Привет, Хабр! 

Идея этого поста родилась при работе с геммологами, которые занимаются оценкой качества драгоценных изделий и драгоценных камней, оценкой стоимости и  выявлением подделок. Исследования были направлены на то, чтобы выяснить, что может рассказать о внутренней структуре драгоценностей наша программа Smart Tomo Engine (ознакомиться с которой можно у нас на сайте Smart Engines).

Существует как минимум три типа жемчуга: искусственный, культивированный и натуральный. Искусственный жемчуг - жемчуг действительно искусственно созданный человеком. В его появлении моллюск не участвует. В производстве искусственного жемчуга принимает участие только человек от начала и до конца. Шарики из пластмассы или стекла покрывают многократно различными перламутровыми красками. Искусственный жемчуг не может содержать такое разнообразие цветовых оттенков, как натуральный жемчуг, такой жемчуг гораздо дешевле. Его геммологи могут без труда определить. Процесс образования природного и культивированного жемчуга практически одинаков. Отличие в случае образования природного жемчуга инородным телом являются мелкие паразиты, а для образования культивированного жемчуга человек сам начинает процесс созревания жемчужины, вставляя инородное тело в раковину моллюска. Стоимость культивированного жемчуга намного ниже, но вот определить подделку не заглядывая внутрь изделия уже трудно. Поэтому первой задачей, которая стояла перед нами, было определение размера ядра культивированного жемчуга с помощью метода томографии.

Выполненное на нашем микротомографе исследование позволило построить трёхмерную модель жемчужины.

Но уже просто увидев проекции жемчужины мы подумали, а нельзя ли измерить размер ядра просто по проекциям, ведь визуально мы видим окружность. И действительно радиус удалось измерить “на глазок”, и он оказался равным 6.08 мм.

Но что нам скажут трёхмерные алгоритмы сегментации?  Для этого нами был реализован следующий пайплайн сегментации и измерения линейных размеров жемчужины:

1. Начальное приближение для первого активного контура

2. Итеративный поиск контуров с инициализацией по соседнему слою

3. Выбор диапазона слоев по визуальной оценке качества

4. Подбор 4-х параметров сферы (радиус, координаты центра) методом градиентного спуска по точкам, полученным в п.3

Разработанный нами метод позволил вычислить параметры жемчужины: 

• Радиус ядра жемчужины, мм: 6.12

• Суммарный объем жемчужины, мм3: 1777

• Суммарный объем ядра, мм3: 962

• Процентное соотношение ядра к объему: 54.11%

Результаты сегментации можно посмотреть на гифке. Так же на правой панели гифки для сравнения приведен результат работы классического детектора границ Канни.

Полученные результаты показали, что в случае простых объектов можно вычислять их размеры просто по рентгеновским изображениям, тем более что, например, жемчуг может изменить окрас и потемнеть при долгом воздействии рентгена на него.

А как быть с более сложными несимметричными камнями? Вот например у нас есть сапфир, трещины в котором были реставрированы методом термообработки с заполнением трещин свинцовым стеклом. Как посчитать сколько там стекла? Вот тут без томографии не обойтись.

Нами с помощью инструментов Smart Tomo Engine была выполнена томографическая реконструкция, проведена чистка от шумов и сегментация.  Проведенное исследование показало:

• Суммарный объем камня, мм3: 454

• Суммарный объем трещин, мм3: 69

• Процентное соотношение трещин к объему: 15.18%

А какой вывод можно сделать из нашей статьи? Он прост. Микротомографию можно использовать для создания “цифрового паспорта” ювелирных изделий. Причем вопросов к алгоритмам реконструкции уже нет (как мы показали, алгоритмически можно точно определить все особенности драгоценных камней). Проблема, как это часто бывает, остается только лишь в юридическом (законодательном) русле.