紅色鈣質珊瑚的顏色質量評價研究

劉美穎

中國地質大學（北京）珠寶學院，北京 100083

前 言

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

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地珊瑚所含元素[2,3]、結構[4]、生長速率[5,6]、對生態環境的影響[7]等方面。珊瑚同時也是一種珍貴的有機寶石，顏色是影響其外觀和價值的重要因素，但相關研究較少。現代色度學解決了對顏色作定量描述和測量的問題，其中，使用色卡比色是常用的一種研究手段。GemDialogue系統指導下制作的色卡是GemDialogue公司于1983年推出的描述寶石顏色的一種工具[8]，在2009年發布的《GB/T 23885 2009翡翠分級》[9]國家標準中，彩度級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）五個級別。Han J Y[10]、Guo Y[11]等學者曾利用GemDialogue色卡對藍色藍寶石和翡翠的顏色質量進行研究。2018年，我國國土資源部發布《寶石級紅珊瑚鑒定分級》[12]行業標準，按品種對寶石級紅珊瑚的鑒定、顏色、質地和工藝評價等方面做出規定，將阿卡珊瑚和沙丁珊瑚的顏色分為了深紅、濃紅、艷紅、紅和淺紅五個級別，所給出的色調、明度和彩度級別的參考值是由肉眼比對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，對紅色鈣質珊瑚的顏色進行了系統性的研究，并對其顏色質量評價提出合理化建議。

1 實驗方法

選取的51顆天然紅色鈣質珊瑚樣品（圖1），顏色覆蓋了深紅到淺紅的范圍。樣品經拋光，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，可見白芯、蟲孔出露。

圖1 D65光源下樣品照片Fig.1 Photo of the samples under D65

使用愛色麗X-Rite SP62便攜式分光測色儀對樣品進行了顏色測試。實驗在D65光源燈箱中進行，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，不包含鏡面反射，D65標準光源照明，2°觀察者視場，測量范圍為400～700nm，測量時間＜2.5s，波長間隔為10nm，電壓為220V，電流為50Hz。測試前使用寶石擦布清潔待測樣品表面，選取表面顏色較均勻的部位進行測試，每顆樣品測試三次，取其平均值，測試中保證三次測試的位置一致，得到樣品明度值L*、色度值a*、b*及飽和度C*和色調角h°。

使用GemDialogue比色卡對樣品進行比色分析。比色在標準光源燈箱中進行，采用D65標準光源照射，每顆樣品均進行三次比色，并結合測色儀測出相應色卡組合的顏色數據，利用Photoshop軟件的L*a*b*模式繪制模擬色塊，嘗試對珊瑚顏色進行分級。

2 結果與討論

2.1 顏色分析

由測試結果可知，樣品的各顏色參數范圍如下：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*色品圖上對其顏色參數進行投點（圖2），可見投點集中位于紅色與黃色交界處，主要為橙紅色；投點較為集中，可見樣品顏色色調差異較小。

圖2 顏色參數投點圖及局部放大圖Fig.2 Color parameter projection and partial enlarged drawing

樣品的整體數據相對于國際照明委員會（CIE）規定的紅色中心（L*=44，a*=37，b*=23，C*=44，h°=32）稍低。以明度值L*為橫坐標，以飽和度C*和色調角h°為縱坐標對其進行作圖分析（圖3），分別對樣品飽和度C*、色調角h°和明度值L*之間的關系進行探究。

圖3 飽和度C*和色調角h°與明度值L*關系圖Fig.3 Relation diagram of C*, h° and L*

由圖3可見，隨著明度值L*的增加，樣品的飽和度C*和色調角h°都呈現增大的趨勢，有一定正相關性。

2.2 色卡比色

GemDialogue色卡由21張透明的不同顏色的色標和3張顏色罩組成，它借助各種顏色的塑料膜，通過與寶石對比來半定量描述顏色的三要素。每張色標用相應顏色英文單詞的第一個字母表示，如紅色表示為R；對于過渡色，如以紅色為主含橙色調的中等橙紅色，表示為O2R；橙色為主含紅色調的中等紅橙色則表示為R2O。每張色標上包括10條不同級別飽和度的彩度帶，分別為10，20，30，……100，用來表示顏色從近無色到弱到強的變化。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條不同強度的色帶，用來表示灰度的變化，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。由樣品顏色測試比對結果知其色調為橙紅色，所以選用O2R色標，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。得出樣品比色結果后，按照“色標 顏色強度帶 色罩顏色 強度”的格式對其進行顏色表征。如一顆表示為“O2R 100 B/W 70”的珊瑚，意味著其顏色色調為橙紅色，顏色強度帶為100，所添加的顏色罩為不透明黑/白色，強度為70。

