СПОСОБ ОЦЕНКИ КРАСОТЫ БЛЕСКА БРИЛЛИАНТА ПО КОЭФФИЦИЕНТУ ОЧАРОВАНИЯ CHARM Российский патент 2005 года по МПК G01N21/87 B28D5/00 

Изобретение относится к области изготовления драгоценных камней, а именно к технологии обработки алмазов в бриллианты.

Существует способ оценки бриллианта по четырем «С» факторам [1], характеризующим у него следующие величины:

- Clarity - чистоту или наличие внутренних дефектов в материале бриллианта (ограненного алмаза);

- Color - цвет или степень прозрачности материала бриллианта (ограненного алмаза);

- Cut - вид огранки бриллианта и наличие в огранке каких-либо дефектов;

- Carat Weight - вес бриллианта (ограненного алмаза), выраженный в каратах.

Недостатком этого способа является то, что определение ценности бриллианта происходит по характеристикам, лишь косвенно связанным с красотой его блеска. Четыре «С» фактора влияют на блеск бриллианта, но прямым образом его не описывают.

Известно также, что на красоту блеска бриллианта прямое влияние оказывают оптические свойства камня, такие как блеск, искристость и разложение белого света в радугу (цветовая насыщенность). За счет максимального использования и оптимального соотношения оптических свойств можно получить наибольший блеск и световую игру бриллианта, т.е. красоту блеска.

Известен способ определения красоты блеска бриллианта, в котором вычисляют усредненные по углам наблюдения в пределах верхней полусферы пространства средневзвешенный коэффициент интенсивности блеска бриллианта "WLR", представляющий собой коэффициент отражения падающего на него света, и средневзвешенный коэффициент разложения бриллиантом белого света в радугу "DCLR" [2].

Недостатком этого способа является то, что при оценке красоты блеска бриллианта не учитываются следующие оптические характеристики блеска, являющиеся также физическими стимулами, воздействующими на систему восприятия человека:

- искристость блеска, характеризующая среднее количество искр в картине блеска и изменение интенсивности блеска при повороте бриллианта в пространстве;

- общий вид картины блеска, характеризующий наличие в картине блеска зрительно различимых темных пятен, отрицательно влияющих на блеск бриллианта.

Недостатком способа является также отсутствие обобщенной оценки красоты блеска бриллианта, которая учитывала бы все оптические характеристики блеска, являющиеся физическими стимулами, воздействующими на систему восприятия человека [3, 4, 5].

Прототипом предлагаемого изобретения является способ оценки красоты блеска бриллианта, при котором экспериментальным или расчетно-теоретическим путем в видимых наблюдателем картинах блеска определяют оптические характеристики блеска бриллианта, включающие интенсивность блеска, дисперсию блеска (цветовую насыщенность блеска) и мерцание (сцинтилляцию) блеска, характеризующее количество и интенсивность бликов в отраженном свете при повороте или наклоне драгоценного камня. Данные оптические характеристики используют при определении обобщенного коэффициента красоты блеска бриллианта, по которому оценивают красоту блеска бриллианта [6].

Недостатком данного способа является то, что в нем не определяется такая оптическая характеристика блеска бриллианта, как рельефность блеска, характеризуемая средним числом интенсивных световых пятен в картине блеска, пространственно различимых глазом человека. Кроме того, не оценивается геометрия картины блеска, характеризующая наличие в картине блеска зрительно различимых темных пятен, отрицательно влияющих на блеск бриллианта. В результате, при определении обобщенного коэффициента красоты блеска бриллианта, указанные характеристики не были учтены, что не дает возможности объективно оценивать красоту блеска бриллиантов.

Задачей изобретения является разработка способа оценки красоты блеска бриллианта по коэффициенту очарования charm, обеспечивающего возможность объективного измерения и количественной оценки красоты блеска бриллиантов, а также возможность их сертификации по основной для ювелирного применения характеристике - красоте их блеска.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе оценки красоты блеска бриллианта, экспериментальным или расчетно-теоретическим путем в видимых наблюдателем картинах блеска определяют оптические характеристики блеска бриллианта, включающие интенсивность блеска, мерцание блеска и цветовую насыщенность блеска, характеризуемую степенью разложения белого света в цвета радуги. Полученные оптические характеристики блеска используют при определении обобщенного коэффициента красоты блеска бриллианта, по которому оценивают красоту блеска бриллианта. Дополнительно в качестве оптических характеристик блеска определяют рельефность блеска, характеризуемую средним числом интенсивных световых пятен в картине блеска, пространственно различимых глазом человека. Затем путем разбиения картины блеска на составные части измеряют средние значения интенсивностей блеска составных частей картины блеска, выражают полученные значения оптических характеристик блеска в относительных единицах, при этом в качестве параметров сравнения принимают полученные в тех же условиях освещения и наблюдения оптические характеристики блеска бриллианта, выбранного в качестве эталона, с помощью характеристических функций нормировки преобразуют полученные относительные оптические характеристики блеска в факторы блеска, после чего определяют фактор искристости блеска как среднее гармоническое значение факторов рельефности и мерцания блеска и фактор геометрии картины блеска, характеризующий равномерность интенсивности картины блеска, как среднее геометрическое значение факторов средних значений интенсивностей блеска составных частей картины блеска. В качестве обобщенного коэффициента красоты блеска бриллианта используют коэффициент очарования charm, вычисляемый как среднее значение факторов интенсивности, искристости, цветовой насыщенности и геометрии картины блеска.

