红色钙质珊瑚的颜色质量评价研究

刘美颖

中国地质大学（北京）珠宝学院，北京 100083

前 言

珊瑚是一种低等腔肠动物珊瑚虫分泌的钙质为主体的堆积物形成的骨骼[1]，由于组成成分不同，可将其分为钙质珊瑚和角质珊瑚两种。

珊瑚作为一种珍贵的海洋资源，前人的研究多集中在不同产地珊瑚所含元素[2,3]、结构[4]、生长速率[5,6]、对生态环境的影响[7]等方面。珊瑚同时也是一种珍贵的有机宝石，颜色是影响其外观和价值的重要因素，但相关研究较少。现代色度学解决了对颜色作定量描述和测量的问题，其中，使用色卡比色是常用的一种研究手段。GemDialogue系统指导下制作的色卡是GemDialogue公司于1983年推出的描述宝石颜色的一种工具[8]，在2009年发布的《GB/T 23885 2009翡翠分级》[9]国家标准中，彩度级别划分表示方法就采用了色纯度参考值和GemDialogue色卡彩度参考值，由高到低将其划分为极浓（Ch1）、浓（Ch2）、较浓（Ch3）、较淡（Ch4）、淡（Ch5）五个级别。Han J Y[10]、Guo Y[11]等学者曾利用GemDialogue色卡对蓝色蓝宝石和翡翠的颜色质量进行研究。2018年，我国国土资源部发布《宝石级红珊瑚鉴定分级》[12]行业标准，按品种对宝石级红珊瑚的鉴定、颜色、质地和工艺评价等方面做出规定，将阿卡珊瑚和沙丁珊瑚的颜色分为了深红、浓红、艳红、红和浅红五个级别，所给出的色调、明度和彩度级别的参考值是由肉眼比对样品与孟塞尔色卡所得。

本文从颜色入手，参考前人研究方法，对红色钙质珊瑚的颜色进行了系统性的研究，并对其颜色质量评价提出合理化建议。

1 实验方法

选取的51颗天然红色钙质珊瑚样品（图1），颜色覆盖了深红到浅红的范围。样品经抛光，呈玻璃光泽，形状大小不一，1颗为枝状，其余50颗均为弧面型切工。部分样品表面颜色不均匀，可见白芯、虫孔出露。

图1 D65光源下样品照片Fig.1 Photo of the samples under D65

使用爱色丽X-Rite SP62便携式分光测色仪对样品进行了颜色测试。实验在D65光源灯箱中进行，选取CIE 1976 L*a*b*均匀色空间，采用积分球收集样品表面的反射信号，不包含镜面反射，D65标准光源照明，2°观察者视场，测量范围为400～700nm，测量时间＜2.5s，波长间隔为10nm，电压为220V，电流为50Hz。测试前使用宝石擦布清洁待测样品表面，选取表面颜色较均匀的部位进行测试，每颗样品测试三次，取其平均值，测试中保证三次测试的位置一致，得到样品明度值L*、色度值a*、b*及饱和度C*和色调角h°。

使用GemDialogue比色卡对样品进行比色分析。比色在标准光源灯箱中进行，采用D65标准光源照射，每颗样品均进行三次比色，并结合测色仪测出相应色卡组合的颜色数据，利用Photoshop软件的L*a*b*模式绘制模拟色块，尝试对珊瑚颜色进行分级。

2 结果与讨论

2.1 颜色分析

由测试结果可知，样品的各颜色参数范围如下：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*色品图上对其颜色参数进行投点（图2），可见投点集中位于红色与黄色交界处，主要为橙红色；投点较为集中，可见样品颜色色调差异较小。

图2 颜色参数投点图及局部放大图Fig.2 Color parameter projection and partial enlarged drawing

样品的整体数据相对于国际照明委员会（CIE）规定的红色中心（L*=44，a*=37，b*=23，C*=44，h°=32）稍低。以明度值L*为横坐标，以饱和度C*和色调角h°为纵坐标对其进行作图分析（图3），分别对样品饱和度C*、色调角h°和明度值L*之间的关系进行探究。

图3 饱和度C*和色调角h°与明度值L*关系图Fig.3 Relation diagram of C*, h° and L*

由图3可见，随着明度值L*的增加，样品的饱和度C*和色调角h°都呈现增大的趋势，有一定正相关性。

2.2 色卡比色

GemDialogue色卡由21张透明的不同颜色的色标和3张颜色罩组成，它借助各种颜色的塑料膜，通过与宝石对比来半定量描述颜色的三要素。每张色标用相应颜色英文单词的第一个字母表示，如红色表示为R；对于过渡色，如以红色为主含橙色调的中等橙红色，表示为O2R；橙色为主含红色调的中等红橙色则表示为R2O。每张色标上包括10条不同级别饱和度的彩度带，分别为10，20，30，……100，用来表示颜色从近无色到弱到强的变化。色卡还配有三张颜色罩，透明黑/灰色（B/G）、不透明黑/白色（B/W）及透明褐色（BR），每张颜色罩包括10条不同强度的色带，用来表示灰度的变化，可用于描述每种颜色中黑/灰色或褐色的程度，即颜色被黑/灰色或褐色掩盖的程度。由样品颜色测试比对结果知其色调为橙红色，所以选用O2R色标，并利用三张叠加色罩组合获得与样品颜色接近的色卡组合。得出样品比色结果后，按照“色标 颜色强度带 色罩颜色 强度”的格式对其进行颜色表征。如一颗表示为“O2R 100 B/W 70”的珊瑚，意味着其颜色色调为橙红色，颜色强度带为100，所添加的颜色罩为不透明黑/白色，强度为70。

