珠寶玉石顏色測量++高光譜圖像法（征求意見稿）

1DZ/TXXXXX—XXXX珠寶玉石顏色測量高光譜圖像法本文件規(guī)定了采用高光譜圖像法對珠寶玉石顏色測量的方法原理，明確了使用的儀器設(shè)備、采用的樣品、給出了試驗(yàn)方法、試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、結(jié)果表示的要求。本文件適用于采用高光譜圖像法對珠寶玉石顏色的測量。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T3977顏色的表示方法GB/T3978標(biāo)準(zhǔn)照明體和幾何條件GB/T3979物體色的測量方法GB/T5698顏色術(shù)語GB/T7921均勻色空間和色差公式GB/T9086用于色度和光度測量的標(biāo)準(zhǔn)白板GB/T16552珠寶玉石名稱3術(shù)語和定義GB/T3977，GB/T3978，GB/T3979，GB/T5698，GB/T7921，GB/T9086，GB/T16552界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1參比白板whitereference在可見光波段內(nèi)具有高光譜反射比的，用于在顏色測量中傳遞反射比及色度值的白板。3.2感興趣區(qū)域regionofinterest圖像中具有某種特定意義的區(qū)域。3.3高光譜相機(jī)hyperspectralimager能夠同時(shí)獲取目標(biāo)二維影像和光譜信息，光譜通道數(shù)多達(dá)數(shù)十甚至數(shù)百的光學(xué)成像儀器。3.4高光譜圖像hyperspectralimage通過高光譜相機(jī)拍攝得到的被攝場景的三維矩陣。此矩陣包含三個(gè)維度，其中前兩個(gè)維度為空間維度，表示被攝場景的景物在高光譜相機(jī)成像平面上的二維空間位置；第三個(gè)維度為光譜維度，描述每一個(gè)空間坐標(biāo)點(diǎn)所接收的不同波長的光的多少。3.5顏色分布矩陣colordistributionmatrices同時(shí)包含場景的顏色信息和空間分布信息的一類三維矩陣。此類矩陣包含三個(gè)維度，其中前兩個(gè)維度為空間維度，表示被攝場景的景物的空間位置；第三個(gè)維度為顏色信息維度，描述每一個(gè)空間坐標(biāo)點(diǎn)的顏色信息。3.6哈達(dá)瑪商hadamardquotient2DZ/TXXXXX—XXXX矩陣的一類運(yùn)算，若A=(aij)和B=(bij)是兩個(gè)同階矩陣，矩陣A中的每個(gè)元素分別除以矩陣B中的對應(yīng)元素。4方法原理高光譜顏色測量法是通過儀器獲取物體的反射或透射光譜，然后通過附錄A中相關(guān)的公式將光譜信息轉(zhuǎn)換為顏色信息。高光譜顏色測量法不僅可以記錄被測物的整體顏色信息，還可以記錄被測物各個(gè)局部的顏色信息，形成被測物表面的顏色分布圖。5儀器設(shè)備5.1系統(tǒng)組成高光譜圖像顏色測量系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：高光譜相機(jī)，照明體及其幾何條件，參比白板。5.2高光譜相機(jī)用于珠寶玉石測色的高光譜相機(jī)應(yīng)滿足以下條件：a)宜采用凝視型面陣成像方式；b)測量波長范圍一般380nm～780nm,至少應(yīng)包含420nm～700nm；c)通帶半波寬不大于10nm；d)測量波長范圍內(nèi)，儀器中心波長偏差不大于±1nm5.3照明體及其幾何條件a)照明體用于珠寶玉石顏色測量的照明體宜采用GB/T3978中4的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)照明體。如因特殊需要也可采用其它照明體，但應(yīng)在結(jié)果表示中說明。b)幾何條件發(fā)光體呈圓形均勻分布在半球形漫反射罩的底部，由下至上向漫反射罩照明，并通過漫反射罩均勻地照射在樣品及參比白板上，樣品及參比白板接收到的光是均勻的。探測口位于半球形漫反射罩的正頂點(diǎn)，且其光軸與漫反射罩之軸線重合。如因需要也可采用其它幾何條件的照明體，但應(yīng)在結(jié)果表示中說明。c)參比白板用于珠寶玉石顏色測量的參比白板宜采用符合GB/T9086中5.1和5.3的規(guī)定白板。6樣品樣品應(yīng)注意：a)待測珠寶玉石樣品表面應(yīng)保持清潔，特別是不應(yīng)有對光線產(chǎn)生較強(qiáng)吸收的污染物、涂膜、鍍膜等。b)珠寶玉石樣品常是顏色不均勻體，應(yīng)根據(jù)需要放置適合的位置和方向。