В качестве бриллианта, принятого за эталон, выбирают бриллиант круглой формы огранки, имеющий 57 граней, категории «0» (ноль) по классификации Американского геммологического общества, с размером площадки 0,57 от диаметра рундиста, углом наклона граней коронки 34,8°, углом наклона граней павильона 40,7°, высотой клиньев верха 0,75 от высоты коронки, высотой клиньев низа 0,79 от высоты павильона и толщиной рундиста 0,02 от его диаметра.

В качестве характеристических функций нормировки выбирают дробно-рациональные функции вида:

f(x)=k₁/[k₂+(x-k₃)²ⁿ],

где х - значение какой-либо оптической характеристики блеска, выраженной в относительных единицах;

f(x) - значение какого-либо фактора блеска, соответствующего относительной оптической характеристике блеска;

k₁, k₂, k₃, n - константы, определяющие конкретный вид характеристических функций нормировки.

Коэффициент очарования charm вычисляют как среднее гармоническое значение факторов интенсивности, искристости, цветовой насыщенности и геометрии картины блеска.

Коэффициент очарования charm рассматривают как дополнительный «С» фактор при оценке бриллиантов, в совокупности с известными «С» факторами оценки clarity, color, cut, carat weight.

Таким образом, достигается технический результат, заключающийся в том, что для бриллианта можно рассчитать коэффициент очарования charm, который представляет собой пятый «С» фактор в системе оценок бриллиантов, количественно определяющий красоту их блеска. В совокупности с другими «С» факторами он позволяет более точно определить красоту и ценность бриллиантов, увеличить их коммерческую стоимость и стимулировать покупательский спрос на этот вид ювелирной продукции.

Сущность предлагаемого способа оценки красоты блеска бриллианта по коэффициенту очарования charm заключается в следующем.

Коэффициент очарования charm является количественным обобщенным коэффициентом красоты блеска бриллианта, учитывающим все оптические характеристики блеска, являющиеся физическими стимулами, воздействующими на сенсорную систему восприятия человека.

Коэффициент очарования charm может оценивать единичную мгновенную картину блеска бриллианта, блеск какой-либо огранки бриллианта в заданном диапазоне углов его наблюдения и в целом блеск какой-либо огранки бриллианта, когда усреднение характеристик блеска происходит по всевозможным углам его наблюдения.

При вычислении коэффициента очарования бриллианта осуществляют измерение или вычисление следующих характеристик блеска, являющихся оптико-физическими стимулами, воздействующими на чувственную систему восприятия человека:

- интенсивности блеска (I), описываемой коэффициентом отражения лучей света после преломления их в бриллианте и попадания в глаз наблюдателя;

- рельефности блеска (R), характеризуемой средним числом интенсивных световых пятен в картине блеска, пространственно различимых глазом человека,

- мерцания блеска (М), характеризуемого изменением его интенсивности при наклоне или повороте бриллианта в пространстве;

- цветовой насыщенности блеска (Q), характеризуемой степенью разложения белого света в цвета радуги, для лучей, попавших в глаз наблюдателя;

- геометрии картины блеска (G), характеризующей наличие или отсутствие в картине темных колец или пятен, уменьшающих красоту блеска [7].

В качестве характеристической функции нормировки f(x), преобразующей относительные оптические характеристики блеска, в свою очередь являющимися физическими стимулами, воздействующими на сенсорную систему восприятия человека, в факторы блеска, выбирается дробно-рациональная функция:

f(x)=k₁/[k₂+(x-k₃)²ⁿ]

где х - значение какой-либо оптической характеристики блеска, выраженной в относительных единицах;

f(x) - значение какого-либо фактора блеска, соответствующего относительной оптической характеристике блеска;

k₁, k₂, k₃, n - константы, определяющие конкретный вид характеристических функций нормировки.

В качестве характеристической функции нормировки может быть выбрана также функциональная зависимость, содержащая функцию супер Гаусса в степени «2n»:

f(x)=(1-exp(-2((x/k₂)-k₃)²ⁿ))/k₁

При этом константы k₁, k₂ и k₃ выбираются так, что при х=1 характеристическая функция нормировки принимает значение, равное 1. При изменении х от 0 до 1 функция f(x) монотонно возрастает от 0 до 1. При х>1 функция f(x) монотонно стремится к некоторому максимальному значению, характеризующему верхний порог чувственного восприятия. Степень n определяет крутизну возрастания функции f(x), описывающей переход от нижнего порога к верхнему порогу чувственного восприятия.

При вычислении коэффициента очарования charm усреднение факторов блеска может осуществляться различными математическими способами [8]:

- как среднее взвешенное арифметическое значение усредняемых величин:

Ch=(kI·F_I+kL·F_L+kQ·F_Q+kG·F_G)/(kI+kL+kQ+kG),

где Ch - коэффициент очарования charm;

F - факторы блеска, индексы которых соответствуют следующим характеристикам: I - интенсивности, L - искристости, Q - цветовой насыщенности, G - геометрии картины блеска;

kI, kL, kQ, kG - коэффициенты влияния каждого из оптических параметров на величину обобщенного коэффициента очарования;

- как среднее взвешенное геометрическое значение усредняемых величин:

где kI, kL, kQ, kG - степени влияния каждого из оптических параметров на величину обобщенного коэффициента очарования;

- как среднее гармоническое значение усредняемых величин:

Ch=4/((1/F_I)+(1/F_L)+(1/F_Q)+1/F_G))

Конкретные значения степени n и коэффициентов k₁, k₂, k₃, используемых в характеристических функциях нормировки, а также способы усреднения факторов блеска определялись эмпирически на основании большого массива данных, полученных от группы независимых экспертов при оценке красоты блеска различных бриллиантов.

