紅色鈣質(zhì)珊瑚的顏色質(zhì)量評(píng)價(jià)研究

劉美穎

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）珠寶學(xué)院，北京 100083

前 言

珊瑚是一種低等腔腸動(dòng)物珊瑚蟲(chóng)分泌的鈣質(zhì)為主體的堆積物形成的骨骼[1]，由于組成成分不同，可將其分為鈣質(zhì)珊瑚和角質(zhì)珊瑚兩種。

珊瑚作為一種珍貴的海洋資源，前人的研究多集中在不同產(chǎn)地珊瑚所含元素[2,3]、結(jié)構(gòu)[4]、生長(zhǎng)速率[5,6]、對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響[7]等方面。珊瑚同時(shí)也是一種珍貴的有機(jī)寶石，顏色是影響其外觀和價(jià)值的重要因素，但相關(guān)研究較少?，F(xiàn)代色度學(xué)解決了對(duì)顏色作定量描述和測(cè)量的問(wèn)題，其中，使用色卡比色是常用的一種研究手段。GemDialogue系統(tǒng)指導(dǎo)下制作的色卡是GemDialogue公司于1983年推出的描述寶石顏色的一種工具[8]，在2009年發(fā)布的《GB/T 23885 2009翡翠分級(jí)》[9]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，彩度級(jí)別劃分表示方法就采用了色純度參考值和GemDialogue色卡彩度參考值，由高到低將其劃分為極濃（Ch1）、濃（Ch2）、較濃（Ch3）、較淡（Ch4）、淡（Ch5）五個(gè)級(jí)別。Han J Y[10]、Guo Y[11]等學(xué)者曾利用GemDialogue色卡對(duì)藍(lán)色藍(lán)寶石和翡翠的顏色質(zhì)量進(jìn)行研究。2018年，我國(guó)國(guó)土資源部發(fā)布《寶石級(jí)紅珊瑚鑒定分級(jí)》[12]行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，按品種對(duì)寶石級(jí)紅珊瑚的鑒定、顏色、質(zhì)地和工藝評(píng)價(jià)等方面做出規(guī)定，將阿卡珊瑚和沙丁珊瑚的顏色分為了深紅、濃紅、艷紅、紅和淺紅五個(gè)級(jí)別，所給出的色調(diào)、明度和彩度級(jí)別的參考值是由肉眼比對(duì)樣品與孟塞爾色卡所得。

本文從顏色入手，參考前人研究方法，對(duì)紅色鈣質(zhì)珊瑚的顏色進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究，并對(duì)其顏色質(zhì)量評(píng)價(jià)提出合理化建議。

1 實(shí)驗(yàn)方法

選取的51顆天然紅色鈣質(zhì)珊瑚樣品（圖1），顏色覆蓋了深紅到淺紅的范圍。樣品經(jīng)拋光，呈玻璃光澤，形狀大小不一，1顆為枝狀，其余50顆均為弧面型切工。部分樣品表面顏色不均勻，可見(jiàn)白芯、蟲(chóng)孔出露。

圖1 D65光源下樣品照片F(xiàn)ig.1 Photo of the samples under D65

使用愛(ài)色麗X-Rite SP62便攜式分光測(cè)色儀對(duì)樣品進(jìn)行了顏色測(cè)試。實(shí)驗(yàn)在D65光源燈箱中進(jìn)行，選取CIE 1976 L*a*b*均勻色空間，采用積分球收集樣品表面的反射信號(hào)，不包含鏡面反射，D65標(biāo)準(zhǔn)光源照明，2°觀察者視場(chǎng)，測(cè)量范圍為400～700nm，測(cè)量時(shí)間＜2.5s，波長(zhǎng)間隔為10nm，電壓為220V，電流為50Hz。測(cè)試前使用寶石擦布清潔待測(cè)樣品表面，選取表面顏色較均勻的部位進(jìn)行測(cè)試，每顆樣品測(cè)試三次，取其平均值，測(cè)試中保證三次測(cè)試的位置一致，得到樣品明度值L*、色度值a*、b*及飽和度C*和色調(diào)角h°。

使用GemDialogue比色卡對(duì)樣品進(jìn)行比色分析。比色在標(biāo)準(zhǔn)光源燈箱中進(jìn)行，采用D65標(biāo)準(zhǔn)光源照射，每顆樣品均進(jìn)行三次比色，并結(jié)合測(cè)色儀測(cè)出相應(yīng)色卡組合的顏色數(shù)據(jù)，利用Photoshop軟件的L*a*b*模式繪制模擬色塊，嘗試對(duì)珊瑚顏色進(jìn)行分級(jí)。

2 結(jié)果與討論

2.1 顏色分析

由測(cè)試結(jié)果可知，樣品的各顏色參數(shù)范圍如下：L*∈[29.28, 43.40]，a*∈[19.74, 36.86]，b*∈[7.80,22.30]，C*∈ [21.46, 43.05]，h°∈ [19.52, 31.71]。

