特征

全新 3-D 软件提高了 GIA 的珍珠鉴定能力


3-D 珍珠建模软件
3-D 建模软件可以帮助研究人员观察这颗珍珠的内部结构。 摄影:Emiko Yazawa(矢沢惠美子)/GIA。

珍珠是大自然最美丽迷人的宝石之一。 它们焕发出生命力与温暖,将我们同宝石的生命联系在一起,如此与众不同。 无论天然珍珠还是养殖珍珠,本身都拥有神秘感和诱惑力。

为深入了解珍珠的历史,GIA 从世界各地收集珍珠并进行研究。 科学家们使用各种各样的工具和技术,帮助鉴定不同类型的珍珠,最著名的便是 X 射线成像技术。 但在过去几年中,实时 X 射线显微摄影 (RTX) 和 X 射线显微层析 (μ-CT) 提供了最先进的方式来展示宝石学院所检测珍珠的内部结构,并得出有用的结论。 这些图像有助于 GIA 技术人员和科学家确定珍珠属于天然珍珠、有核养殖珍珠、无核养殖珍珠还是其他类型的珍珠。 还利用了能量色散 X 射线荧光 (EDXRF) 进行额外的 X 射线荧光和化学分析,帮助区分淡水珍珠和海水珍珠。
 
有些珍珠鉴定,即使对于设备最先进的鉴定所来说,也是莫大的挑战。 研究人员有时会在里面发现隐藏的惊喜,一块贝壳或其他难以鉴定的物体。 以前,他们只能看到珍珠内部结构的二维图像,这就限制了他们分析宝石整体结构的能力,这种情况一直持续到最近。
 

珍珠内部结构的 X 射线计算机显微层析 μ-CT 成像
GIA 研究人员和宝石学家利用 3-D 软件对这些 μ-CT 成像进行处理,以便进一步分析珍珠的内部结构。 摄影:Jian Xin (Jae) Liao(廖建新)/GIA。

这就是最新技术发挥作用的地方。

GIA 最近得到了一款软件,可以提高其探测珍珠内部结构的能力。 这个强大的研究工具可以虚拟探索、处理、提取和重建珍珠的特定区域进行分析。 它也为研究者提供了改进现有 μ-CT 数据的能力,收集这些数据可以更清楚地观察细节。

有三个示例说明这款软件的潜力。 第一个示例展示了半个轮廓分明的贝壳,它是天然珍珠的形成来源。 第二个示例是 GIA 鉴定所在曼谷检测的一颗珍珠,这在最近的《宝石与宝石学》(Gems & Gemology) 实验室注意事项中进行了说明。 它清楚地展现出中心辐射构造形态,以及软件的提取能力。 第三个示例是一个颇具挑战性的构造,软件可以更清楚地展现出其轮廓。

示例 1

下面的图片是一颗内部结构很奇怪的珍珠所呈现出的传统 2-D μ-CT 珍珠切片。 研究人员怀疑它是一块贝壳,但是很难看出贝壳的具体形状或结构。 

传统 2-D μ-CT 珍珠切片
建模软件从几百片 μ-CT 切片中提取了这颗珍珠的内部结构,并重建了三维形状。
使用 3-D 软件提取内部结构
选择特定的珍珠内部结构重建珍珠的 3-D 形状,通过软件截屏可以看到。 左上角为 3-D 模型图像,其他则为 2-D 切片图像。

珍珠内部贝壳的 3-D 成像
珍珠内部贝壳的 3-D 图象比原来的 2-D X 射线图像提供的信息更多。 图像由 Chunhui Zhou(周春晖)提供。

观看内部贝壳的视频。

珍珠内部贝壳的 3-D 模型
该视频展示了珍珠内部贝壳的 3-D 成像。

示例 2

这种珍珠的结构被认为是一种叫做“有孔虫”的微型组织。

小型(每颗约 1 毫米)星沙样本
这些样本就是著名的星沙,是一种海洋原生动物,与有孔虫同属一目,曾经生活在海底。 早在 1980 年就有记录( A.E.Farn(A.E.·法恩),“实验室注意事项”,The Journal of Gemmology(《宝石学杂志》),第 17 卷,第 4 号。1980 年,225-228 页)证明,珍珠中有有孔虫,尽管它与珍珠的信息不甚相关。 摄影:Emiko Yazawa(矢沢惠美子)/GIA。
珍珠内部有孔虫结构的 3-D 成像
3-D 软件可以提取和重建内部特征,为我们的观点提供进一步支持。 凹凸不平的表面与有孔虫的结构特别类似。 摄影:Emiko Yazawa(矢沢惠美子)。

观看内部有孔虫的视频。

珍珠内部有孔虫结构
该视频展示了珍珠内部有孔虫的 3-D 成像。

示例 3

该软件还可以分析珍珠内部的其他不寻常结构。 如下示例是内部有较大孔洞的淡水珍珠,并带有白色生长特征,该特征连接着珍珠的主体。 分割之后,珍珠的 3-D 模型可以提供更多关于孔洞部分整体形状和尺寸的信息。 通过观察内部孔洞的形状,可以更好地了解珍珠的特性。 因此,研究人员得以分析天然珍珠和养殖珍珠的内部结构,而在以前,这是不可能实现的。

2-D(左)珍珠切片和 3-D(右)μ-CT 珍珠切片
左:一个据说是天然淡水珍珠的 2-D μ-CT 切片所显示的不寻常孔洞和生长结构。 右:利用 μ-CT 切片生成的 3-D 模型,显示外部透明区域为白色生长结构,红色区域代表黑色孔洞部分,绿色区域是白色生长结构和孔洞结构之间的界线。 摄影:Emiko Yazawa(矢沢惠美子)。

在宝石学院对“宝石王后”进行的长期研究中,GIA 研究人员不断探索这些迷人的内部结构。全新 3-D 软件便是他们使用的最新工具。 深入探究这些奥秘有利于我们进一步了解和支持研究性珍珠鉴定和珍珠评估。 由于 GIA 研究人员掌握了强大的软件工具,因此,他们可以根据经验来处理这些更具挑战的珍珠。

Chunhui Zhou(周春晖)是纽约 GIA 的一名研究科学家和珍珠鉴定经理。 Emiko Yazawa(矢沢惠美子)是纽约 GIA 的一名员工宝石学家。 Nicholas Sturman(尼古拉斯·斯特曼)在曼谷工作,是 GIA 全球珍珠服务高级经理。