При выборе конкретных значений степени n и коэффициентов k₁, k₂, k₃ учитывалось, что блеск бриллианта, выбранного в качестве эталона и относительно которого происходит оценка блеска других бриллиантов, с помощью характеристической функции нормировки получает по всем параметрам блеска, включая коэффициент очарования charm, оценку, равную 1, и это соответствует однобалльной системе оценки красоты блеска бриллианта. При этом учитывается, что можно получить лучшее качество огранки, при котором коэффициент очарования может быть больше на ˜10%. Исходя из этого, коэффициент k₁, в соответствии с однобалльной системой, должен быть равен 1, а коэффициент k₂ должен быть принят равным 0,9. Чтобы избежать дробных значений коэффициентов и для более удобной физической интерпретации расчетов коэффициента charm, их умножают на 10, поэтому в дробно-рациональной функции нормировки принимают следующие коэффициенты: k₁=10, k₂=9. Коэффициент k₃ принимают равным 2, исходя из того, что в дробно-рациональной функции нормировки в случае, когда значение переменной х равно значению эталона, которое принимается за 1, выражение в скобках (х-k₃) всегда должно быть равно 1, следовательно, k₃=2.

Степень 2n в дробно-рациональной характеристической функции нормировки определяет уровень контрастности оценок коэффициента очарования charm. Степень 2n=12 выбирается методом подбора, учитывая, что при данном значении достаточно контрастно различаются бриллианты с более и менее высокой степенью блеска. При высоких значениях степени 2n>18 пропадают переходные области от бриллиантов с высокой степенью блеска к бриллиантам с низкой степенью блеска, при малых значениях степени 2n<8 отличие бриллиантов с высокой степенью блеска от бриллиантов с низкой степенью блеска получается мало заметным, поэтому на практике это неприемлемо. Оптимальные значения степени 2n должны быть выбраны в интервале 12<2n<18.

Коэффициенты и степени влияния каждого из оптических параметров на величину обобщенного коэффициента очарования kI, kL, kQ, kG также выбирают с учетом того, что оценка различных оптических характеристик блеска производится относительно значений соответствующих оптических характеристик бриллианта, выбранного за эталон. Исходя из того, что красота блеска эталона должна оцениваться коэффициентом очарования Ch=1, и оптические характеристики бриллианта, принятого за эталон также принимаются равными 1, то коэффициенты и степени влияния каждого из оптических параметров на величину обобщенного коэффициента очарования соответственно принимаются равными: kI=1, kQ=1, kG=1. Исходя из того, что искристость блеска включает в себя рельефность картины блеска и мерцание блеска, то коэффициенты и степени влияния этих параметров на величину коэффициента очарования charm соответственно принимаются равными 0,5, и тогда значение коэффициента и степени влияния искристости блеска kL в сумме также составляет 1.

Таким образом, хорошее соответствие расчетных значений коэффициента очарования charm с оценками красоты блеска, полученными от группы независимых экспертов, получается при выполнении следующих условий:

- при выборе характеристической функции нормировки в виде дробно-рациональной функции с коэффициентами k₁=10, k₂=9, k₃=2 и 2n=12;

- при вычислении фактора геометрии картины блеска как среднего геометрического значения факторов средних значений интенсивностей блеска составных частей картины блеска;

- при вычислении фактора искристости блеска как среднего гармонического значения факторов рельефности и мерцания;

- при вычислении коэффициента очарования charm как среднего гармонического значения факторов интенсивности, искристости, цветовой насыщенности и геометрии картины блеска.

Сущность изобретения поясняется чертежами где:

на фиг.1 представлена оптическая схема компьютерной модели расчета блеска бриллианта, при виде на бриллиант сбоку, где β - полярный угол наклона бриллианта; θ - полярный угол наблюдения бриллианта; 1 - наблюдаемый бриллиант; 2 - матрица виртуальных фотоприемников; 3 - верхняя полусфера фонового освещения бриллианта; 4 - лучи диффузного фонового света;

на фиг.2 - оптическая схема компьютерной модели расчета блеска бриллианта, при виде на бриллиант сверху, где α - азимутальный угол поворота бриллианта; ϕ - азимутальный угол наблюдения бриллианта;

на фиг.3 - график характеристической функции нормировки оптических характеристик блеска в виде дробно-рациональной функции f(x)=10/[9+(x-2)¹²] со степенью 2n=12;

на фиг.4 представлены картины реального блеска бриллианта, выбранного за эталон при расчете коэффициента очарования charm, при специальном освещении, обеспечивающим блеск в виде «сердец и стрел», вид сверху (на коронку) с разным освещением;

на фиг.5 - то же, вид снизу (на павильон);

на фиг.6 представлены расчетные картины блеска бриллианта, выбранного за эталон, при специальном освещении, обеспечивающим блеск в виде «сердец и стрел», вид сверху (на коронку) с разным освещением;

на фиг.7 - то же, вид снизу (на павильон);

на фиг.8 представлена расчетная картина блеска бриллианта, выбранного за эталон, с освещением, близким к естественному, наклон бриллианта θ=0°;

на фиг.9 - то же, наклон бриллианта θ=15°;

на фиг.10 - то же, наклон бриллианта θ=30°;

