成像装置和用于该装置的系统的制作方法

本公开的各个方面涉及用于获取宝石样本的包含指示宝石样本属性的宝石数据的至少一个图像的成像装置，以及用于确定指示宝石样本属性的宝石参数的系统。

背景技术：

1、以下对背景的讨论仅旨在便于理解本公开。应当理解，该讨论并不承认或认定所提及的任何材料在本公开的优先权日期之前已在任何管辖范围出版、已知或是本领域技术人员的公知常识的一部分。

2、传统的宝石鉴定方法涉及使用诸如显微镜、偏光镜、二色镜、uv灯、光谱仪和折射仪等众多手持分析工具。为了鉴定宝石需要能够解释使用这些工具获得的结果的训练过的宝石学家。

3、这种传统的宝石鉴定方法耗时、昂贵，需要专业知识和众多分析工具。此外，由于没有用于确定宝石的颜色的客观的定量标准，由于人类视觉感知的个体性和观看宝石的环境条件的不一致性导致宝石颜色的确定是主观的。通常，取决于宝石学家的数据可视化和人类对数据的看法，宝石的鉴定是不一致的和/或不准确的，这会影响宝石的估值。

4、另外，宝石的可追溯性对于提供产销监管链实操的透明度至关重要，并且为宝石打上可唯一追踪的标识的惯例是宝石交易的先决条件。在宝石的刻面上激光刻字或用不可去除的dna信息标记宝石是已经开发的常规方法。然而，所述方法并不是完全可靠的，因为切割宝石时激光刻字会被擦除，并且用不可去除的dna信息标记宝石可能破坏宝石的天然晶格结构，从而影响宝石的价值。

5、因此，存在寻求解决上述问题中的至少一者的改进成像装置，和/或包括该改进成像装置的系统的需求。

技术实现思路

1、本公开被概念化为提供用于获取指示宝石样本属性的宝石数据的改进成像装置，以及包括该改进成像装置的用于基于宝石数据确定宝石参数的系统。为此，成像装置将各种宝石分析工具集成在单个装置中，所述装置还包括用于获取宝石样本的至少一个图像的检测器，所述图像包括宝石鉴定所需的宝石数据，所述宝石数据指示宝石样本属性，诸如其光学特性、几何特性、颜色、净度、产地以及内含物和/或生长结构的放大细节。本公开还包括一种系统，该系统包括与处理器进行数据通信的成像装置，所述处理器包括至少一个机器学习算法，用于分析宝石数据，并且所述系统基于宝石数据确定宝石参数。宝石参数可以帮助宝石样本鉴定。特别地，本公开提供了一种用于确定宝石颜色的客观和定量系统，该系统是独立于装置的，不受环境条件影响，并且提供了用于计算两颗宝石之间的色差，以及以一致的方式说明和比较宝石颜色的平台。另外，本公开提供了用于确定独特宝石签名以追踪宝石的方法，该方法保留了宝石的原始结构和价值。

2、因此，改进的成像装置和系统为宝石样本的快速、一致和准确鉴定提供了平台，并且消除了对经培训的宝石学家的需要，从而为各种各样的用户提供了高效且可供使用的平台。

3、根据本公开的第一方面，一种用于获取宝石样本的至少一个图像的成像装置，所述至少一个图像包括指示宝石样本属性的宝石数据，所述成像装置包括样本保持器，其配置为支撑所述宝石样本；电磁辐射源，其配置为产生用于透过/穿过所述宝石样本的激发波，以产生被所述宝石样本修改的透射波；至少一个光学仪器，其相对于所述样本保持器和所述电磁辐射源设置并光学对准，所述至少一个光学仪器配置为调制用于透过/穿过所述宝石样本的 所述激发波从而产生经修改的激发波，或调制所述透射波以产生经修改的透射波；以及检测器，其与所述样本保持器、所述电磁辐射源和所述至少一个光学仪器光学对准，其中，所述检测器配置为检测入射在所述检测器上的所述透射波和/或所述经修改的透射波，以获取所述宝石样本的所述至少一个图像。

4、在各种实施例中，所述至少一个光学仪器可以包括位于所述电磁辐射源与所述样本保持器之间的第一光学仪器，所述第一光学仪器配置为调制透过所述宝石样本的所述激发波，从而产生所述经修正的激发波，其中，所述第一光学仪器包括：第一偏振滤光片、光栅组件和/或棱镜组件。

5、在各种实施例中，所述至少一个光学仪器还可以包括位于所述样本保持器与所述检测器之间的第二光学仪器，所述第二光学仪器配置为调制所述透射波以产生经修改的透射波，其中，所述第二光学仪器包括第二偏振滤光片。

