淺談模式識別在珠寶玉石鑒定中的應(yīng)用

□劉文君 河南省巖石礦物測試中心

近年來，寶石的識別成為寶石產(chǎn)業(yè)的主要關(guān)注點，是用復(fù)雜的檢查方法測試寶石參數(shù)的復(fù)雜工作。在識別寶石時，鑒定人員須有高超的技術(shù)手段和高質(zhì)量的要求，不僅要掌握各種儀器的操作方法，還要精通各種寶石的特性。珠寶玉石計算機輔助鑒定及信息系統(tǒng)提供了一些寶石品種的優(yōu)化樣品、成品、類似產(chǎn)品等相關(guān)產(chǎn)品的識別和檢驗方法，對寶石的鑒定具有重要意義。

一、珠寶玉石計算機輔助鑒定及信息系統(tǒng)特點

（一）軟件系統(tǒng)的主要特點

珠寶玉石輔助鑒定及信息系統(tǒng)是在深入分析寶石學(xué)知識體系的基礎(chǔ)上,以鑒定工作的實際步驟和要求為導(dǎo)向設(shè)計而成的，其較全面地涵蓋了珠寶玉石鑒定所涉及的領(lǐng)域。

模式識別綜合覆蓋了傳統(tǒng)設(shè)備的檢查方法，對寶石的硬度、密度、紋理等做出了對比，根據(jù)寶石鑒定的具體性、標準性、系統(tǒng)說明參數(shù)進行準確有效的比較和判斷，還可以對諸如寶石的顏色和吸收光譜等非標準特性的描述參數(shù)進行有效的比較和判斷[1]。

模式識別可以有效判斷珠寶玉石的各種水平和特性參數(shù)，豐富系統(tǒng)的圖像特征數(shù)據(jù)庫，保存寶貴的寶石信息資源。

（二）軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.信息數(shù)據(jù)庫

信息數(shù)據(jù)庫是開放式的數(shù)據(jù)庫，集合了各種珠寶、玉石的品種及重要鑒定特征等信息。

2.鑒定指導(dǎo)數(shù)據(jù)庫

該數(shù)據(jù)庫主要是指導(dǎo)鑒定工作中各種儀器的檢測操作方法，并對檢測過程中需要注意的事項進行重點說明。

二、軟件系統(tǒng)主要功能

輔助鑒定：鑒定人員在操作系統(tǒng)時，先單擊“輔助評價”按鈕，系統(tǒng)根據(jù)輸入的鑒定數(shù)據(jù)，在輔助鑒定結(jié)果界面中顯示結(jié)果和數(shù)據(jù)，然后單擊列表中可能的寶石名稱，點擊“確定”按鍵，便會直接彈出寶石屬性的信息。此接口包含所有已知寶石的基本屬性。

直接查詢：鑒定人員直接點擊“查詢”按鈕即可，通過寶石的名字和相關(guān)特性確認寶石的相關(guān)屬性。

鑒定指導(dǎo)：珠寶寶石的鑒定系統(tǒng)的主界面有“鑒定指導(dǎo)”按鈕，單擊后會出現(xiàn)鑒定指導(dǎo)界面，即對儀器的使用、技巧和相關(guān)注意事項進行解釋，指導(dǎo)鑒定人員正確使用儀器，防止出現(xiàn)誤判情況，保證珠寶鑒定的可靠性。

資料的分類與保存：鑒定人員在單擊“輸入資料”按鈕后，可以將信息輸入系統(tǒng)中，使用戶不斷充實自己的信息資源，所錄入的資料都是可以直接分類保存的，方便用戶在今后的輔助鑒定中直接查詢相關(guān)的寶石信息，提高寶石鑒定的效率。

三、模式識別技術(shù)的應(yīng)用理論和方法

（一）數(shù)據(jù)獲取

寶石的識別涉及化學(xué)、光學(xué)、力學(xué)等很多領(lǐng)域，需要運用多種測試顏色、折射率、密度、模量硬度、寶石參數(shù)的儀器和測試方法，并與相應(yīng)的標準值進行比較，最后再進行綜合性的判斷。這些檢測數(shù)據(jù)屬于物理參數(shù)或邏輯值的范疇。但在實際檢測處理過程中，鑒定人員需要首先手動讀取檢測到的項目數(shù)據(jù)，然后將其通過對應(yīng)的人機界面輸入到系統(tǒng)中。

