Stearns-Noechel模型在天然彩色棉混色中的應用

王 泉，姚 佳，李艷清，祝成炎

(浙江理工大學 紡織纖維材料與加工技術國家地方聯合工程實驗室，浙江 杭州 310018)

Stearns-Noechel模型在天然彩色棉混色中的應用

王 泉，姚 佳，李艷清，祝成炎

(浙江理工大學 紡織纖維材料與加工技術國家地方聯合工程實驗室，浙江 杭州 310018)

為提高天然彩色棉混色織物的設計效率，采用Datacolor SF600+測試不同比例混合的天然彩色棉散纖維團、混紡紗及其交織物的顏色值；基于Stearns-Noechel模型對混合散纖維團、混紡紗和交織色塊進行配色預測，并用CIEDE2000色差公式計算其與實測顏色的色差，從而優化混合纖維團、混紡紗及交織物色塊的S-N模型參數，其中參數M的優化值分別為0.096，0.128和0.01，對應色差分別為1.72,3.40和4.90，進而建立了本實驗條件下的纖維、紗線、織物間反射率的預測模型。

天然彩色棉纖維；Stearns-Noechel模型；配色預測；色差

不同色系的天然彩色棉纖維以一定比例混合后，經織造工藝可以得到具有豐富自然色澤的天然彩色面料，但天然彩色棉的混色配色系統并不完善，目前企業主要通過反復試紡試織進行配色研究，不僅生產效率極低，而且浪費原料[1-2]。研究天然彩色棉織物的色彩特性及配色模型可以提高天然彩色棉的混色配色精度，從而提高紡紗織造效率。Stearns-Noechel模型(本文簡稱S-N模型)是常用顏色模型中相對預測精度較高的模型[3]，本文選用最優值法計算了混合散纖維團、混紡紗和混色織物的S-N模型參數M值，建立了從纖維到混色織物顏色的S-N預測模型，為天然彩色棉的混色織物設計提供了一定的參考。

1 S-N模型及最優M值計算

1.1 Stearns-Noechel模型

試樣的顏色值取決于試樣對入射光的反射率，混色就是將不同顏色的單色樣按不同質量比進行混合后的顏色，故混色配色模型就是研究混色樣的總反射率與單色樣的反射率及混和比例之間的關系[4]。1944年，Stearns和Noechel通過研究羊毛纖維混色情況來尋找混色樣的總反射率與其單色樣反射率的關系，推導出一個經驗公式：

(1)

(2)

式中：f[R(λ)]為S-N模型表達式；M為可變常量參數，不同原料的M值不同；Ri(λ)為波長λ時i組分單色樣的反射率；Rblend(λ)是波長λ時混色樣的反射率；xi為i組分單色樣所占混色樣的質量比[5]。

1.2 S-N模型應用及最優M值計算方法

本文采用天然綠色綿、棕色棉與普通白棉設計了17種混合比例的散纖維團與混紡紗，并交織成混色織物，具體規格見表1、2。

表1 最優M值下散纖維團的各組色差值Tab.1 Color difference of mixed fiber under optimization values of M

表2 最優M值下混紡紗的各組色差值Tab.2 Color difference of blended yarns under optimization value of M

由式(1)、(2)可知，M值改變，R(λ)隨之變化，即混色樣的預測值與實測值間的色差也改變。由此可見，一定存在一個最優M值，使二者的色差達到最小。Aspland J R等[6]應用該模型研究了錦綸纖維的混色匹配,推薦M=0.11。Stearns E I[7]研究了黑色和白色等羊毛纖維的配色情況，認為M=0.15。Burlone D A[8]將該式運用于黑色與白色的滌綸纖維的顏色匹配,認為M=0.189最佳。

用Datacolor測色儀測出普通白棉、天然綠色棉及棕色棉在400～700 nm波長下的吸收系數與反射系數比值(K/S)。設定初始M值，在該模型下常用的M值范圍在0～1之間，故使用MatLab進行編程，M值初始取值范圍為0.01～1，每間隔0.01區間進行計算。首先由上述公式反推出M值，其次按公式計算出預測的亮度(L′)、紅/綠值(a′)、黃/藍值(b′)、色度值(C′)、色調角(h)，并用CIEDE2000色差公式計算其與實測的顏色值的色差[9-10]。再用最優值法對M值進行循環計算，得出不同的色差，色差最小時的M值即為最優M值。

2 最優參數M值的確定

2.1 散纖維團最優參數M值的確定

根據上述方法得到不同M值下不同混合比例天然彩色棉纖維團的色差，如圖1所示。

由圖1可知，不同混合比例的散纖維團M值與預測、實測之間的色差呈現相似的規律，M值在0～1之間時，色差基本都是隨著M值的增大先減小后增大。當M值在0～0.2之間時，各種混紡比例的混合纖維的預測與實測色彩的色差能取到最小。故對M值在0～0.2之間的區間進行再循環計算，間隔區間為0.001，得到M值與色差的關系如圖2所示。

