钻石光学效果与切工的关系已经研究了几百年。到目前为止,评价钻石光学效果的主流方法是使用钻石切工参数进行间接评价。不同的钻石切工分级系统有明显的差异,这表明钻石光学效果与切工参数和级别之间的关系非常复杂,而目前的钻石切工分级系统得到的切工等级能否准确反映钻石的光学效果还有待验证。目前,以色列Sarine公司、戴比尔斯全球公司和美国捷迈克斯公司都研制了直接测试钻石光学效果的仪器。在国内,中国地质大学（武汉）珠宝学院的刘萍萍博士在2014年研究了在六圈环形光源下定量分析钻石光学效果的方法。本文使用高精度的窄环形光源作为测试光源研究钻石的光学效果。光源、钻石和摄像头的中心轴在一条直线上,光源通过垂直上下移动来形成连续变化的不同入射角度光射入钻石样品。窄环形光源的入射角从9°到34°逐渐增大,使用数字摄像头模拟人眼直接连续采集钻石的137张光学图像。使用数字图像处理技术获取图像的色彩信息并以机器视觉原理为基础对钻石的光学效果进行定量分析。为保证测试结果的稳定性,将钻石样品每转动90°测试一次,共测试四次并将定量结果取平均值,每粒钻石共采集548张数字图像。步进扫描模式的窄环形光源仪器能够获得具有高稳定性和可重复性的明亮度数值:同一粒钻石在两台仪器上测试多次,测得的明亮度（亮度、火彩、闪烁）数值最大相对误差仅为1%以内。精确测试为本研究提供了准确可靠的数据。亮度是由于光线在钻石中发生反射（包括内反射与外反射）、折射等作用形成的。从钻石冠部射出并进入人眼的光线强度决定了钻石的视觉亮度。本文将摄像头采集图像像素点的RGB值转换为电视显示领域YUV颜色空间的亮度值Y,并统计所有明亮点的Y值之和。将钻石所有测试图像的亮度求取平均值并进行直径归一化后表征钻石的亮度值。火彩是由于白光进入高色散率钻石中,由于不同波长色光的折射率差异,使各种色光从钻石刻面的不同位置或从不同方向折射出来,发生色散,从而使钻石呈现出的彩色外观。为研究钻石的彩色外观,将图像像素的RGB值转换成HSV（色相、饱和度、明度）颜色空间,以此为基础建立色彩鲜艳度指标Z=S×V,将Z>13的点作为钻石图像的火彩点。根据色相h的角度范围,使用不同的系数W（h）对色彩鲜艳度Z进行加权,得到单位像素点的火彩数值f=Z×W（h）。为了使计算结果更加符合肉眼观察,本文使用机器视觉的Laplace边缘算子剔除了图像白色亮区周围肉眼分辨不清晰的彩色边缘,统计图像剩余所有火彩点的火彩值之和。将钻石所有测试图像火彩求取平均值并进行直径归一化后表征钻石的火彩值。闪烁是指由于钻石、光源或观察者发生了相对移动,钻石的反射光呈现出闪现或明暗交替的现象。为了分析图像明暗变化,本文使用简易色差公式,计算相邻两次采集到的图片中同一坐标位置像素点的色差值,累加相邻图像所有点的色差值,将连续采集的137张不同入射角度下的钻石图像的所有相邻图像的色差值形成曲线,使用大于曲线均值数据的平均数作为闪烁值。对48粒钻石的测试闪烁级别与两位观察者肉眼观察级别进行对比,完全吻合度达30%,近似吻合度达80%,说明肉眼观察由于主观因素的影响,存在误差,不够准确客观。本文基于直接测量钻石光学效果的方法对1098粒附带GIA（美国宝石学院）证书的不同4C（颜色、净度、切工、大小）钻石的明亮度（亮度、火彩、闪烁）进行定量分析,主要得出以下结论:1、钻石的亮度、火彩、闪烁数值基本接近正态分布,具有随机变量的特征。明亮度为中等的钻石样品数目较多,明亮度较小或者较大的钻石样品数目较少。钻石的亮度、火彩和闪烁数值分布复杂多样。但亮度、火彩和闪烁同时都为好的钻石仅有14粒,占据所有一千粒钻石的1.4%。2、各个4C级别钻石样品的明亮度接近正态分布,且不同种类钻石的明亮度数值范围均有重叠。在3EX钻石中,仅有3%左右能够达到前20%的高明亮度。3、使用多元线性回归分析研究明亮度和切工参数组合的关系,得出亮度值、火彩值和切工参数组合之间存在一定相关性。具体关系为:亮度与台宽比、冠角、亭角、下腰刻面比都存在显著负相关性,与星刻面比例、对称性级别具有显著正相关性,与抛光级别不相关;火彩与台宽比、冠角、亭角、下腰刻面比都存在显著负相关性,与星刻面比例、对称性级别和抛光级别不相关。闪烁值和切工组合之间的相关性不大。4、使用线扫描式窄环形光源垂直上下移动,连续采集多张图像,通过对比亮度、火彩、闪烁曲线的相关系数可以实现对钻石的光学指纹识别。1000粒钻石测试结果显示:没有一对钻石能同时满足亮度、火彩、闪烁曲线的相关系数大于设定阈值,一千粒钻石百分百可以识别。现有的从颜色、净度、切工、克拉几个方面对钻石进行评价的4C分级标准,无法全面反映钻石的光学信息。钻石明亮度和4C参数的确存在一定的内在联系,但是由于4C参数不够全面、不够精确等原因,不能准确预测每一粒钻石的明亮度。直接测量获得的钻石明亮度可以是独立于现有4C分级体系之外,成为另一个从光学角度反映钻石品质特征的第5个C（璀璨度Cui Can）。