比色會受到很多因素的影響，在實驗中首先需保證客觀環境一致。比色實驗均在D65光源下進行，比色前使用寶石擦布將樣品表面擦拭干凈，比色時保持觀察角度一致，比色時嘗試色標與顏色罩的多種組合方式，顏色罩均疊加在色標下方；三次比色實驗均在不同日期的同一時間進行，為最大程度減少主觀影響，規避前兩次實驗的失誤，彌補不足，最終的比色結果以第三次實驗結果為準。

GemDialogue色卡有一定的局限性。經過拋光的珊瑚樣品表面呈玻璃光澤，而GemDialogue色卡使用塑料制成，與待評價樣品的光澤明顯不同，在比色時很難排除這種光澤差異帶來的干擾。此外色卡顏色梯度跨度過大，而大部分珊瑚樣品的顏色差別較小，對比色結果的確定有一定影響。樣品表面顏色是否均勻、是否有白芯或蟲孔出露、樣品的形狀等都會影響樣品表面整體顏色效果，常常會對比色造成較大干擾，影響比色進行。

為進一步研究色卡局限性，探究其與實測數據的區別，使用測色儀對每顆樣品比色結果對應的色卡組合進行測色，而后與樣品實測顏色數據進行比較，發現部分數據有所出入。將色卡與樣品的顏色數據繪制在圖4中，其中藍色折線代表樣品實測的顏色數據，紅色折線代表比色結果（疊加的比色卡組合）測得的顏色數據。

圖4 a—明度值L*對比圖；b—色度值a*對比圖；c—色度值b*對比圖Fig.4 a—contrast figure of L*；b—contrast figure of a*；c—contrast figure of b*

由圖4-a可見，色卡的明度值L*數據較為統一，集中分布，大部分略低于樣品實測的明度值數據。由圖4-b和4-c可見，色卡的色度值a*和b*整體略高于樣品實測的相應色度值，其中色度值a*為正值代表紅色，色度值b*為正值代表黃色。根據公式可推測在使用GemDialogue色卡比色時，對于樣品彩度的判斷常常會略高于其實際的彩度值。

2.3 顏色分級

使用K-Means聚類法對樣品進行聚類分析，嘗試將其分為5、7、9類，經對比發現將其分為7類較為合適。結果如表1及圖5所示，并使用計算機擬色，做出每個中心點的模擬色塊。

表1 7類劃分結果表Table 1 The results of 7 categories

聚類分析給出的單因素方差分析(ANOVA)結果顯示，對于L*、a*、b*值，各類之間相應的F統計量的相伴概率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的L*、a*、b*均存在著極顯著的差異，說明將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類劃分結果圖Fig.5 The results of 7 categories

商業中一般認為紅珊瑚的顏色越深品質越好。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，視為最佳顏色級別；第5類顏色級別次之；第3類樣品顏色定為第三級；第2類樣品顏色飽和度較第3類低，定為第四級；第7類樣品顏色明度值較前幾級稍高，定為第五級；第1類樣品飽和度稍低，定為第六級；第6類樣品顏色明度值最高，顏色級別定為最低第七級。

為進一步驗證分級方法的可行，按照聚類分析所設定的7類顏色級別，分別找到樣品的比色實驗結果。如表2所示，第二列是由7類劃分每組中心點值所制作的模擬色塊，之后是每組樣品的比色結果及其模擬色塊，相同的結果已省略；同時在表的右側列出色卡顏色數據的平均值，并與每類別中心點對比。

對比發現，二者的L*、a*、b*數據差別較小。肉眼觀察模擬色塊可見，比色結果所制作的模擬色塊與此類別中心點的色塊一致性較高，整體顏色較為接近，屬于此顏色范圍中，說明這些樣品分在此類別中較為合適，驗證此前使用K-Means聚類分析，將樣品分成的7類是可行的。

表2 7類劃分色卡分類結果Table 2 The GemDialogue results of 7 categories

續 表2Continued Table 2

3 結論

（1）使用愛色麗X-Rite SP62便攜式分光測色儀，在D65光源下對51顆鈣質珊瑚樣品進行顏色參數測量，對樣品顏色參數進行投點分析，其色調主要為橙紅色，隨著明度值L*的增加，樣品的飽和度C*和色調角h°都呈現增大的趨勢，呈一定正相關。

（2）使用GemDialogue色卡進行比色時，在保證客觀條件一致后，仍會受到色卡與樣品本身因素的影響。將比色結果對應色卡組合的測色數據與樣品實測顏色數據進行比較，發現色卡的色度值a*和b*都整體略高于樣品實測的色度值，推測在使用GemDialogue色卡比色時，對于樣品彩度的判斷常常會略高于其實際的彩度值。

（3）利用K-Means聚類分析，嘗試將樣品按顏色參數L*、a*、b*分成淺橙紅、淺棕紅、紅、棕紅、深棕紅、橙紅、深橙紅7類，并使用樣品比色結果進一步觀察驗證，發現將樣品分為此7類較為科學。綜合考量，將類別4樣品顏色級別視為最佳，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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