颜色客观测试技术在绒纤维分类中的应用
时间：2023-06-27 10:20:02 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
贺晓龙，王府梅，沈 华，衡 冲，马爱琴，王 俊，张雪波
(1.东华大学纺织学院，上海 201620；
2.河南工程学院 纺织学院，河南 郑州 450000；
3.新疆塔城地区纤维检验所，新疆 塔城 834700；
4.山东南山智尚科技股份有限公司，山东 烟台 264000；
5.莱州市电子仪器有限公司，山东 烟台 264000)
天然色山羊绒和牦牛绒都有白绒、青绒、紫绒三大类，兔绒、驼绒、Alpaca羊驼毛等动物纤维和彩棉等也具有数种天然颜色。实际应用时，不同颜色的分梳山羊绒等天然色纤维具有不同的应用目标、不同的染色工艺和价格。分梳山羊绒多数经过染色再纺纱，工厂一般选用与产品颜色相近的分梳山羊绒褪色再染色[1]。纤维原本的底色会影响染色后分梳山羊绒呈现的颜色[2]。为了更好地利用分梳山羊绒、牦牛绒等，染成理想的漂亮颜色，制定染色工艺前需要精准地掌握分梳山绒的颜色特征或指标。
随着对服装健康安全和环保性能的重视，人们开始追求不经过染色的天然色纤维制品，也就是用天然色纤维进行混绒后作出目标颜色，这就需要更加准确地测量纤维的天然色类别和深浅程度即具体颜色值[3]。在昂贵的分梳绒产品设计中，准确掌握绒纤维的固有颜色、设计出天然色纤维混纺以及染色的合理准确工艺等用途，都需要一种准确定量方法来客观地判别分梳山羊绒纤维的颜色类别和深浅程度。
目前，一般都依赖目光判定各类纤维的颜色类别，例如分梳山羊绒颜色分类是依据GB/T 18267-2013《山羊绒》标准采用的人眼判别法，将分梳山羊梳的颜色分为白绒、青绒和紫绒三类，并没有数字化的定量规定，分级员根据经验对照文字描述确定颜色类别。该方法主观性强、对人的经验要求高，只能定性分类，无法给出颜色深浅的定量评价[4]。
为了能够更准确、客观地表征分梳绒等纤维集合体的颜色，课题组基于横冲的算法研发了数字化纤维测色系统[5]，该系统能够准确的测出纤维集合体在RGB、XYZ和Lab三种色空间中的分布情况，横冲等人还研究出根据三维颜色指标客观判定分梳山羊绒的颜色类别的方法[5]。
本文设计系列实验，采用数字化纤维测色系统测试分梳绒的颜色后，用衡冲方法对分梳山羊绒进行分类，与目光分类结果对比，验证衡冲方法的正确性，并给出分梳牦牛绒、兔绒、骆驼绒等天然色纤维颜色值及分类依据，为完善分梳绒纤维客观分类提供依据。
分梳绒的客观分类需要借助数码测色技术来实现。
1.1 数码测色系统简介
数码测色系统的硬件包括试样桶、加压块、光电检测器、电脑四部分，后两部分联机工作，电脑控制光电检测器测得试样颜色信息后自动进入结果计算、结果输出程序。
试样桶用于固定纤维试样的形状和密度，如图1所示。测试前将无底试样桶放置在一个表面平整干净的试验台上，称取20g调湿好的纤维，放入试样桶，放置试样时尽量使底部纤维平整，在试样桶上方用10kg的加压块压缩10分钟。
2.2.7.3 发病条件。黑麦草上的条锈菌侵入适温为9～13 ℃，潜育适温为13～16 ℃。此病在常年发生春旱的华北发病轻，华东春雨较多，但气温回升过快，温度过高不利于该病扩展，发病也轻。只有在早春低温持续时间较长，又有春雨的条件下发病重。
图1 试样桶和加压块
光电检测器的玻璃试样台四周被黑色遮光板遮盖，如图2所示。中部流出测试窗口，黑色遮光板的作用是防止测色传感器接收到试样以外的光线。试样压缩10分钟后取下加压块，将装有试样的试样桶放到光电检测器的测试窗口上，再在试样桶上压上2kg的加压块，准备测色。
图2 光电检测器