на фиг.11 представлена расчетная картина блеска бриллианта круглой формы огранки Кр57 с диаметром площадки 0,55 и высотой рундиста 0,02, угол наклона граней коронки 34°, угол наклона граней павильона 41°, высота клиньев верха 0,75, высота клиньев низа 0,79, коэффициент очарования Ch=1,00, наклон бриллианта θ=3°;

на фиг.12 - то же, коэффициент очарования Ch=0,99, наклон бриллианта θ=25°;

на фиг.13-22 представлена расчетная картина блеска бриллианта круглой формы огранки Кр57 с диаметром площадки 0,55, высотой рундиста 0,02, высотой клиньев верха 0,5, высотой клиньев низа 0,8, при этом:

на фиг.13 - угол наклона граней коронки 33°, угол наклона граней павильона 37°, коэффициент очарования Ch=1,04, наклон бриллианта θ=3°;

на фиг.14 - то же, коэффициент очарования Ch=0,94, наклон бриллианта θ=25°;

на фиг.15 - угол наклона граней коронки 13°, угол наклона граней павильона 38°, коэффициент очарования Ch=0,94, наклон бриллианта θ=3°;

на фиг.16 - то же, коэффициент очарования Ch=0,71, наклон бриллианта θ=25°;

на фиг.17 - угол наклона граней коронки 44°, угол наклона граней павильона 29°, коэффициент очарования Ch=0,88, наклон бриллианта θ=3°;

на фиг.18 - то же, коэффициент очарования Ch=0,76, наклон бриллианта θ=25°;

на фиг.19 - угол наклона граней коронки 15°, угол наклона граней павильона 43°, коэффициент очарования Ch=0,10, наклон бриллианта θ=3°;

на фиг.20 - то же, коэффициент очарования Ch=0,51, наклон бриллианта θ=25°;

на фиг.21 - угол наклона граней коронки 32°, угол наклона граней павильона 28°, коэффициент очарования Ch=0,00, наклон бриллианта θ=3°;

на фиг.22 - то же, коэффициент очарования Ch=0,61, наклон бриллианта θ=25°.

Реализация способа демонстрируется на примере вычисления коэффициента очарования charm для бриллиантов круглой формы огранки Кр57. Рассмотрение проводится на массиве огранок, имеющих диаметр площадки 0,55 от диаметра рундиста, угол наклона граней коронки 11°-45°, угол наклона граней павильона 24°-50°.

В качестве бриллианта, принятого за эталон, выбирают бриллиант круглой формы огранки, имеющий 57 граней, категории «0» (ноль) по классификации Американского геммологического общества, с отношением размера площадки к диаметру рундиста 0,57, углом наклона граней коронки 34,8°, углом наклона граней павильона 40,7°, отношением клиньев верха к высоте коронки 0,75, отношением высоты клиньев низа к высоте павильона 0,79 и отношением толщины рундиста к его диаметру 0,02. При определенных условиях освещенности бриллианты с такой огранкой имеют картины блеска в виде «сердец» (при просмотре со стороны павильона) и «стрел» (при просмотре со стороны коронки).

Блеск бриллиантов анализируется с помощью специально разработанной компьютерной программы расчетов, численными методами моделирующей блеск драгоценных камней. Программа позволяет рассчитывать мгновенные картины и видеофильмы блеска с визуализацией их на мониторе ПЭВМ.

Численные расчеты блеска проводят в приближении геометрической оптики, где каждая из картин блеска бриллианта представляется в виде суперпозиции множества лучей, отраженных от наблюдаемого бриллианта 1 и попавших на матрицу виртуальных фотоприемников (МВФ) 2, имитирующих сетчатку глаза или приемную CCD матрицу цифровой видеокамеры (фотоаппарата).

Расчетная матрица виртуальных фотоприемников может изменять свой размер от 2,5·10³ для быстрых расчетов до 10⁶ элементов для расчетов с высоким пространственным разрешением. Программа позволяет вести расчеты цвета в 2-х режимах, когда каждый из виртуальных фотоприемников способен рассчитывать интенсивности 3 лучей света с красной (r), зеленой (g) и голубой (b) длинами волн или 10 лучей света с длинами волн, равномерно перекрывающими весь диапазон видимого света. В первом случае обеспечивается более быстрый расчет, а во втором - более качественное цветное изображение драгоценного камня.

Исходными данными для расчета картин блеска являются оптические характеристики бриллианта (коэффициент преломления и коэффициент поглощения света на разных длинах волн), геометрия огранки, геометрия расположения внутренних дефектов, геометрия расположения и характеристики источников света, характеристики фонового освещения, геометрия взаимного расположения наблюдателя и бриллианта.

Результатами численных расчетов являются отдельные кадры блеска бриллианта, фильмы блеска бриллианта при вращении, покачивании или другом более сложном движении, численные значения оптических характеристик блеска.

При вычислении коэффициента очарования charm вводится понятие мгновенных оптических характеристик блеска, соответствующих единичному виртуальному фотоприемнику или единичной картине блеска бриллианта, и понятие усредненных оптических характеристик, соответствующих определенному диапазону углов наклона бриллианта относительно наблюдателя или бриллианту в целом.

Способ реализуют следующим образом.

Вычисляют мгновенную интенсивность света I_ν, отраженного от бриллианта 1 и попавшего на единичный элемент МВФ 2 с индексом ν, в соответствии с выражением:

где К - число спектральных отрезков, на которое разбит видимый диапазон спектра, внутри которых свет представляется монохроматичным со средней длиной волны λ_т;

I_λν - интенсивность луча света с длиной волны λ_I, отраженного от бриллианта и попавшего на единичный элемент МВФ с индексом ν.