比色会受到很多因素的影响，在实验中首先需保证客观环境一致。比色实验均在D65光源下进行，比色前使用宝石擦布将样品表面擦拭干净，比色时保持观察角度一致，比色时尝试色标与颜色罩的多种组合方式，颜色罩均叠加在色标下方；三次比色实验均在不同日期的同一时间进行，为最大程度减少主观影响，规避前两次实验的失误，弥补不足，最终的比色结果以第三次实验结果为准。

GemDialogue色卡有一定的局限性。经过抛光的珊瑚样品表面呈玻璃光泽，而GemDialogue色卡使用塑料制成，与待评价样品的光泽明显不同，在比色时很难排除这种光泽差异带来的干扰。此外色卡颜色梯度跨度过大，而大部分珊瑚样品的颜色差别较小，对比色结果的确定有一定影响。样品表面颜色是否均匀、是否有白芯或虫孔出露、样品的形状等都会影响样品表面整体颜色效果，常常会对比色造成较大干扰，影响比色进行。

为进一步研究色卡局限性，探究其与实测数据的区别，使用测色仪对每颗样品比色结果对应的色卡组合进行测色，而后与样品实测颜色数据进行比较，发现部分数据有所出入。将色卡与样品的颜色数据绘制在图4中，其中蓝色折线代表样品实测的颜色数据，红色折线代表比色结果（叠加的比色卡组合）测得的颜色数据。

图4 a—明度值L*对比图；b—色度值a*对比图；c—色度值b*对比图Fig.4 a—contrast figure of L*；b—contrast figure of a*；c—contrast figure of b*

由图4-a可见，色卡的明度值L*数据较为统一，集中分布，大部分略低于样品实测的明度值数据。由图4-b和4-c可见，色卡的色度值a*和b*整体略高于样品实测的相应色度值，其中色度值a*为正值代表红色，色度值b*为正值代表黄色。根据公式可推测在使用GemDialogue色卡比色时，对于样品彩度的判断常常会略高于其实际的彩度值。

2.3 颜色分级

使用K-Means聚类法对样品进行聚类分析，尝试将其分为5、7、9类，经对比发现将其分为7类较为合适。结果如表1及图5所示，并使用计算机拟色，做出每个中心点的模拟色块。

表1 7类划分结果表Table 1 The results of 7 categories

聚类分析给出的单因素方差分析(ANOVA)结果显示，对于L*、a*、b*值，各类之间相应的F统计量的相伴概率sig.值均小于极显著性水平0.01，表明这7类珊瑚样品的红色相应的L*、a*、b*均存在着极显著的差异，说明将51颗珊瑚的红色分成7类的K-Means聚类分析比较理想的。

图5 7类划分结果图Fig.5 The results of 7 categories

商业中一般认为红珊瑚的颜色越深品质越好。这7种类别中，综合考量明度值、色度值及饱和度，类别4明度最低，饱和度适中，视为最佳颜色级别；第5类颜色级别次之；第3类样品颜色定为第三级；第2类样品颜色饱和度较第3类低，定为第四级；第7类样品颜色明度值较前几级稍高，定为第五级；第1类样品饱和度稍低，定为第六级；第6类样品颜色明度值最高，颜色级别定为最低第七级。

为进一步验证分级方法的可行，按照聚类分析所设定的7类颜色级别，分别找到样品的比色实验结果。如表2所示，第二列是由7类划分每组中心点值所制作的模拟色块，之后是每组样品的比色结果及其模拟色块，相同的结果已省略；同时在表的右侧列出色卡颜色数据的平均值，并与每类别中心点对比。

对比发现，二者的L*、a*、b*数据差别较小。肉眼观察模拟色块可见，比色结果所制作的模拟色块与此类别中心点的色块一致性较高，整体颜色较为接近，属于此颜色范围中，说明这些样品分在此类别中较为合适，验证此前使用K-Means聚类分析，将样品分成的7类是可行的。

表2 7类划分色卡分类结果Table 2 The GemDialogue results of 7 categories

续 表2Continued Table 2

3 结论

（1）使用爱色丽X-Rite SP62便携式分光测色仪，在D65光源下对51颗钙质珊瑚样品进行颜色参数测量，对样品颜色参数进行投点分析，其色调主要为橙红色，随着明度值L*的增加，样品的饱和度C*和色调角h°都呈现增大的趋势，呈一定正相关。

（2）使用GemDialogue色卡进行比色时，在保证客观条件一致后，仍会受到色卡与样品本身因素的影响。将比色结果对应色卡组合的测色数据与样品实测颜色数据进行比较，发现色卡的色度值a*和b*都整体略高于样品实测的色度值，推测在使用GemDialogue色卡比色时，对于样品彩度的判断常常会略高于其实际的彩度值。

（3）利用K-Means聚类分析，尝试将样品按颜色参数L*、a*、b*分成浅橙红、浅棕红、红、棕红、深棕红、橙红、深橙红7类，并使用样品比色结果进一步观察验证，发现将样品分为此7类较为科学。综合考量，将类别4样品颜色级别视为最佳，描述为“棕红”，其明度值最低，色度值中等即饱和度值中等，颜色较为浓郁。

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