珠宝玉石颜色测量++高光谱图像法（征求意见稿）

1DZ/TXXXXX—XXXX珠宝玉石颜色测量高光谱图像法本文件规定了采用高光谱图像法对珠宝玉石颜色测量的方法原理，明确了使用的仪器设备、采用的样品、给出了试验方法、试验数据处理、结果表示的要求。本文件适用于采用高光谱图像法对珠宝玉石颜色的测量。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T3977颜色的表示方法GB/T3978标准照明体和几何条件GB/T3979物体色的测量方法GB/T5698颜色术语GB/T7921均匀色空间和色差公式GB/T9086用于色度和光度测量的标准白板GB/T16552珠宝玉石名称3术语和定义GB/T3977，GB/T3978，GB/T3979，GB/T5698，GB/T7921，GB/T9086，GB/T16552界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1参比白板whitereference在可见光波段内具有高光谱反射比的，用于在颜色测量中传递反射比及色度值的白板。3.2感兴趣区域regionofinterest图像中具有某种特定意义的区域。3.3高光谱相机hyperspectralimager能够同时获取目标二维影像和光谱信息，光谱通道数多达数十甚至数百的光学成像仪器。3.4高光谱图像hyperspectralimage通过高光谱相机拍摄得到的被摄场景的三维矩阵。此矩阵包含三个维度，其中前两个维度为空间维度，表示被摄场景的景物在高光谱相机成像平面上的二维空间位置；第三个维度为光谱维度，描述每一个空间坐标点所接收的不同波长的光的多少。3.5颜色分布矩阵colordistributionmatrices同时包含场景的颜色信息和空间分布信息的一类三维矩阵。此类矩阵包含三个维度，其中前两个维度为空间维度，表示被摄场景的景物的空间位置；第三个维度为颜色信息维度，描述每一个空间坐标点的颜色信息。3.6哈达玛商hadamardquotient2DZ/TXXXXX—XXXX矩阵的一类运算，若A=(aij)和B=(bij)是两个同阶矩阵，矩阵A中的每个元素分别除以矩阵B中的对应元素。4方法原理高光谱颜色测量法是通过仪器获取物体的反射或透射光谱，然后通过附录A中相关的公式将光谱信息转换为颜色信息。高光谱颜色测量法不仅可以记录被测物的整体颜色信息，还可以记录被测物各个局部的颜色信息，形成被测物表面的颜色分布图。5仪器设备5.1系统组成高光谱图像颜色测量系统主要由三部分构成：高光谱相机，照明体及其几何条件，参比白板。5.2高光谱相机用于珠宝玉石测色的高光谱相机应满足以下条件：a)宜采用凝视型面阵成像方式；b)测量波长范围一般380nm～780nm,至少应包含420nm～700nm；c)通带半波宽不大于10nm；d)测量波长范围内，仪器中心波长偏差不大于±1nm5.3照明体及其几何条件a)照明体用于珠宝玉石颜色测量的照明体宜采用GB/T3978中4的规定标准照明体。如因特殊需要也可采用其它照明体，但应在结果表示中说明。b)几何条件发光体呈圆形均匀分布在半球形漫反射罩的底部，由下至上向漫反射罩照明，并通过漫反射罩均匀地照射在样品及参比白板上，样品及参比白板接收到的光是均匀的。探测口位于半球形漫反射罩的正顶点，且其光轴与漫反射罩之轴线重合。如因需要也可采用其它几何条件的照明体，但应在结果表示中说明。c)参比白板用于珠宝玉石颜色测量的参比白板宜采用符合GB/T9086中5.1和5.3的规定白板。6样品样品应注意：a)待测珠宝玉石样品表面应保持清洁，特别是不应有对光线产生较强吸收的污染物、涂膜、镀膜等。b)珠宝玉石样品常是颜色不均匀体，应根据需要放置适合的位置和方向。如刻面彩色宝石台面向上进行测量时，得到的颜色结果与目视观察的一致性较好。7试验方法7.1操作步骤按照以下步骤进行操作：3DZ/TXXXXX—XXXXa)遵照设备制造商的使用说明书操作，开启仪器；b)根据样品情况选择合适的测量参数，如曝光时间、光圈等，避免出现曝光过度或曝不足等问题；c)放入参比白板，并准确对焦于其表面后，采集参比白板的高光谱图像；d)摆放待测珠宝玉石样品，准确对焦后采集样品的高光谱图像。7.2注意事项a)当参比白板表面有明显的污损时，应及时进行清洁或更换。b)为了保证测试的准确性，宜对样品进行多次重复测量并取平均值。7.3影响测量结果的因素a)仪器的光谱分辨率仪器通过记录物质的光谱信息来计算颜色信息，其光谱的准确度受制于仪器的光谱分辨率。b)仪器采集的波长数量和分布仪器通过记录有限数量的波长下的高光谱图片来分析物质的颜色信息，则记录下的波长点越多，分布越均匀，结果越准确。c)过度曝光在一些情况下宝石反射率过高，会造成相机对应像素区域接收过量光线而过度饱和，无法准确还原该位置的光谱。