色差仪在翡翠颜色检测中的应用

色差仪的颜色定量测试与评价主要用于印刷品、涂料、印染品、甚至液体等不同质地的原料，但却很少用于据高光泽、不透明~透明的宝石上。

宝石颜色的评价常以主管经验为主，如最优的红宝石红色被称为鸽血红，最优的托帕石黄色被称为威士忌黄等，虽然这些名称很好地符合了中国传统文化，且十分有利于肉眼识别与商业流通，但由于过度强调了色知觉而忽略了宝石的客观色，所以一方面造成了颜色之间比对困难，另一方面为构建客观的宝石颜色评价体系带来了不可逾越的障碍。

随着计算机图像处理技术的成熟与色度学在矿物学中的逐步应用，解决了客观定量分析翡翠颜色、制定与透明特征，及其对颜色评价的综合贡献的难题，实现了颜色的从依赖经验的主观定性评价到客观定量评价的转换。

仪器设置

宝石的颜色有三个因素决定，物体色、光源与观察者。

1.物体色，有宝石反射光和透射光刺激人眼产生的色知觉的综合效果；

2.光源，采用能满足标准照明体光谱功率分布的CIE标准照明光源A、B、C、D，其中以色温6504K组合日光光源D65为最常见测试光源；

3.观察者，采用相同的市场如2°、4°与10°场等，根据样品需要而定。

宝石学专业采用色相、亮度与饱和度的颜色表征体系三因素，并常以2°场的CIE1931色品图表征量化的颜色。但因为这样的二维色品平面是借压缩了明度坐标轴而形成的，所以在表达颜色综合效果时只强调了明度为50时相对鲜艳的各种颜色，而不能切实涵盖全部颜色范围，更不能满足对宝石颜色精确、细致分级的需要。

a.观察者

色谱色差仪提供了2°或10°两种观察者市场宝石标本由于其珍贵性，粒度往往较小，同时考虑到受琢形影响，即便是素面宝石也将散射掉相当一部分投射光，因此选用最小的圆形6mm测量孔径（反射）实测标本以降低误差，并选用2°市场。

测量范围

测试光源波长范围分紫外模式与紫外排除模式。可见光的波长范围380nm~780nm，考虑到很多宝石具有不同程度的荧光，虽然对颜色的直接贡献很小，但人眼对荧光的色知觉很敏感，宝石在365nm处的长波紫外光能量在420nm处可见光的形式释放出来，致使该处反射可能会超过100%，即不可见的长波紫外光转变为可见光。因此色谱色差仪的紫外模式采用360nm~380nm的测试范围，目的在于模拟人眼感官的真实效果；对于几乎没有荧光的天然翡翠而言，色谱色差仪则仍可选择紫外排除模式，即380nm~750nm测试范围。

照明光源

虽然不同光源对人眼的色刺激明显不同，但不同光源评价颜色的独立体系的客观性与一致性几乎是无差异的，同时色谱色差仪的研发要考虑到需包括紫外线波长区的模拟日光D系列光源（色温5500K~7200K），及宝石鉴定、分级时必须以室外日光作为参考的实际情况，确定色谱色差仪相关色温为6504K的正常日光模拟光源D65为测试照明光源。

照明模式

排除镜面反射模式一般比较先进的色谱色差仪都有透射和反射两种照明方式，针对透明度较低甚至不透明的宝石，宜选取色谱色差仪的反射光测试模式，对透明度较高的甚至完全透明的宝石，宜选取色谱色差仪的透视光测试模式。两种测试光源均需要垂直射入宝石内部，以避免部分测试光被反射掉。宝石的摩氏硬度很高且光泽较强，如金刚石的金刚光泽、翡翠的玻璃光泽等，所以中较强的光泽所致的宝石表面的镜面反光势必对颜色造成明显影响，因此选用排除镜面反射模式SCE，以求获得相对客观并贴近视觉效果的宝石颜色测试结果。