如刻面彩色寶石臺面向上進(jìn)行測量時(shí)，得到的顏色結(jié)果與目視觀察的一致性較好。7試驗(yàn)方法7.1操作步驟按照以下步驟進(jìn)行操作：3DZ/TXXXXX—XXXXa)遵照設(shè)備制造商的使用說明書操作，開啟儀器；b)根據(jù)樣品情況選擇合適的測量參數(shù)，如曝光時(shí)間、光圈等，避免出現(xiàn)曝光過度或曝不足等問題；c)放入?yún)⒈劝装?，并?zhǔn)確對焦于其表面后，采集參比白板的高光譜圖像；d)擺放待測珠寶玉石樣品，準(zhǔn)確對焦后采集樣品的高光譜圖像。7.2注意事項(xiàng)a)當(dāng)參比白板表面有明顯的污損時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清潔或更換。b)為了保證測試的準(zhǔn)確性，宜對樣品進(jìn)行多次重復(fù)測量并取平均值。7.3影響測量結(jié)果的因素a)儀器的光譜分辨率儀器通過記錄物質(zhì)的光譜信息來計(jì)算顏色信息，其光譜的準(zhǔn)確度受制于儀器的光譜分辨率。b)儀器采集的波長數(shù)量和分布儀器通過記錄有限數(shù)量的波長下的高光譜圖片來分析物質(zhì)的顏色信息，則記錄下的波長點(diǎn)越多，分布越均勻，結(jié)果越準(zhǔn)確。c)過度曝光在一些情況下寶石反射率過高，會(huì)造成相機(jī)對應(yīng)像素區(qū)域接收過量光線而過度飽和，無法準(zhǔn)確還原該位置的光譜。此時(shí)可以降低設(shè)備的曝光時(shí)間以防止過度曝光的情況發(fā)生。d)機(jī)械移動(dòng)和振動(dòng)在設(shè)備工作時(shí)，如果受到較強(qiáng)的機(jī)械振動(dòng)或位移，會(huì)導(dǎo)致樣品的位置發(fā)生偏移，無法獲取一致的高光譜圖像數(shù)據(jù)。為獲得可靠結(jié)果，應(yīng)保證設(shè)備在工作時(shí)是放置在穩(wěn)定結(jié)實(shí)的臺面上。8試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理8.1總則使用通過高光譜儀器獲得的高光譜圖像來進(jìn)行顏色定標(biāo)，通常包括以下步驟：獲取反射比矩陣，樣品圖像分割，獲取感興趣區(qū)域平均反射比光譜曲線數(shù)據(jù)，表征樣品的顏色。8.2獲取反射比矩陣反射比矩陣可以通過以下公式獲得：RA,HA,WA, 式中：H(A,λ)——樣品的高光譜圖像；W(A,λ)——參比白板的高光譜圖像；UV——矩陣U和V的哈達(dá)瑪商；R(A,λ)——反射比矩陣。8.3樣品圖像分割圖像分割是在圖像中將選定整體或局部圖像中的像素提取出來，即生成感興趣區(qū)域，同時(shí)去除這些感興趣區(qū)域中的過曝光區(qū)域和壞點(diǎn)等。對于多個(gè)樣品同時(shí)拍攝的場景，圖像分割還需要將多個(gè)感興趣區(qū)域劃分給對應(yīng)的樣品。圖像分割可采用多種方法，包括手動(dòng)分割選取、程序自動(dòng)分割選取。8.4獲取感興趣區(qū)域平均反射比光譜曲線數(shù)據(jù)4DZ/TXXXXX—XXXX高光譜反射比矩陣代表高光譜圖像中每一個(gè)空間像素的光譜反射比.按8.3生成感興趣的區(qū)域后，通過高光譜相機(jī)軟件系統(tǒng)可獲取獲取感興趣區(qū)域平均反射比光譜曲線數(shù)據(jù)。8.5表征樣品的顏色使用感興趣區(qū)域平均反射比光譜曲線數(shù)據(jù)，根據(jù)附錄A中的公式，可計(jì)算得到感興趣區(qū)域的顏色三刺激值和色品坐標(biāo)等。利用三刺激值依據(jù)GB/T7921等標(biāo)準(zhǔn)，可以計(jì)算得到L*a*b*等不同色空間下的珠寶玉石樣品上感興趣區(qū)域的顏色表征值。9結(jié)果表示9.1包含信息測量結(jié)果包含信息：a)測量條件：應(yīng)記錄測量時(shí)采用的測量幾何條件、照明體、色度觀察者。如采用特殊幾何條件、測量方法及色度計(jì)算公式要明確加以說明或標(biāo)注。b)有關(guān)樣品的情況，如名稱（應(yīng)符合GB/T16552)、材質(zhì)等。測量時(shí)使用儀器的型號、波長范圍和波長間隔。測試環(huán)境條件等。9.2表示方法測量結(jié)果可記錄為三刺激值及色品坐標(biāo)，也可以其它顏色空間值記錄。9.3測量結(jié)果記錄測量結(jié)果的記錄，宜采用符號形式以及文字說明。