（二）預(yù)處理

預(yù)處理的主要目的是消除光譜等非描述參數(shù)的影響因子，加強信息處理，修復(fù)和恢復(fù)由測量裝置和儀器引起的不確定因素。珠寶的性質(zhì)非常復(fù)雜，常常用語言來描述，實際上這樣是違反計算機標準化和數(shù)字化要求的。因此，諸如顏色和吸收光譜等非描述參數(shù)需要標準化和編碼。通過預(yù)處理這些數(shù)據(jù)，鑒定人員可以利用計算機正確查詢這些參數(shù)，并進行比較。

例如,對于顏色這個參量,其編碼設(shè)計為“無 色:1;紅 色:2;橙 色:3;黃 色:4;綠 色:5;藍 色:6;紫 色:7;褐色:8;灰色或黑色：9”。根據(jù)這樣的編碼規(guī)則,藍寶石的寶石學(xué)定義就是除紅色以外的其他顏色的剛玉，其對應(yīng)顏色編碼為13456789。在查詢是否有黑色藍寶石時，鑒定人員只需對比顏色這個參量項中是否存在“9”即可，避免了因不規(guī)范語言描述所造成的錯誤判斷。

（三）特征提取和選擇

為了便于分類和決策，寶石和翡翠的識別基準采用將測定值和標準值的邏輯比較的方法，將測定值轉(zhuǎn)換為邏輯值，即測定值與標準值符合為1，不符為0，這樣可以簡化分類器的設(shè)計。另外，應(yīng)用程序的能力仍需進一步提高。例如，放大檢查是非常重要的測試項目，但是該系統(tǒng)的比較與判定能力尚有不足，仍需提高。

（四）分類決策

分類決策意味著使用特征空間的統(tǒng)計模式識別方法將所有識別的對象分類為一個類別。根據(jù)該判定規(guī)則，系統(tǒng)將統(tǒng)計對象進行系統(tǒng)的分類，以錯誤識別率最小為識別的標準。

設(shè)計線性分類器的關(guān)鍵是確定權(quán)向量。在該系統(tǒng)中，每個判別函數(shù)均根據(jù)不同判別參數(shù)的準確性（可以確定參數(shù)的可能變化范圍）和準確性（判別操作是否可以準確獲取參數(shù)）來判別函數(shù)的權(quán)重。即首先將參數(shù)精確度和準確性分為三個級別：高、中、低，并將值分別分配給5、3和1，然后，將每個參數(shù)的值之和相加，最后歸一化得出每個參數(shù)的權(quán)重。此外，由于將測量結(jié)果合并為用于特征提取和選擇的邏輯值，判別函數(shù)的閾值權(quán)重設(shè)置為0。

線性分類器設(shè)計通常使用最大值選擇器。在實際的鑒定過程中，寶石參數(shù)的測量是有選擇的，許多寶石的某些參數(shù)非常相似甚至重疊。因此，該系統(tǒng)的模式識別選擇器不使用通常的最大值選擇器，而是使用判別函數(shù)的g（x）值的規(guī)范化處理并以良好匹配的形式提示用戶，以防止漏判。

應(yīng)用過程還反映了需要進一步改進的領(lǐng)域。例如，擴展檢查是非常重要的測試項目，但是軟件在這方面的比較和判斷的能力需要進一步提高。

（五）線性分析器

最大值選擇器通常用于進行線性分類器的設(shè)計。然而，在實際鑒定的過程中，寶石參數(shù)的測量是選擇性的，許多類型的寶石片在一些參數(shù)中非常相似。可以通過識別模式匹配度的形式提示給使用者，以防止漏判。

結(jié) 語

綜上所述，珠寶玉石模式識別系統(tǒng)及計算機的特征數(shù)據(jù)庫，均為實際的寶石鑒定提供了相關(guān)知識，分析珠寶玉石鑒定知識體系的基礎(chǔ)是珠寶玉石計算機輔助鑒定及信息系統(tǒng)的分析，通過多項技術(shù)利用計算機科學(xué)的模式識別，實現(xiàn)對多品種不同性質(zhì)參數(shù)的綜合判斷。實際應(yīng)用過程證明，該系統(tǒng)突破了個人經(jīng)驗的局限，鑒定方面的全面性和可靠性大大提高，具有很好的推廣價值。