重现性测试

色谱色差仪的台间差一般在0.08 △E CIE Lab左右，仪器的稳定性可以从测试结果一致性的精度与指与“正确值”符合程度的准确度两个方面来考证。对色谱色差仪精度和准确度的侧重性依赖于应用。当色谱色差仪用于检验与其本身具有相同的光谱组成产品的一致性时，精度是十分重要的，而很高的准确度是不必要的。所以实测数据时采用连续多次重复测试并取平均值的方式校验。

均匀色空间与色差公式的选取

现代颜色科学将色相H*、明度L*、彩度C*三因素引入到CIE 1976 L*a*b*均匀色空间中都有唯一的位置与之相对，以任意两点间的距离表示两个不同颜色的差异，即色差；同时客服了Yxy色空间在xy色品图上相等的距离不等同于客观的相等色差的难题。此色空间采用了互补色理论，即L*代表明度，a*和b*为色品坐标：a*为红色方向，-a*为绿色方向，b*为黄色方向，-b*为蓝色方向，中央为消色区；当a*和b*值增大时，色点远离中心，色彩度增大；色相与彩度均可由色品值导出，即H*ab=tan-1（b*/a*）、C*ab=（（a*）2+（b*）2）1/2

相较于CIE 1976L*a*b*流行的CIE 1976LCH均匀色空间充分符合人眼在红绿方向上的视觉色差尺度均小于黄蓝方向的主观特征，计算出样品对的绿色差值非常接近实际人眼观察到的颜色差异，对于单纯的绿色来说，有着很高的均匀性，但由于CIE LCH表色系是CIE1976L*a*b*色空间的极坐标表示法，故仍选取CIE 1976L*a*b*均匀色空间与基于该空间的具较好明度差预测性能的基本公式CIE LAB。

翡翠颜色的评定步骤和分析方法

1. 适应光源和环境

颜色评定师的视觉系统首先要适应翡翠的评定光源和周围的环境，包括颜色适应和光强适应。颜色评定师应在光源下观察彩色和中性色图案，然后观察标准色卡的颜色。经过视觉适应后，颜色评定师观察到的光源颜色应为无色，且光源强度适中而没有任何不舒适的视觉感觉。

2. 确定特征色

由于翡翠的重量、形状和切工样式千变万化，特征色的分布也千变万化。准确确定特征色需要一定的经验。确定特征色的照明和观察条件是标准的0/45配置，台面的颜色为所观察的颜色。颜色评定师将翡翠台面向上放入乳白色观察槽内，以45°角观察台面的颜色分布。一般情况下，在严格的0/45标准条件下颜色评定师可能观察到台面的镜面反射。为尽量避免台面的直接镜面反射亮点影响特征色的确定，以及消光、窗口和色散的影响，允许稍微变化翡翠的台面角度和观察角，但最大的台面角度和观察角调整之和应小于10度。下一步要根据翡翠台面的颜色分布确定颜色区域。由于在翡翠的颜色区域内的颜色分布不均匀，颜色评定师必须对整个颜色区域进行脑力平均。最后由脑力平均而获得的颜色为翡翠的特征色。

3. 比较颜色

确定特征色后，颜色评定师应估计特征色的三元素色调、饱和度和亮度。根据特征色的色调首先找到孟塞尔色卡的相应的色调面。将孟塞尔色卡的相应的色调而置于标准光源下，与翡翠平行放置，然后与色调面内的色卡比较翡翠的饱和度和亮度，确定特征色在孟塞尔色卡的相应的色调面上的位置。

一般，特征色不可能与孟塞尔色卡的某一颜色完全相同。比较颜色时首先找到一个颜色与翡翠特征色的色调最为接近的色调面，并确定与特征色最为接近的孟塞尔色卡。然后再分别确定翡翠特征色的饱和度和亮度与此孟塞尔色卡的饱和度和亮度之间的差别，估计特征色在颜色空间所处的大约位置。

4. 决定颜色级别

如前所述，孟塞尔颜色空间被划分为不同的颜色级别。对照特征颜色的颜色位置和在孟塞尔颜色空间相应的颜色级别，即可获得翡翠的颜色级别。