Вычисляют мгновенную цветовую насыщенность света Q_ν, отраженного от бриллианта 1 и попавшего на единичный элемент МВФ 2 с индексом ν, в соответствии с выражением:

Вычисляют мгновенное угловое мерцание блеска M_ν как разность мгновенных интенсивностей света I_ν, отраженных от бриллианта 1 и попавших на единичный элемент МВФ 2 с индексом ν, при углах наклона бриллианта θ относительно наблюдателя, отличающихся на 1°:

M_ν=I_ν(θ)-I_ν(θ+1).

Вычисляют усредненные по единичному кадру мгновенные интенсивность, цветовую насыщенность и мерцание блеска как средние арифметические значения для МВФ:

где N - число элементов матрицы виртуальных фотоприемников;

θ, ϕ - соответственно, полярный и азимутальные углы поворота бриллианта относительно наблюдателя, при значении которых вычисляются оптические характеристики блеска.

У бриллианта Кр57, имеющем 8-ми кратный уровень симметрии относительно аксиальной оси, характеристики блеска, усредненные по единичному кадру, практически не изменяются при изменении угла ϕ. Поэтому в дальнейшем усреднение по этому углу выполнялось постоянно без специального указания этого действия.

Вычисляют мгновенную рельефность блеска R_θ, выражающую количество максимумов в двумерном распределении I_ν, образующемся на МВФ и характеризующем мгновенную картину блеска. При этом учитываются лишь «сильные» максимумы, интенсивность которых более чем в 2 раза превышает интенсивность рядом находящихся областей. Визуально эти максимумы воспринимаются как искры, присутствующие в мгновенной картине блеска.

Численным методом описывают мгновенную геометрию картины блеска G_θ, характеризующую степень равномерности свечения всей картины блеска, а также наличие в ней центрального темного пятна, темных колец в средней части картины и темного края. Для ее описания всю картину блеска разделяют на несколько более мелких составных частей и в каждой из них определяют среднюю интенсивность блеска. Учитывая то, что в круглом бриллианте провалы в интенсивности блеска имеют, как правило, аксиально-симметричную форму, картина блеска также разделяется на несколько аксиально-симметричных зон. Конкретно при расчете G_θ для бриллианта Кр57 картина блеска разделялась на 5 частей: центральный круг с радиусом 0,06 от радиуса рисунка r₀ и 4 кольца с шириной 0,2 r₀; 0,2 r₀; 0,2 r₀ и 0,3 r₀, соответственно, от центра к краю картины. Темный центр, край или темные кольца в средней части картины блеска определяются по величине отношений средней интенсивности этих участков к средней интенсивности всей картины. Величина этих отношений определяется следующими выражениями:

G_Цθ=I_Цθ/I_θ; G_K1θ=I_K1θ/I_θ; G_K2θ=I_K2θ/I_θ; G_K3θ=I_K3θ/I_θ; G_K4θ=I_K4θ/I_θ,

где I_Цθ, I_K1θ, I_K2θ, I_K3θ, I_K4θ - усредненные интенсивности блеска, соответственно, центральной части картины блеска и колец К1, К2, К3 и К4;

I_θ - интенсивность блеска, усредненная по всей картине блеска.

Вычисляют усредненные оптические характеристики блеска, описывающие огранку бриллианта в каком-либо диапазоне углов его наклона относительно наблюдателя, как среднее арифметическое значение мгновенных характеристик картин блеска, вычисленных в этом диапазоне углов наклона бриллианта.

где Х - оптические характеристики блеска (I, R, M, Q, G);

θ1-θ2 - интервал углов, в котором происходит усреднение оптических характеристик блеска;

q - число картин блеска, по которым проводится усреднение оптических характеристик.

Для оптических характеристик, описывающих в целом какую-либо огранку бриллианта, усреднение оптических характеристик блеска проводится по углам всей верхней полусферы пространства 0<θ<90°.

Усреднение по выборочным углам наблюдения бриллианта, например, 0°<θ<0° и 20°<θ<30° позволяет более детально выяснить особенности блеска бриллианта, так как при этом становится очевидным при каком наблюдении, боковом или виде сверху, данная огранка получается более привлекательной.

Вычисляют усредненные оптические характеристики блеска для бриллианта, выбранного за эталон.

Вычисляют усредненные оптические характеристики блеска в относительных единицах i, r, m, q, g_i, где в качестве величин сравнения принимаются оптические характеристики блеска бриллианта, принятого за эталон.

Определяют характеристические функции нормировки оптических характеристик блеска f_i, f_R, f_M, f_Q и f_G в виде дробно-рациональных функций степени 12 с коэффициентами k₁=10, k₂=9 и k₃=2. Переменной этих функций принимаются значения усредненных оптических характеристик блеска, выраженных в относительных единицах.

С помощью дробно-рациональной характеристической функции нормировки вычисляют факторы оптических характеристик блеска:

фактор интенсивности блеска - F_i=f_i(i)=10/[9+(i-2)¹²];

фактор рельефности блеска - F_R=f_R(r)=10/[9+(r-2)¹²];

фактор мерцания блеска - F_M=f_M(m)=10/[9+(m-2)¹²];

фактор цветовой насыщенности блеска - F_Q=f_Q(q)=10/[9+(q-2)¹²].

