淺談模式識別在珠寶玉石鑒定中的應用

□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業的主要關注點，是用復雜的檢查方法測試寶石參數的復雜工作。在識別寶石時，鑒定人員須有高超的技術手段和高質量的要求，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提供了一些寶石品種的優化樣品、成品、類似產品等相關產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特點

（一）軟件系統的主要特點

珠寶玉石輔助鑒定及信息系統是在深入分析寶石學知識體系的基礎上,以鑒定工作的實際步驟和要求為導向設計而成的，其較全面地涵蓋了珠寶玉石鑒定所涉及的領域。

模式識別綜合覆蓋了傳統設備的檢查方法，對寶石的硬度、密度、紋理等做出了對比，根據寶石鑒定的具體性、標準性、系統說明參數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，豐富系統的圖像特征數據庫，保存寶貴的寶石信息資源。

（二）軟件系統結構

1.信息數據庫

信息數據庫是開放式的數據庫，集合了各種珠寶、玉石的品種及重要鑒定特征等信息。

2.鑒定指導數據庫

該數據庫主要是指導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、軟件系統主要功能

輔助鑒定：鑒定人員在操作系統時，先單擊“輔助評價”按鈕，系統根據輸入的鑒定數據，在輔助鑒定結果界面中顯示結果和數據，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特性確認寶石的相關屬性。

鑒定指導：珠寶寶石的鑒定系統的主界面有“鑒定指導”按鈕，單擊后會出現鑒定指導界面，即對儀器的使用、技巧和相關注意事項進行解釋，指導鑒定人員正確使用儀器，防止出現誤判情況，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的寶石信息，提高寶石鑒定的效率。

三、模式識別技術的應用理論和方法

（一）數據獲取

寶石的識別涉及化學、光學、力學等很多領域，需要運用多種測試顏色、折射率、密度、模量硬度、寶石參數的儀器和測試方法，并與相應的標準值進行比較，最后再進行綜合性的判斷。這些檢測數據屬于物理參數或邏輯值的范疇。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據，然后將其通過對應的人機界面輸入到系統中。

（二）預處理

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

例如,對于顏色這個參量,其編碼設計為“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”。根據這樣的編碼規則,藍寶石的寶石學定義就是除紅色以外的其他顏色的剛玉，其對應顏色編碼為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計。另外，應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計模式識別方法將所有識別的對象分類為一個類別。根據該判定規則，系統將統計對象進行系統的分類，以錯誤識別率最小為識別的標準。

設計線性分類器的關鍵是確定權向量。在該系統中，每個判別函數均根據不同判別參數的準確性（可以確定參數的可能變化范圍）和準確性（判別操作是否可以準確獲取參數）來判別函數的權重。即首先將參數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，將每個參數的值之和相加，最后歸一化得出每個參數的權重。此外，由于將測量結果合并為用于特征提取和選擇的邏輯值，判別函數的閾值權重設置為0。

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

應用過程還反映了需要進一步改進的領域。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計。然而，在實際鑒定的過程中，寶石參數的測量是選擇性的，許多類型的寶石片在一些參數中非常相似。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 語

綜上所述，珠寶玉石模式識別系統及計算機的特征數據庫，均為實際的寶石鑒定提供了相關知識，分析珠寶玉石鑒定知識體系的基礎是珠寶玉石計算機輔助鑒定及信息系統的分析，通過多項技術利用計算機科學的模式識別，實現對多品種不同性質參數的綜合判斷。實際應用過程證明，該系統突破了個人經驗的局限，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。