在a*-b*色品圖上對(duì)其顏色參數(shù)進(jìn)行投點(diǎn)（圖2），可見(jiàn)投點(diǎn)集中位于紅色與黃色交界處，主要為橙紅色；投點(diǎn)較為集中，可見(jiàn)樣品顏色色調(diào)差異較小。

圖2 顏色參數(shù)投點(diǎn)圖及局部放大圖Fig.2 Color parameter projection and partial enlarged drawing

樣品的整體數(shù)據(jù)相對(duì)于國(guó)際照明委員會(huì)（CIE）規(guī)定的紅色中心（L*=44，a*=37，b*=23，C*=44，h°=32）稍低。以明度值L*為橫坐標(biāo)，以飽和度C*和色調(diào)角h°為縱坐標(biāo)對(duì)其進(jìn)行作圖分析（圖3），分別對(duì)樣品飽和度C*、色調(diào)角h°和明度值L*之間的關(guān)系進(jìn)行探究。

圖3 飽和度C*和色調(diào)角h°與明度值L*關(guān)系圖Fig.3 Relation diagram of C*, h° and L*

由圖3可見(jiàn)，隨著明度值L*的增加，樣品的飽和度C*和色調(diào)角h°都呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，有一定正相關(guān)性。

2.2 色卡比色

GemDialogue色卡由21張透明的不同顏色的色標(biāo)和3張顏色罩組成，它借助各種顏色的塑料膜，通過(guò)與寶石對(duì)比來(lái)半定量描述顏色的三要素。每張色標(biāo)用相應(yīng)顏色英文單詞的第一個(gè)字母表示，如紅色表示為R；對(duì)于過(guò)渡色，如以紅色為主含橙色調(diào)的中等橙紅色，表示為O2R；橙色為主含紅色調(diào)的中等紅橙色則表示為R2O。每張色標(biāo)上包括10條不同級(jí)別飽和度的彩度帶，分別為10，20，30，……100，用來(lái)表示顏色從近無(wú)色到弱到強(qiáng)的變化。色卡還配有三張顏色罩，透明黑/灰色（B/G）、不透明黑/白色（B/W）及透明褐色（BR），每張顏色罩包括10條不同強(qiáng)度的色帶，用來(lái)表示灰度的變化，可用于描述每種顏色中黑/灰色或褐色的程度，即顏色被黑/灰色或褐色掩蓋的程度。由樣品顏色測(cè)試比對(duì)結(jié)果知其色調(diào)為橙紅色，所以選用O2R色標(biāo)，并利用三張疊加色罩組合獲得與樣品顏色接近的色卡組合。得出樣品比色結(jié)果后，按照“色標(biāo) 顏色強(qiáng)度帶 色罩顏色 強(qiáng)度”的格式對(duì)其進(jìn)行顏色表征。如一顆表示為“O2R 100 B/W 70”的珊瑚，意味著其顏色色調(diào)為橙紅色，顏色強(qiáng)度帶為100，所添加的顏色罩為不透明黑/白色，強(qiáng)度為70。

比色會(huì)受到很多因素的影響，在實(shí)驗(yàn)中首先需保證客觀環(huán)境一致。比色實(shí)驗(yàn)均在D65光源下進(jìn)行，比色前使用寶石擦布將樣品表面擦拭干凈，比色時(shí)保持觀察角度一致，比色時(shí)嘗試色標(biāo)與顏色罩的多種組合方式，顏色罩均疊加在色標(biāo)下方；三次比色實(shí)驗(yàn)均在不同日期的同一時(shí)間進(jìn)行，為最大程度減少主觀影響，規(guī)避前兩次實(shí)驗(yàn)的失誤，彌補(bǔ)不足，最終的比色結(jié)果以第三次實(shí)驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。

GemDialogue色卡有一定的局限性。經(jīng)過(guò)拋光的珊瑚樣品表面呈玻璃光澤，而GemDialogue色卡使用塑料制成，與待評(píng)價(jià)樣品的光澤明顯不同，在比色時(shí)很難排除這種光澤差異帶來(lái)的干擾。此外色卡顏色梯度跨度過(guò)大，而大部分珊瑚樣品的顏色差別較小，對(duì)比色結(jié)果的確定有一定影響。樣品表面顏色是否均勻、是否有白芯或蟲(chóng)孔出露、樣品的形狀等都會(huì)影響樣品表面整體顏色效果，常常會(huì)對(duì)比色造成較大干擾，影響比色進(jìn)行。

為進(jìn)一步研究色卡局限性，探究其與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的區(qū)別，使用測(cè)色儀對(duì)每顆樣品比色結(jié)果對(duì)應(yīng)的色卡組合進(jìn)行測(cè)色，而后與樣品實(shí)測(cè)顏色數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)有所出入。將色卡與樣品的顏色數(shù)據(jù)繪制在圖4中，其中藍(lán)色折線代表樣品實(shí)測(cè)的顏色數(shù)據(jù)，紅色折線代表比色結(jié)果（疊加的比色卡組合）測(cè)得的顏色數(shù)據(jù)。