示例：測量條件：測量A珠寶玉石樣品的顏色，使用Z型高A樣品:X=76.49,Y=81.15,Z=81.12,x=0.3204,y5DZ/TXXXXX—XXXX（資料性）顏色表征值的計(jì)算A.1求取相對色刺激函數(shù)相對色刺激函數(shù)可以使用以下方式獲?。菏街校篠——CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對光譜功率分布；R——物體色的光譜反射比。A.2計(jì)算三刺激值A(chǔ).2.1三刺激值的計(jì)算以GB/T3979為基礎(chǔ)，根據(jù)CIE的建議，將相對色刺激函數(shù)乘以CIE色匹配函數(shù)，在可見光譜400nm～700nm的范圍內(nèi)進(jìn)行積分，得到X、Y、Z三刺激值。在實(shí)際計(jì)算中，采用求和的方法代替積分。A.2.2CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)三刺激值的計(jì)算公式如下：XkxZkz式中：——相對色刺激函數(shù)；X，Y，Z——CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)三刺激值；k——?dú)w一化系數(shù)；x，y，z——CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者匹配函數(shù)；——波長間隔；——波長，范圍一般為400nm～700nm。A.2.3CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)三刺激值的計(jì)算公式如下：X10k10x10YZ10k10z10式中：——相對色刺激函數(shù)；X10，Y10，Z10——CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)三刺激值；k10——?dú)w一化系數(shù)；，y10，z10——CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者匹配函數(shù)；——波長間隔；6DZ/TXXXXX—XXXX——波長，范圍為400nm～700nm。A.3求取歸一化常數(shù)節(jié)2.2中的歸一化常數(shù)可以用下式求?。菏街校簁——?dú)w一化系數(shù)；S——CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對光譜功率分布；y——CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者匹配函數(shù)；——波長，范圍一般為400nm～700nm。節(jié)2.3中的歸一化常數(shù)可以用下式求?。菏街校簁10——?dú)w一化系數(shù)；S——CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對光譜功率分布；y10——CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者匹配函數(shù)；——波長，范圍一般為400nm～700nm。A.4色品坐標(biāo)的計(jì)算方法A.4.1CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)的色品坐標(biāo)x,y,z的計(jì)算公式如下：XxXYZyXYZZzXYZ式中：x，y，z——CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)色品坐標(biāo)。A.4.2CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)的色品坐標(biāo)x,y,z的計(jì)算公式如下：x10y10X10Y10Z10z10X10Z10式中：7DZ/TXXXXX—XXXXx10，y10，z10——CIE1964標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)色品坐標(biāo)。A.5CIELAB色空間坐標(biāo)的計(jì)算從CIE1931標(biāo)準(zhǔn)色度系統(tǒng)轉(zhuǎn)換至CIE1976的LAB色空間坐標(biāo)可以用以下公式完成：*Y1/3L116Y16,0.008856a*b*X1/3500XnY1/3200Y 0008856Y,Xn.Z1/3Z 0008856Zn,Zn.式中：L*，b*——三維直角坐標(biāo)系統(tǒng)的坐標(biāo)值；Xn，Yn，Zn——完全漫反射表面的三刺激值。A.6計(jì)算顏