彩色寶石以其絢麗的色彩成為珠寶市場的璀璨明珠，然而，刻面寶石復雜的表面光學特性（如亮暗區域交織、色差微妙）使得傳統顏色測量方法（如實物比色法）面臨巨大挑戰。國家標準體系下，人工比對標準樣品的方式不僅效率低下，且受主觀經驗、環境光線等因素影響，難以實現精準分級。在此背景下，高光譜成像技術憑借其“圖譜合一”的優勢，為寶石顏色數字化表征開辟了新路徑。

技術突破：高光譜成像技術的核心優勢

中達瑞和SHIS-V220型高光譜成像儀，搭載420-750nm寬光譜范圍、10nm高分辨率及2448×2048超高清分辨率，為寶石顏色研究提供了硬件保障。其核心技術在于：

• 全光譜捕捉：同步獲取樣品空間圖像與連續光譜信息，精準解析顏色成因；

• 非接觸測量：避免物理接觸對寶石造成的損傷；

• 數字化輸出：通過CIE色度學模型將光譜數據轉化為可量化顏色參數。

應用案例：藍寶石與祖母綠的顏色數字化研究

1. 藍寶石：復雜色貌的精準解構

研究目標：驗證高光譜成像法對藍寶石局部與整體顏色表征的一致性，并分析明度（L）、彩度（C）、色相（h）的相關性。

實驗設計：

• 樣品選取：6粒天然藍寶石（2.05-3.44克拉），涵蓋不同顏色飽和度與色調（圖1）。

• 數據采集：通過高光譜成像獲取臺面、冠部及整體光譜反射率，結合CIE標準觀察者模型計算XYZ-Lab*參數。

• 模擬復現：利用WCS色庫在WPS Office中還原樣品顏色，驗證目視匹配度。

關鍵發現：

• 色差量化：以YLB0001為基準，計算其他樣品的總色差（ΔE*），結果顯示色差值與目視差異高度吻合。

• 參數相關性：皮爾遜分析表明，明度（L）與色相（h）、彩度（C）與色相（h）均呈顯著負相關（p

Fig.3 Appearance of Emeralds Sample<0.05），揭示三者并非獨立變量。

2. 祖母綠：高明度下的顏色分級探索

研究目標：針對祖母綠高明度特性，優化高光譜采樣策略，分析顏色參數貢獻度。

實驗設計：

• 樣品選取：7粒天然祖母綠（1.38-2.99克拉），部分含微量注油（圖3）。

• 數據采集：重點采集臺面亮域、暗域及整體光譜，對比不同區域對色差的影響。

• 行業驗證：結合國家標準GB/T 16552-2017，評估高光譜法與傳統目視分級的差異。

關鍵發現：

• 采樣策略優化：亮域區域模擬顏色與目視匹配度，暗域因反射光干擾需謹慎采樣。

• 參數貢獻度：明度差對總色差的貢獻隨明度升高而降低，飽和度差與色相差成為主導因素，印證高明度寶石分級需側重色彩鮮艷度。

技術價值：推動寶石分級標準化與智能化

1. 數據驅動的分級體系
   高光譜成像法通過量化明度、彩度、色相關聯性，為建立客觀分級模型提供科學依據，突破傳統依賴專家經驗的局限。

2. 行業應用潛力

• 快速篩查：單次掃描即可獲取全光譜數據，大幅提升檢測效率；

• 溯源防偽：光譜特征可作為寶石產地、優化處理的輔助判據；

• 消費者教育：數字化顏色報告增強市場透明度，減少交易糾紛。

3. 未來方向
   結合AI算法優化采樣區域選擇，開發便攜式高光譜設備，推動珠寶檢測技術迭代升級。

中達瑞和高光譜成像相機憑借其高精度與靈活性，為寶石顏色研究提供了革命性工具。從藍寶石的復雜色貌解析到祖母綠的高明度分級，該技術不僅驗證了顏色參數的相關性理論，更為行業標準化、智能化轉型注入強勁動力。未來，隨著技術與應用的深度融合，寶石世界將綻放更璀璨的科學之光！

本文引用文獻：珠寶與科技--2023國際珠寶首飾學術交流會論文集《基于高光譜成像對彩色刻面寶石顏色測量與表示的研究-以藍寶石和祖母綠為例》