圖4 a—明度值L*對(duì)比圖；b—色度值a*對(duì)比圖；c—色度值b*對(duì)比圖Fig.4 a—contrast figure of L*；b—contrast figure of a*；c—contrast figure of b*

由圖4-a可見(jiàn)，色卡的明度值L*數(shù)據(jù)較為統(tǒng)一，集中分布，大部分略低于樣品實(shí)測(cè)的明度值數(shù)據(jù)。由圖4-b和4-c可見(jiàn)，色卡的色度值a*和b*整體略高于樣品實(shí)測(cè)的相應(yīng)色度值，其中色度值a*為正值代表紅色，色度值b*為正值代表黃色。根據(jù)公式可推測(cè)在使用GemDialogue色卡比色時(shí)，對(duì)于樣品彩度的判斷常常會(huì)略高于其實(shí)際的彩度值。

2.3 顏色分級(jí)

使用K-Means聚類法對(duì)樣品進(jìn)行聚類分析，嘗試將其分為5、7、9類，經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)將其分為7類較為合適。結(jié)果如表1及圖5所示，并使用計(jì)算機(jī)擬色，做出每個(gè)中心點(diǎn)的模擬色塊。

表1 7類劃分結(jié)果表Table 1 The results of 7 categories

聚類分析給出的單因素方差分析(ANOVA)結(jié)果顯示，對(duì)于L*、a*、b*值，各類之間相應(yīng)的F統(tǒng)計(jì)量的相伴概率sig.值均小于極顯著性水平0.01，表明這7類珊瑚樣品的紅色相應(yīng)的L*、a*、b*均存在著極顯著的差異，說(shuō)明將51顆珊瑚的紅色分成7類的K-Means聚類分析比較理想的。

圖5 7類劃分結(jié)果圖Fig.5 The results of 7 categories

商業(yè)中一般認(rèn)為紅珊瑚的顏色越深品質(zhì)越好。這7種類別中，綜合考量明度值、色度值及飽和度，類別4明度最低，飽和度適中，視為最佳顏色級(jí)別；第5類顏色級(jí)別次之；第3類樣品顏色定為第三級(jí)；第2類樣品顏色飽和度較第3類低，定為第四級(jí)；第7類樣品顏色明度值較前幾級(jí)稍高，定為第五級(jí)；第1類樣品飽和度稍低，定為第六級(jí)；第6類樣品顏色明度值最高，顏色級(jí)別定為最低第七級(jí)。

為進(jìn)一步驗(yàn)證分級(jí)方法的可行，按照聚類分析所設(shè)定的7類顏色級(jí)別，分別找到樣品的比色實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如表2所示，第二列是由7類劃分每組中心點(diǎn)值所制作的模擬色塊，之后是每組樣品的比色結(jié)果及其模擬色塊，相同的結(jié)果已省略；同時(shí)在表的右側(cè)列出色卡顏色數(shù)據(jù)的平均值，并與每類別中心點(diǎn)對(duì)比。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，二者的L*、a*、b*數(shù)據(jù)差別較小。肉眼觀察模擬色塊可見(jiàn)，比色結(jié)果所制作的模擬色塊與此類別中心點(diǎn)的色塊一致性較高，整體顏色較為接近，屬于此顏色范圍中，說(shuō)明這些樣品分在此類別中較為合適，驗(yàn)證此前使用K-Means聚類分析，將樣品分成的7類是可行的。

表2 7類劃分色卡分類結(jié)果Table 2 The GemDialogue results of 7 categories

續(xù) 表2Continued Table 2

3 結(jié)論

（1）使用愛(ài)色麗X-Rite SP62便攜式分光測(cè)色儀，在D65光源下對(duì)51顆鈣質(zhì)珊瑚樣品進(jìn)行顏色參數(shù)測(cè)量，對(duì)樣品顏色參數(shù)進(jìn)行投點(diǎn)分析，其色調(diào)主要為橙紅色，隨著明度值L*的增加，樣品的飽和度C*和色調(diào)角h°都呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，呈一定正相關(guān)。

（2）使用GemDialogue色卡進(jìn)行比色時(shí)，在保證客觀條件一致后，仍會(huì)受到色卡與樣品本身因素的影響。將比色結(jié)果對(duì)應(yīng)色卡組合的測(cè)色數(shù)據(jù)與樣品實(shí)測(cè)顏色數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)色卡的色度值a*和b*都整體略高于樣品實(shí)測(cè)的色度值，推測(cè)在使用GemDialogue色卡比色時(shí)，對(duì)于樣品彩度的判斷常常會(huì)略高于其實(shí)際的彩度值。

（3）利用K-Means聚類分析，嘗試將樣品按顏色參數(shù)L*、a*、b*分成淺橙紅、淺棕紅、紅、棕紅、深棕紅、橙紅、深橙紅7類，并使用樣品比色結(jié)果進(jìn)一步觀察驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)將樣品分為此7類較為科學(xué)。綜合考量，將類別4樣品顏色級(jí)別視為最佳，描述為“棕紅”，其明度值最低，色度值中等即飽和度值中等，顏色較為濃郁。

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