基于三維掃描體積測算的寶石密度測定方法

張晴 吳奕陽 湯紅云 / 上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院

0 引言

密度測定是重要的寶石檢測輔助判別方法。傳統(tǒng)的寶石密度測定方法一般使用依據(jù)阿基米德原理的凈水稱重法，不穩(wěn)定因素比較多，測定的密度值經(jīng)常前后偏差較大，且起伏不定，通常需要測量多次，以得到一個(gè)大致的密度估值。本文應(yīng)用基于雙目結(jié)構(gòu)光原理的三維掃描儀，對(duì)多種形狀和類別的寶石進(jìn)行多次體積測定，并根據(jù)電子分析天平稱取的樣品質(zhì)量得到每個(gè)樣品多次測量的密度值。每件樣品多次測量的密度值均落在國家標(biāo)準(zhǔn)中的該樣品所屬寶石類別的密度區(qū)間內(nèi)，表明了該方法的準(zhǔn)確性。

本文所述的方法不需要準(zhǔn)備純凈水、測量水溫以及消除樣品氣泡等對(duì)密度值干擾較強(qiáng)的操作，也不需要使用吊具等不穩(wěn)定性較強(qiáng)的器具。該方法經(jīng)測試，除顯像劑輕微掉落和局部噴涂過厚造成的較小偏差，總體穩(wěn)定性大大高于傳統(tǒng)的凈水稱重法。此外，由于三維掃描儀的掃描區(qū)域較大，該方法可以測定的樣品體積和質(zhì)量要比凈水稱重法測定寶石密度常使用的密度天平大得多。

1 方法原理

使用的桌面三維掃描儀采用雙目結(jié)構(gòu)光測量技術(shù)，屬于非接觸反射式光學(xué)測量中的拍照式掃描技術(shù)。雙目結(jié)構(gòu)光測量系統(tǒng)測量物體體積時(shí)，首先，向被測物體投射光柵，由兩個(gè)攝像機(jī)拍攝產(chǎn)生畸變的圖像。利用相位解碼獲取每一點(diǎn)的相位信息，并結(jié)合極線幾何約束關(guān)系實(shí)現(xiàn)兩幅圖像上點(diǎn)的匹配，再根據(jù)標(biāo)定結(jié)果，利用三角法計(jì)算點(diǎn)的三維坐標(biāo)。……