Вычисляют фактор искристости картины блеска как среднее гармоническое значение факторов рельефности и мерцания блеска:

F_L=2/((1/F_R)+(1/F_M))

Вычисляют фактор геометрии картины блеска как среднее геометрическое значение факторов средних значений интенсивностей блеска составных частей картины блеска:

F_G=(FG_ц·FG_K1·FG_K2·FG_K3·FG_K4)^0,2,

где FG_ц=10/[9+(g_ц-2)¹²] - фактор интенсивности центра картины блеска;

FG_Ki=10/[9+(g_Ki-2)¹²] - фактор интенсивности i-го кольца картины блеска, i=1...4.

Вычисляют обобщенный коэффициент красоты блеска бриллианта, называемый коэффициентом очарования charm, для углов наблюдения 0°<θ<10° как среднее гармоническое значение факторов интенсивности, искристости, цветовой насыщенности и геометрии картины блеска:

Ch_0°-10°=4/((1/F_I)+(1/F_L)+(1/F_Q)+(1/F_G))

Вычисляют коэффициент очарования charm для диапазона углов наблюдения 20°<θ<30°.

Вычисляют коэффициент очарования charm, усредненный по диапазону углов наблюдения бриллианта 0°<θ<30° как среднее взвешенное арифметическое значение Ch_0°-10° и Ch_20°-30°:

Ch_0°-30°=(Ch_0°-10°+Ch_20°-30°·cos²25°)/(1+cos²25°).

Весовой фактор cos²θ указывает на меньшую значимость оптических характеристик блеска при наблюдении бриллианта сбоку, чем при наблюдении сверху.

Вид характеристической функции нормировки оптических характеристик блеска f(x)=10/[9+(х-2)¹²], которая использовалась при реализации способа, и график которой приведен на фиг.3, определяет метрологическую шкалу изменений коэффициента очарования. Блеск бриллианта, выбранного в качестве эталона и относительно которого происходит оценка блеска других бриллиантов, с помощью данной функции получает по всем параметрам блеска, включая коэффициент очарования charm, оценку, равную 1. При определении вида этой функции было сделано предположение, что бриллиант, выбранный за эталон, имеет очень высокие оптические характеристики блеска, близкие к идеальным, и превосходство его блеска над бриллиантами других огранок может быть не более чем на ˜10%. Это предположение было подтверждено конкретными результатами расчетов коэффициента очарования, представленными ниже в таблицах.

Степень характеристической функции 2n=12 определяет контрастность шкалы измерений коэффициента очарования.

Приведенные на фиг.4-5 картины реального блеска бриллианта, выбранного в качестве эталона при определении коэффициента очарования charm, имеют хорошее совпадение с расчетными картинами блеска этого бриллианта (фиг.6-10), полученными в тех же условиях освещения и наблюдения. Это подтверждает высокую точность численного моделирования реального блеска драгоценных камней с помощью численной программы, которая использовалась при подтверждении возможности осуществления изобретения.

На фиг.11 и 12 приведены картины блеска бриллианта с геометрией огранки, очень мало отличающейся от эталонной. Оптические характеристики блеска, выраженные в относительных единицах (i, r, m, q), и их факторы (F_I, F_L, F_Q, F_G) имеют в этом случае значения, близкие к 1, и при осмотре сверху, и при боковом осмотре. На фиг.11 - i=1,00, r=1,00, m=1,01, q=0,98; F_I=1,00, F_L=1,01, F_Q=0,97, F_G=1,00; Ch=1,00. На фиг.12 - i=1,01, r=0,99, m=1,00, q=0,97; F_I=1,01, F_L=1,00, F_Q=0,97, F_G=0,98; Ch=0,99.

Суммарный коэффициент очарования для углов наблюдения 0°<θ<30° здесь также имеет значение, близкое к 1, Ch=0,99; F_I=1,00, F_L=1,00, F_Q=1,00, F_G=1,00.

На фиг.13 и 14 приведены картины блеска бриллианта с уплощенной геометрией огранки, имеющей угол наклона граней павильона 37°. Видно, что в этом случае при осмотре сверху все характеристики блеска бриллианта имеют значения лучшие, чем у эталона (фиг.13): i=1,01, r=1,07, m=1,31, q=1,51; F_I=1,01, F_L=1,08, F_Q=1,11, F_G=0,97; Ch=1,04. Однако при осмотре сбоку ухудшаются характеристики искристости и геометрии картины блеска, что проявляется в виде темного серповидного пятна в средней части картины (фиг.14): i=1,06, r=0,88, m=0,99, q=0,97; F_I=1,05, F_L=0,87, F_Q=0,95, F_G=0,92; Ch=0,94. Это приводит к уменьшению коэффициента очарования как при осмотре сбоку, так и в среднем по всем углам наблюдения: Ch=0,98; F_I=1,00, F_L=1,00, F_Q=1,00, F_G=1,00.

На фиг.15 и 16 приведены картины блеска бриллианта с еще большей уплощенностью огранки, когда угол наклона граней коронки равен 13°, а угол наклона граней павильона - 38°. Здесь следует выделить очень высокую интенсивность блеска при осмотре сверху (фиг.15) и сбоку (фиг.16), а также высокую искристость и цветовую насыщенность при осмотре сверху. На фиг.15 - i=1,21, r=1,23, m=1,45, q=1,40; F_I=1,10, F_L=1,11, F_Q=1,11, Р_G=0,64; Ch=0,94. Ha фиг.16 - i=1,19, r=0,95, m=0,85, q=0,96; F_I=1,10, F_L=0,80, F_Q=0,94, F_G=0,41; Ch=0,71. Худшие значения имеет геометрия картины блеска, что проявляется, как и в предыдущем случае, в виде темного пятна серповидной формы. Коэффициент очарования в этом случае имеет заметно меньшее значение, чем у эталона (для углов наблюдения 0<θ<30° Ch=0,84), но из-за высокой эффективности использования сырья эта огранка также может иметь практическое использование.