通過對M值在0～0.2之間的循環計算，得到17種混紡比例的散纖維團的最優M值與相應色差，并尋找到最小色差時對應的M值為0.09左右。

2.2 紡紗最優參數M值的確定

用上述分析方法對不同比例的混紡紗進行預測分析，可得到M值與色差的關系，如圖3所示。

由圖3可知，混紡紗M值與色差的規律與散纖維團的規律基本保持一致，通過連續循環計算，找到各種比例混紡紗預測與實測色差最小時對應的M值為0.13左右。

圖4示出纖維、紗線最優M值箱控圖。由圖可知，用MatLab計算得到的最優M值較為分散，為了確定天然彩色棉混色S-N模型中最優M值，用Origin軟件對17種混紡比例的散纖維系列和混紡紗系列的M值進行統計分析，得到整組的最優M值。如圖4所示，散纖維團混紡紗的的最優M值分別為0.096和0.128，由表1、2亦可知在最優M值下17種混合比例的散纖維的最小平均色差為1.72，17種混紡比例的混紡紗的最小平均色差為3.40。

2.3 織物最優參數M值的確定

混色織物由表2所述17種混紡紗采用7種八枚緞紋組織(由緯面緞過渡到經面緞)進行交織得到，其中同一組織浮長下的色塊為一系列進行研究分析。用上述方法得出每組色塊的最優M值，并計算每組的最小色差。求出所有組的最優M值的中位數，即為本次實驗色織物整體的最優M值，為0.01。各色塊在不同組織浮長下的亮度差、色度差、色差及平均色差如表3所示。

表3 最優M值下不同組織織物的平均色差Tab.3 Average color difference of different organizational fabrics under optimization values of M

由表3可知，當交織物最優M值為0.01時，7種組織的混色織物的最小平均色差為4.90，可見隨著混合狀態的復雜性的增加，模型預測準確性有一定的下降。但有研究表明，由于天然彩色棉的特殊性，當△E00<3時表示基本無色差，當3<△E00<5時表示色差基本符合要求[11-12]，證明本實驗方法有效。

將上述得到的最優M值分別代入公式(1)并可得到單色樣的反射率Ri(λ)，將相應的混合比例以及Ri(λ)代入公式(2)便可得到在本文實驗條件下纖維到紗線，紗線到織物以及纖維到織物的反射率預測模型。

3 結 論

本文在對天然彩色棉色彩研究的基礎上，選用Stearns-Noechel模型對天然彩色棉的混色進行預測研究，優化混合纖維團、混紡紗及交織物色塊的S-N模型參數M值，從而建立從纖維到織物顏色的S-N預測模型，得出以下結論：

1)不同混合比例的散纖維團的M值與預測、實測之間的色差關系呈現相似的規律，M值在0～1之間時，隨著M值的增大，色差先減小后增大。混紡紗情況類似。

2)確定了本實驗條件下混合纖維團、混紡紗及交織物色塊的S-N修正模型，參數M的優化值分別為0.096，0.128和0.01，對應色差分別為1.72,3.40和4.90，均小于5，近一步證實了本模型的可行性。

FZXB

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Application of Stearns-Noechel model on color blending of naturally colored cotton

WANG Quan,YAO Jia,LI Yanqing,ZHU Chengyan

(NationalEngineeringLaborotoryforTextileFiberMaterialsandProcessingTechnology，ZhejiangSci-TechUniversity，Hangzhou，Zhejiang310018，China)

In order to improve the design efficiency for blending fabric of natural colored cotton,Datacolor SF600+ was used to test the color date of mixed fiber,blended yarns and interwoven fabric.The color of loose material group,blended yarns and interwoven fabric was predicted by Stearns-Noechel model,and then CIEDE2000 color difference formula was prepared to calculate the color difference of the prediction and the practice.The model parameters for loose material group,blended yarns and interwoven fabric were optimized.The optimization values ofMare 0.096,0.128 and 0.01,and the corresponding color differences are 1.72,3.40 and 4.90,thus is established the reflectance prediction model amung fiber,yarn and fabric under this experimental condition is established.

naturally colored cotton fiber; Stearns-Noechel model; color forecast; color difference

10.13475/j.fzxb.20150103405

2015-01-16

2015-10-22

國家國際科技合作專項項目(2011DFB51570)；2013年度浙江省公益技術研究工業項目(2013C31047)

王泉(1991—)，男，碩士生。研究方向為現代紡織技術及新產品。祝成炎，通信作者，E-mail：cyzhu@zstu.edu.cn。

TS 116

A