень освещенности, и осевая проекция определяется как вид на алмаз в направлении центральной оси, перпендикулярной к площадке алмаза и проходящей через вершину павильона алмаза, а высота алмаза определяется как длина центральной оси алмаза,
(ii) в процессоре объединяют множество осевых проекций для образования одного или нескольких одиночных оптических изображений, при этом одиночное изображение содержит дефекты в фокусе из множества осевых проекций, так что дефекты не в фокусе из множества осевых проекций внутри алмаза отбрасываются,
(iii) устанавливают в предварительно обученной нейронной сети регрессивное значение, связанное со степенью чистоты упомянутого алмаза, на основе одного или более одиночных изображений, полученных на этапе (i); при этом предварительно обученную нейронную сеть предварительно обучают с использованием одного или более одиночных оптических изображений, полученных из множества алмазов, каждому из которых присвоена заранее назначенная степень чистоты, и при этом одно или более одиночных оптических изображений, полученных из группы алмазов, получают с помощью того же процесса, что и на этапе (i), и получают в среде с заданным постоянным уровнем освещенности, таким же, как и в (i), и
(iv) в модуле вывода устанавливают степень чистоты алмаза (i) путем корреляции регрессивного значения из (ii) со степенью чистоты.
2. Способ по п. 1, в котором высоту алмаза определяют по оптическому изображению, полученному с помощью дополнительного устройства получения оптического изображения, расположенного перпендикулярно центральной оси алмаза.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что разная глубина фокуса корректируется с помощью показателя преломления алмаза.
4. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором наблюдаемая глубина резкости Dapparent для фокусировки может быть скорректирована по формуле
,
где ndiamond ≈ 2.42.
5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что упомянутый постоянный уровень света имеет цветовую температуру 6500 К.
6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что множество изображений алмаза в осевой проекции получают в системе фотометрических шаров.
7. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором источник света, обеспечивающий упомянутый заданный уровень света, выбирают из группы, включающей в себя источник света на светодиодах (светоизлучающих диодах), источник света на Xeon-лампе, источник света накаливания и источник света на люминесцентной лампе, имитатор солнечного излучения и т.п.
8. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором устройство получения оптического изображения является цифровой камерой.
9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что устройство получения оптического изображения является монохроматическим или полихроматическим устройством.
10. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что изображение алмаза в осевой проекции получают вокруг упомянутой центральной оси.
11. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что множество изображений упомянутого множества алмазов в осевой проекции получают вокруг упомянутой центральной оси.
12. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором одно или более множеств изображений алмаза в осевой проекции получают с использованием методов расширенного динамического диапазона (HDR).
13. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором одно или множество изображений упомянутого множества алмазов в осевой проекции получают с использованием методов расширенного динамического диапазона (HDR).
14. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором при получении одного или множеств изображений алмаза в осевой проекции используют коррекцию плоского поля.
15. Способ по любому из предыдущих пунктов, в котором коррекцию плоского поля используют при получении одного или множества изображений осевого вида упомянутой группы алмазов.
16. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что осевая проекция алмаза представляет собой вид в направлении площадки алмаза.
17. Способ по любому из пп. 1-15, в котором осевая проекция алмаза представляет собой вид в направлении павильона алмаза.
18. Компьютеризированная система для оценки чистоты алмаза в зависимости от внутренних дефектов в алмазе, содержащая устройство получения оптического изображения, процессор, предварительно обученную нейронную сеть и модуль вывода, функционально соединенные вместе, причем упомянутая система включает:
(i) устройство получения оптического изображения для получения одного или более множеств изображений осевой проекции алмаза с различной глубиной фокуса, при этом глубина фокуса определяется высотой алмаза, а множество изображений в осевой проекции получают в среде, имеющей заданный постоянный уровень освещенности, и при этом осевая проекция определяется как вид на алмаз по направлению центральной оси, перпендикулярной площадке алмаза и проходящей через вершину павильона алмаза, а высота алмаза определяется как длина центральной оси алмаза,
(ii) процессор, связанный с устройством получения изображения, для объединения группы осевых видов для образования одного или более одиночных оптических изображений, при этом одиночное изображение содержит дефекты в фокусе из группы осевых видов, так что дефекты не в фокусе из группы аксиальных видов внутри алмаза отбрасываются,
(iii) предварительно обученную нейронную сеть, взаимодействующую с процессором и обеспечивающую регрессивное значение, связанное со степенью чистоты упомянутого алмаза, на основе одного или нескольких одиночных изображений упомянутого алмаза, полученных устройством получения оптического изображения, при этом предварительно обученная нейронная сеть предварительно обучена с использованием одного или более одиночных оптических изображений, полученных из множества алмазов, каждому из которых присвоена заранее назначенная степень чистоты, и при этом одно или более одиночных оптических изображений, полученных из множества алмазов, получают с помощью того же процесса, что и на этапе (i), и получают в среде, имеющей заданный постоянный уровень освещенности, такой же, как и в (i), и
(iv) модуль вывода, взаимодействующий с предварительно обученной нейронной сетью и предназначенный для обеспечения степени чистоты алмаза посредством корреляции регрессивного значения со степенью чистоты.
19. Компьютеризированная система по п. 18, дополнительно содержащая источник света для обеспечения упомянутого заданного постоянного уровня света с цветовой температурой 6500 К.
20. Компьютеризированная система по п. 18 или 19, в которой источник света выбран из группы, включающей в себя источник света на светодиодах (светоизлучающих диодах), источник света на Xeon-лампе, источник света накаливания и источник света на люминесцентной лампе, имитатор солнечного излучения и т.п.
21. Компьютеризированная система по любому из пп. 18-20, дополнительно содержащая систему фотометрических шаров, в которой находится алмаз при получении по меньшей мере первого оптического изображения.
22. Компьютеризированная система по любому из пп. 18-21, дополнительно содержащая поворотную платформу, способную вращаться вокруг упомянутой центральной оси и внутри системы фотометрических шаров, при этом поворотная платформа обеспечивает вращение алмаза вокруг центральной оси, так что группа оптических изображений алмазов может быть получена устройством получения оптического изображения.
23. Компьютеризированная система по любому из пп. 18-22, в которой устройство получения оптического изображения является цифровой камерой.
24. Компьютеризированная система по любому из пп. 18-23, в которой устройство получения оптического изображения является монохроматическим или полихроматическим.
25. Компьютеризированная система по любому из пп. 18-24, дополнительно содержащая дополнительное оптическое устройство для получения оптического изображения вида сбоку алмаза, чтобы обеспечить определение высоты алмаза.
26. Компьютеризированная система по любому из пп. 18-25, в которой осевая проекция алмаза представляет собой вид в направлении площадки алмаза.
27. Компьютеризированная система по любому из пп. 18-25, в которой осевая проекция алмаза представляет собой вид в направлении павильона алмаза.