6、在各种实施例中，所述第一偏振滤光片和/或所述第二偏振滤光片配置为能够沿着所述第一偏振滤光片和/或所述第二偏振滤光片的水平轴和/或垂直轴旋转。

7、在各种实施例中，所述成像装置还可以包括提供与所述样本保持器、所述电磁辐射源、所述至少一个光学仪器和所述检测器光学对准的校准的折射计标尺，其中，所述至少一个光学仪器还包括：与所述样本保持器相邻设置的光学板或半球体或半圆柱体，所述光学板或半球体或半圆柱体配置为调制所述激发波以产生所述经修改的激发波；并调制所述透射波以产生所述经修改的透射波并且将所述经修改的透射波投影到所述校准的折射计标尺上。

8、在各种实施例中，所述样本保持器配置为能够沿着所述样本保持器的横坐标、纵坐标和/或竖轴旋转。

9、在各种实施例中，所述成像装置还可以包括与所述样本保持器相邻设置的样本室，所述样本室配置为容纳光学流体，其中，所述样本室还配置为接收支撑所述宝石样本的所述样本保持器，使得所述宝石样本悬浮在所述样本室中容纳的光学流体中。

10、在各种实施例中，所述激发波的波长范围在100至3000nm之间，可选地在250nm至700nm之间。

11、在各种实施例中，所述宝石样本的所述至少一个图像包括所述宝石样本的至少一个截面图像，沿着所述宝石样本的纵向平面、矢状面平面和/或横向平面获取各截面图像。

12、根据本公开的第二方面，提供了用于确定指示宝石样本属性的宝石参数的系统，所述系统包括第一方面的所述成像装置；与所述成像装置进行数据通信的处理器，所述处理器配置为：获得所述宝石样本的至少一个图像，该图像包含指示所述宝石样本属性的宝石数据；以及基于包含指示所述宝石样本属性的宝石数据的所述宝石样本的所述至少一个图像来确定所述宝石参数。

13、在各种实施例中，所述处理器包括用于确定所述宝石参数的至少一个机器学习算法，所述机器学习算法可选地包括深度学习算法。在一些实施例中，所述深度学习算法包括卷积神经网络算法、扩散模型和/或视觉转换器。

14、在各种实施例中，所述宝石参数可以包括指示所述宝石样本的光学特性的光学参数，其中，所述光学参数包含：折射率参数，其指示所述宝石样本的折射率；双折射参数，其指示与所述宝石样本的至少两个晶轴的所述折射率之间的差相关的双折射特性；多色性参数，其指示与所述宝石样本的至少两个晶轴的色谱相关的多色性特性；吸收参数，其指示与所述宝石样本的所述透射波的色散相关的特征吸收光谱；uv荧光和/或磷光参数，其指示与所述宝石样本的所述透射波相关的特征荧光和/或磷光。

15、在各种实施例中，所述宝石参数还可以包括指示所述宝石样本类别的物种参数，其中，确定所述物种参数是基于对所述宝石样本的所述折射率参数、所述双折射参数、所述多色性参数、所述吸收参数、所述uv荧光和/或磷光参数中的至少一者的确定。

16、在各种实施例中，其中，所述宝石参数还包括指示所述宝石样本的几何特性的几何参数，其中，所述几何参数包括：宝石形状参数，其指示所述宝石样本的形状和尺寸；刻面参数，其指示所述宝石样本的至少一个刻面的切工，其中，所述处理器还配置为：根据所述宝石样本的至少一个图像来构建所述宝石样本图像；将所述宝石样本图像与多个参考宝石样本图像中的各者进行比较，各参考宝石样本图像包含所述参考宝石样本的参考形状和尺寸，并且还包含所述参考宝石样本图像的至少一个刻面的参考切工；基于所述宝石样本图像与包括所述参考宝石样本图像的所述参考形状和尺寸的各参考宝石样本图像的比较来确定所述宝石形状参数；基于所述宝石样本图像与包括所述参考宝石样本图像的所述至少一个刻面的所述参考切工的各参考宝石样本图像的比较来确定所述刻面参数；以及基于所述宝石形状参数和/或所述刻面参数中的至少一者来确定所述几何参数。

17、在各种实施例中，所述宝石参数还可以包括指示所述宝石样本纯度的净度参数，其中，所述净度参数包括：内含物参数，其指示所述宝石样本中的一个或多个内含物特性，所述一个或多个内含物特性包括所述宝石样本中的所述一个或多个内含物的位置和/或所述一个或多个内含物的类型；生长结构参数，其指示所述宝石样本中的一个或多个生长结构特性，所述一个或多个生长结构特性包括在所述宝石样本中形成的所述一个或多个生长结构的位置和/或所述一个或多个生长结构的矿化图案；其中，所述处理器还配置为：将所述宝石样本图像与所述多个参考宝石样本图像中的各者进行比较，各参考宝石样本图像还包含所述参考宝石样本图像中的所述一个或多个参考内含物，并且还包括所述参考宝石样本中的所述一个或多个参考生长结构；基于所述宝石样本图像与包含所述宝石样本图像中的所述一个或多个参考内含物的所述多个参考宝石样本图像中的各者的比较来确定所述内含物参数；基于所述宝石样本图像与包括所述一个或多个参考生长结构的所述多个参考宝石样本图像中的各者的比较来确定所述生长结构参数；以及基于所述内含物参数和/或所述生长结构参数中的至少一者来确定所述净度参数。