На фиг.17 и 18 приведены картины блеска бриллианта, имеющего угол наклона граней коронки 44° (высокая коронка) и угол наклона граней павильона 29° (низкий павильон). Блеск этого бриллианта уступает эталону по параметру интенсивности, однако, существенно превосходит по искристости и цветовой насыщенности. На фиг.17 - i=0,81, r=1,11, m=1,57, q=1,94; F_I=0,59, F_L=1,10, F_Q=1,11, F_G=0,95; Ch=0,88. На фиг.18 - i=0,79, r=0,99, m=1,11, q=1,02; F_I=0,54, F_L=1,05, F_Q=1,02, F_G=0,67; Ch=0,76. Коэффициент очарования здесь, как и в предыдущем случае, имеет среднее значение (для углов наблюдения 0<θ<30° Ch=0,82), что вызвано относительно невысокой интенсивностью блеска. Однако из-за специфических особенностей блеска и своей оригинальной геометрии бриллиант с такой огранкой также может иметь коммерческий успех.

На фиг.19-22 приведены картины блеска бриллиантов с огранками, имеющими низкое значение коэффициента очарования.

На фиг.19 и 20 приведены картины блеска бриллианта с параметрами огранки, имеющей очень высокую интенсивность блеска и хорошую геометрию картины. На фиг.19 - i=1,28, r=0,29, m=0,71, q=0,70; F_I=1,11, F_L=0,03, F_Q=0,13, F_G=1,00; Ch=0,10. На фиг.20 - i=1,32, r=0,59, m=0,74, q=0,83; F_I=1,11, F_L=0,25, F_Q=0,63, F_G=0,64; Ch=0,51. Тем не менее, коэффициент очарования имеет малое значение из-за низкой искристости и цветовой насыщенности блеска (для углов наблюдения 0<θ<30° Ch=0,29), то есть в блеске данного бриллианта отсутствует свойство, называемое «игрой блеска».

На фиг.21 и 22 приведены картины блеска бриллианта с огранкой, имеющей малое значение коэффициента очарования (для углов наблюдения 0<θ<30°, Ch=0,28) в первую очередь из-за низкой интенсивности блеска, хотя блеск бриллианта имеет высокое значение цветовой насыщенности. На фиг.21 - i=0,53, r=1,99, m=4,25, q=2,16; F_I=0,09, F_L=0,00, F_Q=1,11, F_G=0,88; Ch=0,00. Ha фиг.22 - i=0,71, r=1,15, m=1,47, q=1,08; F_I=0,34, F_L=1,10, F_Q=1,07, F_G=0,56; Ch=0,61.

Приведенные примеры блеска бриллиантов с различной геометрией огранки показывают на хорошее соответствие величины коэффициента очарования с истинной красотой блеска бриллианта.

Результаты значений оптических характеристик блеска бриллианта, принятого за эталон, приведены в таблице 1. Результаты значений оптических характеристик бриллианта, полученные расчетным путем по предлагаемому способу и выраженные в относительных единицах, приведены в таблицах 2-10. Результаты значения коэффициента очарования charm, усредненного по диапазону углов наблюдения бриллианта 0°<θ<30°, приведены в таблице 11.

Из таблицы 11 видно, что при диаметре площадки 0,55 лишь небольшая область геометрических параметров огранки при угле наклона граней коронки 32-35° и угле наклона граней павильона 41° обеспечивает красоту блеска бриллиантов незначительно превосходящую по параметру очарования эталонную огранку. Анализ оценок блеска, полученных группой независимых экспертов, показывает, что практический интерес могут иметь огранки с коэффициентом очарования Ch≥0,8.

Таблица 1Оптические характеристики блеска бриллианта Кр57, выбранного за эталон. Углы наблюдения 0<θ<10°Наименование характеристикиСреднее значениеδИнтенсивность блеска (в % от интенсивности фона)64,11±0,08Рельефность картины блеска (количество искр)14,26±0,22Мерцание блеска (у.е.)5,08±0,14Цветовая насыщенность блеска (у.е.)1,91±0,27Интенсивность блеска в центре (в % от I фона)69,19±0,26Интенсивность блеска в кольце К1 (в % от I фона)73,38±0,10Интенсивность блеска в кольце К2 (в % от I фона)58,23±0,07Интенсивность блеска в кольце К3 (в % от I фона)72,02±0,04Интенсивность блеска в кольце К4 (в % от I фона)60,52±0,02

δ - разброс характеристик блеска для бриллиантов категории «0» по классификации AGS, имеющих геометрию огранки:

диаметр площадки равен 0,524-0,575;

угол наклона граней коронки - 33,7°-35,8°;

угол наклона граней павильона - 40,16°-41,2°.