光电检测器是测量系统的关键部件，其原理如图3所示，电脑控制彩色CCD传感器获取试样下表面的反射光图像，按照预定路径存入电脑硬盘。
图3 光电检测器的原理示意图
电脑中的测色软件主要包括获取纤维图片、结果计算与分析两大部分。图4所示为数码测色系统的操作主界面。点击“增加”按钮，创建一个新试样，依次输入测试时间、测试者姓名、试样编号等数据后，点击“保存”，仪器存储以上信息。再点击“获取图片”进入试样反光图像的扫描界面，如图5所示。
图4 数码测色系统主界面
图5 获取图片界面
在图5界面中点击连接检测器，系统会自动调出光电扫描界面，如下页图6所示。将试样桶移至光电检测器上后，首先点击“预览”按钮，会得到图6所示的一个平整纤维表面图；
若预览得到的图片显示图中存在阴影，则说明纤维面没有整理平整，需要将试样从试样桶中取出，重新整理光滑，再进行压缩，直至预览的图片没有阴影；
然后点击“扫描”按钮，系统获得试样的反射光图像，如图5所示；
点击图5中的“保存并关闭”按钮，进入图4所示主界面，最后选中此项实验记录，点击“进行计算”按钮进入颜色指标计算程序。
图6 光电扫描界面
采用上述数码测色系统可以测出能够代表分梳绒纤维颜色的各项指标，如常见的RGB色空间的R(代表红色)、G(代表绿色)、B(代表蓝色)三维颜色值；
还有XYZ色空间的X(代表色调)、Y(代表亮度)、Z(代表色调)指标；
Lab色空间的L(代表亮度)、a(代表红绿色)、b(代表黄蓝色)指标。其中Lab色空间因其均匀、色域广，被广泛用于描述物体的颜色[6]，亮度L的取值范围为0～100，色调指标a和b的取值范围均为-128～127，a值为正表示红色，a值为负表示绿色，b值为正表示黄色，b值为负表示蓝色[7]。
该设备同时可测试织物颜色。
1.2 分梳山羊绒的客观分类法简介
不同纤维的颜色值在各个色空间的分布范围不同，分梳山羊绒客观分类法是根据纤维颜色指标(Lab色空间、RGB色空间、XYZ色空间)的平均值进行分类，衡冲等人经过研究提出了分梳山羊绒的三种客观分类法。
(1)依据L值对分梳山羊绒进行分类的方法:纤维的L值处于85～94之间为白绒；
L值处于72.5～85之间为青绒；
L值处于35～72.5之间为紫绒。由于各色山羊绒的a值和b值相差较小，无法作为有效的分类依据。
(2)依据R值对分梳山羊绒进行分类:白绒的R值分布在230～248；
青绒的R值分布在170～230；
紫绒的R值分布在125～170；
G、B值也可以作为判断依据进行判断。
选用32种分梳绒纤维(洗净后经过分梳去除了粗毛)即无毛绒进行实验，包括29种山羊绒、1种深色牦牛绒、1种白兔绒、1种骆驼绒。
29种分梳山羊绒的天然色首先由专业人员按现行国标GB/T 18267-2013《山羊绒》采用目光判别法分类，结果是白绒9种、青绒10种、紫绒10种。
采用上述测色仪客观测试32种分梳绒纤维的颜色值，每种纤维取3个样品，取平均颜色值。首先，用衡冲提出的山羊绒客观分类法对山羊绒进行分类，与目光分色结果对比，验证山羊绒客观分类法的准确率。而后，基于深色牦牛绒、白兔绒、骆驼绒的实测颜色值，给出判断这些绒类纤维的客观依据。
3.1 基于L值的客观分类效果考察
图7为本文试样的实测Lab值的分布情况，纵坐标是32种试样的Lab值的分布频率，图中虚线为衡冲给出的分梳山羊绒客观分类法的分类界线。表1为山羊绒纤维基于衡冲的L值客观分类效果。
从图7(a)和表1种可以看出，用亮度指标L值对山羊绒纤维进行客观分类的效果很好，本文所测试的白绒L值分布在90.08～92.21，青绒L值分布在75.75～82.79，紫绒L值分布在51.52～61.79，与衡冲研究的分梳绒客观分类法对比，准确率达到了100%。同时，图7(b)和图7(c)表明分梳山羊绒中白绒、紫绒、青绒的色度指标a、b值有重叠区域，a值和b值不适合用于山羊绒的客观分类。