18、在各种实施例中，所述宝石参数还可以包括指示所述宝石样本的地质产地的产地参数，其中，所述处理器还配置为：将所述内含物参数与多个预定参考产地参数中的各者进行比较，各预定参考产地参数包括参考宝石样本的所述一个或多个参考内含物的参考类型和/或所述一个或多个参考内含物的参考位置，以及其与特定地理位置的关系；以及基于所述内含物参数与所述多个预定参考产地参数中的各者的比较来确定所述产地参数。

19、在各种实施例中，所述宝石参数还可以包括指示施加至所述宝石样本的处理的处理参数，其中，所述处理器还配置为：将所述内含物参数与多个预定参考处理参数中的各者进行比较，各预定参考处理参数包括所述一个或多个参考内含物的参考类型和/或所述一个或多个参考内含物的参考位置以及其与施加至所述参考宝石样本的特定处理的关系；将所述生长结构参数与所述多个预定处理参数中的各者进行比较，各预定参考处理参数还包括所述一个或多个参考生长结构的参考位置和/或所述一个或多个参考生长结构的参考矿化图案，以及其与施加至所述参考宝石样本的所述特定处理的关系；以及基于所述内含物参数和/或所述生长结构参数与所述多个预定参考处理参数中的各者的比较来确定所述处理参数。

20、在各种实施例中，所述宝石参数可以包括指示所述宝石样本的颜色类别的颜色参数，其中，所述处理器还配置为：确定指示相对于均匀颜色空间分配的代表性颜色坐标的代表性色彩参数；将所述代表性颜色参数与多个参考颜色参数中的各参考颜色参数进行比较，各参考颜色参数指示与所述多个参考宝石样本图像中的相应一者的预定颜色类别对应的预分配颜色坐标，所述预分配颜色坐标相对于所述均匀颜色空间进行分配；确定指示所述代表性颜色参数与所述参考颜色参数中的至少一者之间的最小颜色距离的颜色得分参数；将所述颜色得分参数与所述代表性颜色参数与所述参考颜色参数中的所述至少一者之间的期望偏差的预定颜色容限阈值比较；并且基于所述颜色得分参数与所述预定颜色容限阈值的比较来确定所述颜色参数。

21、在各种实施例中，所述宝石样本图像包含多个像素，并且所述处理器可以配置为通过以下方式来确定所述代表性颜色参数：确定所述多个像素的各像素的像素颜色参数，所述像素颜色参数指示相对于所述均匀颜色空间分配的像素颜色坐标；将所述多个像素中的各像素聚类到多个像素颜色簇中的像素颜色簇，各像素颜色簇代表所述宝石样本图像的预定颜色簇，基于各个像素的所述像素颜色坐标对各像素进行聚类；针对各像素颜色簇确定指示相应像素颜色簇的质心坐标的第一色簇参数和指示所述相应像素颜色簇内各个所述像素颜色坐标的加权平均值的第二色簇参数；以及基于所述第一色簇参数和所述第二色簇参数确定所述代表性颜色参数。

22、在各种实施例中，其中，为了确定所述颜色参数，所述处理器还配置为：确定所述颜色得分参数是否小于或等于所述预定颜色容限阈值；以及如果确定所述颜色得分参数小于或等于所述预定颜色容限阈值，则确定所述颜色参数。

23、在各种实施例中，所述处理器还配置为：确定所述宝石样本的独特宝石签名，所述独特宝石签名包括所述宝石样本的至少两个宝石参数。

24、根据本公开的第三方面，提供了第一方面的所述成像装置的制造方法，所述方法包括：设置配置为支撑所述宝石样本的样本保持器；设置配置为产生用于透过/穿过所述宝石样本的激发波以产生被所述宝石样本修改的透射波的电磁辐射源；设置相对于所述样本保持器和所述电磁辐射源设置并光学对准的至少一个光学仪器，所述至少一个光学仪器配置为调制用于透过所述宝石样本的所述激发波以产生经修改的激发波，或调制所述透射波以产生经修改的透射波；以及设置与所述样本保持器、所述电磁辐射源和所述至少一个光学仪器光学对准的检测器，所述检测器配置为检测所述透射波和/或所述经修改的透射波，以获取所述宝石样本的所述至少一个图像。

25、根据本公开的第四方面，提供了用于确定指示宝石样本属性的宝石参数的方法，包括：设置与第一方面的所述成像装置进行数据通信的处理器，其中，所述方法还包括：获得所述宝石样本的至少一个图像，所述图像包含指示所述宝石样本属性的宝石数据；基于包含指示所述宝石样本属性的所述宝石数据的所述宝石样本的所述至少一个图像来确定所述宝石参数。

26、在各种实施例中，所述处理器包括用于确定所述宝石参数的至少一个机器学习算法，所述机器学习算法可选地包括深度学习算法。

27、根据本公开的第五方面，提供了包括指令的计算机可读介质，当所述处理器执行所述指令时，所述指令使所述处理器执行第四方面的所述方法。