Источники информации:

1. Diamond Grading, LAB MANUAL, Copyright 1992 The Gemological Institute of America.

2. Ilene M. Reinitz, Mary L. Johnson, T. Scott Hemphill, Al M. Gilbertson, Ron H. Geurts, Barak D. Green, James E. Shigley Modeling the Appearance of The Round Brilliant Cut Diamond: An Analysis of Fire, and More About Brilliance = Моделирование внешнего вида круглого бриллианта: анализ дисперсии (игры) и дополнительные сведения о блеске//Gems & Gemology. - 2001. - Vol.37, №3. - pp.174-197, The Quarterly Journal of the Gemological Institute of America.

3. Психологическая энциклопедия. - С-П.: «прайм-Еврознак», 2003 и Большой психологический словарь/Под ред. Б.Г.Мещерякова, В.П.Зинченко. - M.: ОЛМА-ПРЕСС, 2003.

4. Психология/Под ред. А.А.Крылова. - M.: Проспект, 1999.

5. Г.Хакен, М.Хакен-Крель Тайны восприятия - Синергетика как ключ к мозгу. - M.: Институт компьютерных исследований.

6. Патент RU 2190944, МПК⁷ А 44 С 17/00. Драгоценный камень/Ю.Н.Ребрик, Р.И.Илькаев, В.К.Баранов, А.М.Бочаров, А.Г.Голубинский, А.П.Иноземцев, Ю.И.Кутько, В.Т.Назаров, С.В.Ребров (RU); СГУП «ПО «Кристалл» (RU). - 2001121361/12; Заяв. 30.07.2001; Опубл. 20.10.2002, Бюл. №29 (прототип).

7. Верена Пагель-Тайзен Оценка бриллиантов: Руководство по оценке бриллиантов. - Типография АО «Символ», заказ №2436. - 1996.

8. Математическая энциклопедия. - M.: Математическая энциклопедия, 1996. - Т.5, с.164.

Способ относится к технологии обработки алмазов в бриллианты. В способе экспериментальным или расчетно-теоретическим путем в видимых наблюдателем картинах блеска определяют оптические характеристики блеска драгоценного камня, включающие интенсивность блеска, мерцание блеска и цветовую насыщенность блеска, характеризуемую степенью разложения белого света в цвета радуги, а также рельефность блеска, характеризуемую средним числом интенсивных световых пятен в картине блеска, пространственно различимых глазом человека, и дополнительно путем разбиения картины блеска на составные части измеряют средние значения интенсивностей блеска составных частей картины блеска. Оптические характеристики блеска преобразуют в факторы блеска. В качестве обобщенного коэффициента красоты блеска бриллианта, по которому оценивают красоту блеска бриллианта, используют коэффициент очарования charm, вычисляемый как среднее значение факторов интенсивности, искристости, цветовой насыщенности и геометрии картины блеска. Обеспечивается возможность объективного измерения и количественной оценки красоты блеска бриллиантов, а также возможность их сертификации по красоте их блеска. 4 з.п. ф-лы, 22 ил., 11 табл.

1. Способ оценки красоты блеска бриллианта, при котором экспериментальным или расчетно-теоретическим путем в видимых наблюдателем картинах блеска определяют оптические характеристики блеска бриллианта, включающие интенсивность блеска, мерцание блеска и цветовую насыщенность блеска, характеризуемую степенью разложения белого света в цвета радуги, и используют полученные оптические характеристики блеска при определении обобщенного коэффициента красоты блеска бриллианта, по которому оценивают красоту блеска бриллианта, отличающийся тем, что дополнительно в качестве оптических характеристик блеска определяют рельефность блеска, характеризуемую средним числом интенсивных световых пятен в картине блеска, пространственно различимых глазом человека, а также путем разбиения картины блеска на составные части измеряют средние значения интенсивностей блеска составных частей картины блеска, выражают полученные значения оптических характеристик блеска в относительных единицах, при этом в качестве параметров сравнения принимают полученные в тех же условиях освещения и наблюдения оптические характеристики блеска бриллианта, выбранного в качестве эталона, с помощью характеристических функций нормировки преобразуют полученные относительные оптические характеристики блеска в факторы блеска, после чего определяют фактор искристости блеска как среднее гармоническое значение факторов рельефности и мерцания блеска и фактор геометрии картины блеска, характеризующий равномерность интенсивности картины блеска, как среднее геометрическое значение факторов средних значений интенсивностей блеска составных частей картины блеска, а в качестве обобщенного коэффициента красоты блеска бриллианта используют коэффициент очарования charm, вычисляемый как среднее значение факторов интенсивности, искристости, цветовой насыщенности и геометрии картины блеска.2. Способ оценки красоты блеска бриллианта по п.1, отличающийся тем, что в качестве бриллианта, принятого за эталон, выбирают бриллиант круглой формы огранки, имеющий 57 граней, категории "0" (ноль) по классификации Американского геммологического общества, с размером площадки 0,57 диаметра рундиста, углом наклона граней коронки 34,8°, углом наклона граней павильона 40,7°, высотой клиньев верха 0,75 высоты коронки, высотой клиньев низа 0,79 высоты павильона и толщиной рундиста 0,02 его диаметра.3. Способ оценки красоты блеска бриллианта по п.1, отличающийся тем, что в качестве характеристических функций нормировки выбирают дробно-рациональные функции вида

f(x)=k₁/[k ₂+(x-k₃)²ⁿ],

где х - значение какой-либо оптической характеристики блеска, выраженной в относительных единицах;

f(x) - значение какого-либо фактора блеска, соответствующего относительной оптической характеристике блеска;

k₁ , k₂, k₃, n - константы, определяющие конкретный вид характеристических функций нормировки.