浅谈模式识别在珠宝玉石鉴定中的应用

□刘文君 河南省岩石矿物测试中心

近年来，宝石的识别成为宝石产业的主要关注点，是用复杂的检查方法测试宝石参数的复杂工作。在识别宝石时，鉴定人员须有高超的技术手段和高质量的要求，不仅要掌握各种仪器的操作方法，还要精通各种宝石的特性。珠宝玉石计算机辅助鉴定及信息系统提供了一些宝石品种的优化样品、成品、类似产品等相关产品的识别和检验方法，对宝石的鉴定具有重要意义。

一、珠宝玉石计算机辅助鉴定及信息系统特点

（一）软件系统的主要特点

珠宝玉石辅助鉴定及信息系统是在深入分析宝石学知识体系的基础上,以鉴定工作的实际步骤和要求为导向设计而成的，其较全面地涵盖了珠宝玉石鉴定所涉及的领域。

模式识别综合覆盖了传统设备的检查方法，对宝石的硬度、密度、纹理等做出了对比，根据宝石鉴定的具体性、标准性、系统说明参数进行准确有效的比较和判断，还可以对诸如宝石的颜色和吸收光谱等非标准特性的描述参数进行有效的比较和判断[1]。

模式识别可以有效判断珠宝玉石的各种水平和特性参数，丰富系统的图像特征数据库，保存宝贵的宝石信息资源。

（二）软件系统结构

1.信息数据库

信息数据库是开放式的数据库，集合了各种珠宝、玉石的品种及重要鉴定特征等信息。

2.鉴定指导数据库

该数据库主要是指导鉴定工作中各种仪器的检测操作方法，并对检测过程中需要注意的事项进行重点说明。

二、软件系统主要功能

辅助鉴定：鉴定人员在操作系统时，先单击“辅助评价”按钮，系统根据输入的鉴定数据，在辅助鉴定结果界面中显示结果和数据，然后单击列表中可能的宝石名称，点击“确定”按键，便会直接弹出宝石属性的信息。此接口包含所有已知宝石的基本属性。

直接查询：鉴定人员直接点击“查询”按钮即可，通过宝石的名字和相关特性确认宝石的相关属性。

鉴定指导：珠宝宝石的鉴定系统的主界面有“鉴定指导”按钮，单击后会出现鉴定指导界面，即对仪器的使用、技巧和相关注意事项进行解释，指导鉴定人员正确使用仪器，防止出现误判情况，保证珠宝鉴定的可靠性。

资料的分类与保存：鉴定人员在单击“输入资料”按钮后，可以将信息输入系统中，使用户不断充实自己的信息资源，所录入的资料都是可以直接分类保存的，方便用户在今后的辅助鉴定中直接查询相关的宝石信息，提高宝石鉴定的效率。

三、模式识别技术的应用理论和方法

（一）数据获取

宝石的识别涉及化学、光学、力学等很多领域，需要运用多种测试颜色、折射率、密度、模量硬度、宝石参数的仪器和测试方法，并与相应的标准值进行比较，最后再进行综合性的判断。这些检测数据属于物理参数或逻辑值的范畴。但在实际检测处理过程中，鉴定人员需要首先手动读取检测到的项目数据，然后将其通过对应的人机界面输入到系统中。

（二）预处理

预处理的主要目的是消除光谱等非描述参数的影响因子，加强信息处理，修复和恢复由测量装置和仪器引起的不确定因素。珠宝的性质非常复杂，常常用语言来描述，实际上这样是违反计算机标准化和数字化要求的。因此，诸如颜色和吸收光谱等非描述参数需要标准化和编码。通过预处理这些数据，鉴定人员可以利用计算机正确查询这些参数，并进行比较。

例如,对于颜色这个参量,其编码设计为“无 色:1;红 色:2;橙 色:3;黄 色:4;绿 色:5;蓝 色:6;紫 色:7;褐色:8;灰色或黑色：9”。根据这样的编码规则,蓝宝石的宝石学定义就是除红色以外的其他颜色的刚玉，其对应颜色编码为13456789。在查询是否有黑色蓝宝石时，鉴定人员只需对比颜色这个参量项中是否存在“9”即可，避免了因不规范语言描述所造成的错误判断。

（三）特征提取和选择

为了便于分类和决策，宝石和翡翠的识别基准采用将测定值和标准值的逻辑比较的方法，将测定值转换为逻辑值，即测定值与标准值符合为1，不符为0，这样可以简化分类器的设计。另外，应用程序的能力仍需进一步提高。例如，放大检查是非常重要的测试项目，但是该系统的比较与判定能力尚有不足，仍需提高。

（四）分类决策

分类决策意味着使用特征空间的统计模式识别方法将所有识别的对象分类为一个类别。根据该判定规则，系统将统计对象进行系统的分类，以错误识别率最小为识别的标准。

设计线性分类器的关键是确定权向量。在该系统中，每个判别函数均根据不同判别参数的准确性（可以确定参数的可能变化范围）和准确性（判别操作是否可以准确获取参数）来判别函数的权重。即首先将参数精确度和准确性分为三个级别：高、中、低，并将值分别分配给5、3和1，然后，将每个参数的值之和相加，最后归一化得出每个参数的权重。此外，由于将测量结果合并为用于特征提取和选择的逻辑值，判别函数的阈值权重设置为0。

线性分类器设计通常使用最大值选择器。在实际的鉴定过程中，宝石参数的测量是有选择的，许多宝石的某些参数非常相似甚至重叠。因此，该系统的模式识别选择器不使用通常的最大值选择器，而是使用判别函数的g（x）值的规范化处理并以良好匹配的形式提示用户，以防止漏判。

应用过程还反映了需要进一步改进的领域。例如，扩展检查是非常重要的测试项目，但是软件在这方面的比较和判断的能力需要进一步提高。

（五）线性分析器

最大值选择器通常用于进行线性分类器的设计。然而，在实际鉴定的过程中，宝石参数的测量是选择性的，许多类型的宝石片在一些参数中非常相似。可以通过识别模式匹配度的形式提示给使用者，以防止漏判。

结 语

综上所述，珠宝玉石模式识别系统及计算机的特征数据库，均为实际的宝石鉴定提供了相关知识，分析珠宝玉石鉴定知识体系的基础是珠宝玉石计算机辅助鉴定及信息系统的分析，通过多项技术利用计算机科学的模式识别，实现对多品种不同性质参数的综合判断。实际应用过程证明，该系统突破了个人经验的局限，鉴定方面的全面性和可靠性大大提高，具有很好的推广价值。