表1 分梳山羊绒L值及客观分类效果
图7 实测Lab值的分布频率图
图7显示，对于白兔绒、深色牦牛绒、骆驼绒等其他分梳绒，也可用颜色值进行客观分类。本文白兔绒纤维的L值＞97，可判定当L＞94时为白兔绒；
除白牦牛绒以外的深色牦牛绒纤维颜色偏黑色，L值比紫绒的更小，可判定L＜35时为深色牦牛绒；
骆驼绒的L值与紫绒的L值近似，因此仅用L值不能对骆驼绒进行客观分类，但骆驼绒的b值远大于其他分梳绒纤维，可以用L和b值组合判定骆驼绒，可判定当35＜L＜72.5并且b＞25时为分梳骆驼绒。
3.2 基于R值的客观分类效果考察
图8为本文试样实测R、G、B值的分布情况，纵坐标是32种试样的RGB值的分布频率，图中虚线为衡冲给出的分梳山羊绒客观分类界线，下页表2为基于R值的客观分类效果。
下页表2和图8(a)中数据反应基于R值的客观分类法在对白绒和紫绒进行分类时比较准确，本文测试的白绒R值分布在237.77～239.46，紫绒试样的R值分布在125.22～142.01，与客观分类法的分类界线均无矛盾。但在对青绒进行分类时存在了误差，这是由于同为白绒、青绒、紫绒的不同纤维颜色深浅亦有差异，可能会存在某种青绒纤维的R值偏大，有超出分类界限的情况。此时需要借助第二个指标G值或B值来区分，如图8(b)、图8(c)中所示。
表2 分梳山羊绒R值及客观分类效果
图8 RGB值频率分布图
分梳白兔绒的G值＞250，比白山羊绒的最大值还大，可以由G值区分白兔绒；
牦牛绒的RGB值均是最小的，R＜50，G＜50，B＜50，因此可用R或G或B值进行区分；
骆驼绒的R值、G值与紫绒的接近，因此不能用R、G值去客观判断骆驼绒，但骆驼绒的B值小于其他紫绒纤维，骆驼绒的B值＜80，紫绒纤维的B值分布在80～125，可以用B值单一指标来判定骆驼绒。
3.3 基于Z值的客观分类效果考查
图9为本文试样的实测XYZ值的分布情况，纵坐标是32种试样的X、Y、Z值的分布频率，图中虚线为衡冲的分梳山羊绒客观分类法的分类界线，表3为基于Z值的客观分类效果。
图9 XYZ值频率分布图
由表3中数据可得，基于Z值的客观分类效果与基于R值的客观分类效果近似，在白绒纤维和紫绒纤维的区分方面会很准确，本文所测试的白绒试样的Z值分布在62.49～68.72，在区间56～75之内，紫绒试样的Z值分布在15.13～28.52，在区间8～29之内，而在青绒纤维的区分方面存在一定的不足，同样是因为不同青绒之间存在较大的颜色差异。因此需要借助X、Y值来进行区分，X、Y值均处于45～70之间的纤维为青绒纤维。
表3 Z值客观分类法效果表
对于分梳白兔绒来说，其Z值＞80，可以作为客观分类依据；
对于深色牦牛绒来说，其Z值＜8，同样可以区分深色牦牛绒；
但是骆驼绒的XYZ值均与紫绒纤维相近，因此不能用X或Y或Z值来区分骆驼绒。
颜色的客观分类法与人眼判别法相比，具有客观、准确、操作简单等优势。基于数码测色技术验证和修正了前人的山羊绒客观分类法，补充了其他分梳绒纤维的客观分类方法，得到了以下结论:
(1)三种色空间Lab、XYZ、RGB比较，采用Lab色空间的亮度指标L值对分梳绒纤维进行客观分类的效果最准确，仅用单一指标L可以有效区分山羊绒中的白绒、青绒、紫绒以及白兔绒、深色牦牛绒，但是，骆驼绒的L值与紫绒的L值近似，需要用L和b值组合判定骆驼绒。
(2)用L值以外的其他单一颜色指标区分绒类纤维颜色的效果都比较差，存在犯错概率，采用其他数个颜色指标组合区分绒类纤维的方法比较复杂。
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