此时可以降低设备的曝光时间以防止过度曝光的情况发生。d)机械移动和振动在设备工作时，如果受到较强的机械振动或位移，会导致样品的位置发生偏移，无法获取一致的高光谱图像数据。为获得可靠结果，应保证设备在工作时是放置在稳定结实的台面上。8试验数据处理8.1总则使用通过高光谱仪器获得的高光谱图像来进行颜色定标，通常包括以下步骤：获取反射比矩阵，样品图像分割，获取感兴趣区域平均反射比光谱曲线数据，表征样品的颜色。8.2获取反射比矩阵反射比矩阵可以通过以下公式获得：RA,HA,WA, 式中：H(A,λ)——样品的高光谱图像；W(A,λ)——参比白板的高光谱图像；UV——矩阵U和V的哈达玛商；R(A,λ)——反射比矩阵。8.3样品图像分割图像分割是在图像中将选定整体或局部图像中的像素提取出来，即生成感兴趣区域，同时去除这些感兴趣区域中的过曝光区域和坏点等。对于多个样品同时拍摄的场景，图像分割还需要将多个感兴趣区域划分给对应的样品。图像分割可采用多种方法，包括手动分割选取、程序自动分割选取。8.4获取感兴趣区域平均反射比光谱曲线数据4DZ/TXXXXX—XXXX高光谱反射比矩阵代表高光谱图像中每一个空间像素的光谱反射比.按8.3生成感兴趣的区域后，通过高光谱相机软件系统可获取获取感兴趣区域平均反射比光谱曲线数据。8.5表征样品的颜色使用感兴趣区域平均反射比光谱曲线数据，根据附录A中的公式，可计算得到感兴趣区域的颜色三刺激值和色品坐标等。利用三刺激值依据GB/T7921等标准，可以计算得到L*a*b*等不同色空间下的珠宝玉石样品上感兴趣区域的颜色表征值。9结果表示9.1包含信息测量结果包含信息：a)测量条件：应记录测量时采用的测量几何条件、照明体、色度观察者。如采用特殊几何条件、测量方法及色度计算公式要明确加以说明或标注。b)有关样品的情况，如名称（应符合GB/T16552)、材质等。测量时使用仪器的型号、波长范围和波长间隔。测试环境条件等。9.2表示方法测量结果可记录为三刺激值及色品坐标，也可以其它颜色空间值记录。9.3测量结果记录测量结果的记录，宜采用符号形式以及文字说明。示例：测量条件：测量A珠宝玉石样品的颜色，使用Z型高A样品:X=76.49,Y=81.15,Z=81.12,x=0.3204,y5DZ/TXXXXX—XXXX（资料性）颜色表征值的计算A.1求取相对色刺激函数相对色刺激函数可以使用以下方式获取：式中：S——CIE标准照明体的相对光谱功率分布；R——物体色的光谱反射比。A.2计算三刺激值A.2.1三刺激值的计算以GB/T3979为基础，根据CIE的建议，将相对色刺激函数乘以CIE色匹配函数，在可见光谱400nm～700nm的范围内进行积分，得到X、Y、Z三刺激值。在实际计算中，采用求和的方法代替积分。A.2.2CIE1931标准色度系统三刺激值的计算公式如下：XkxZkz式中：——相对色刺激函数；X，Y，Z——CIE1931标准色度系统三刺激值；k——归一化系数；x，y，z——CIE1931标准色度观察者匹配函数；——波长间隔；——波长，范围一般为400nm～700nm。A.2.3CIE1964标准色度系统三刺激值的计算公式如下：X10k10x10YZ10k10z10式中：——相对色刺激函数；X10，Y10，Z10——CIE1964标准色度系统三刺激值；k10——归一化系数；，y10，z10——CIE1964标准色度观察者匹配函数；——波长间隔；6DZ/TXXXXX—XXXX——波长，范围为400nm～700nm。A.3求取归一化常数节2.2中的归一化常数可以用下式求取：式中：k——归一化系数；S——CIE标准照明体的相对光谱功率分布；y——CIE1931标准色度观察者匹配函数；——波长，范围一般为400nm～700nm。节2.3中的归一化常数可以用下式求取：式中：k10——归一化系数；S——CIE标准照明体的相对光谱功率分布；y10——CIE1964标准色度观察者匹配函数；——波长，范围一般为400nm～700nm。A.4色品坐标的计算方法A.4.1CIE1931标准色度系统的色品坐标x,y,z的计算公式如下：XxXYZyXYZZzXYZ式中：x，y，z——CIE1931标准色度系统色品坐标。A.4.2CIE1931标准色度系统的色品坐标x,y,z的计算公式如下：x10y10X10Y10Z10z10X10Z10式中：7DZ/TXXXXX—XXXXx10，y10，z10——CIE1964标准色度系统色品坐标。A.5CIELAB色空间坐标的计算从CIE1931标准色度系统转换至CIE1976的LAB色空间坐标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*——三维直角坐标系统的坐标值；Xn，Yn，Zn——完全漫反射表面的三刺激值。A.6计算颜