基于圖像微分和線性擬合對色紡針織物的色彩均勻度進行量化評定的研究

石東亮 陳運能 鄺湘寧

摘 要：使用不同比例單色棉纖維和本色棉纖維經(jīng)混紡、織造后得到色紡針織面料樣品，用測色軟件對樣品上選定的區(qū)域進行成像，然后微分成大量單元進行測色。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，色紡針織物的色彩均勻度，可以用各測色單元相對于標準色色差ΔEi的CV值來表征，該CV值和人工目測得到的色彩均勻度等級存在高度的相關性。當CV值大于2.0%時，樣品的色彩均勻度較差，存在顯著的色彩分布不均勻；當CV值小于1.0%時，樣品的色彩均勻度較好，外觀上僅有輕微差異或無法覺察。

關鍵詞：圖像微分；線性擬合；色紡針織物；色彩均勻度；量化評定

中圖分類號：TS 106.5

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2017）03-0033-04

Study on Quantitative Evaluation of Colour Uniformity of Fibre-Dyed Knitted

Fabric Based on Image Differentiation and Linear Fitting

SHI Dongliang1， CHEN Yunneng2， KUANG Xiangning3

（1.Ningbo Fibre Inspection Institute， Zhejiang Ningbo 315048； 2.Zhejiang Fashion Institute

of Technology， Zhejiang Ningbo 315211； 3.Ningbo Special Equipment

Inspection and Research Institute， Zhejiang Ningbo 315048）

Abstract：In this paper， of single-colour cotton fibre with different ratio is blended with grey cotton fibre， then spun and knitted to gain fibre-dyed knitted fabric samples. The colour testing software was used to image the chosen zone on the sample. Then， the zone is differentiated into a large number of units for colour testing. The analysis shows that the colour uniformity of these fabrics can be characterized by CV value of colour difference ΔEi of each colour testing unit relative to standard colour. The CV value is highly related to colour uniformity grade gained by manual visual inspection. Furthermore， when CV value is higher than 2.0%， colour uniformity of samples is bad， and significant colour distribution unevenness exists. When CV value is less than 1.0%， colour uniformity of samples is good， and there is only slight difference or invisible difference on the appearance.

Key words：image differentiation； linear fitting； fibre-dyed knitted fabric； colour uniformity； quantitative evaluation

色紡紗是將纖維先染成兩種或兩種以上不同的顏色，再經(jīng)過紡紗工序加工得到的紗線。色紡紗采用針織織造工藝后得到的織物即稱為色紡針織物。由于色紡紗采用了染色前置，色纖維混合紡紗的特殊生產(chǎn)工藝，導致用色紡紗織造的針織物會存在相當程度上的色彩不均勻，產(chǎn)生一種特殊色彩效應。這種特殊的色彩效應給色紡針織物帶來了較高的利潤，產(chǎn)量和應用范圍也在不斷擴大。

然而，對于如何評價和表達色紡針織物的色彩均勻程度，國內相關的研究和報道還不多見，有許多研究集中于色紡紗的工藝和質量控制[1-3]，另外車江寧等[4]對混色纖維、天然纖維的配色范圍進行了探討，曹應剛等[5]研究了混紡所用色纖維的色差與最終成紗外觀上的“素色”或者“夾花”效果之間的關系，Warburton等[6]對色纖維混合緊密程度對最終成紗色彩的影響以及異色經(jīng)緯紗交織后所得到織物的色彩變化進行了研究。在檢測標準方面，國內相關的標準例如FZ/T12014—2014《針織用棉色紡紗》和有關文獻[7]等并沒有提及色紡紗色彩均勻度的概念，還是引用了傳統(tǒng)的色差評級方式，沈利利等[8]采用圖像分析和聚類算法對色紡紗中色纖維混色比例的檢測進行了研究，所有這些研究和報道并沒有對色紡織物的色彩均勻度進行定量研究。本文將針對色紡針織物表面色彩的均勻度評價方法進行研究，并尋找一些簡單有效的指標作為量化評判依據(jù)。

1 試 驗

1.1 測試條件

試樣：根據(jù)常見織物的色彩，選用了綠、藍、紫紅3個色系的針織色紡織物進行研究。為簡化研究難度，僅使用本色原棉和單色色棉按不同比例混紡得到色紡棉紗，設計色棉混紡比例從9%～85%，每種色系使用6～8種基本對應的混紡比例。全部色紡紗的設計線密度為19.5 tex（30S），單股，然后以240針的密度進行織造得到含不同色棉比例的色紡針織物，混棉、紡紗、織造全部采用相同的工藝，具體見表1，共計21塊樣品。

儀器：英國Verivide公司生產(chǎn)的Digieye顏色測量系統(tǒng)，包括光源、成像系統(tǒng)和顏色測量軟件等。

光源：根據(jù)CIE推薦和行業(yè)內的普遍做法，選用D65標準光源。

其他測試條件：背景使用儀器自帶標準白板，顏色測量區(qū)域選定為80 mm×80 mm，為防止透光，采用雙層織物進行測試，因部分樣品正面的成像存在條紋衍射干擾，全部采用樣品的反面進行測試。

1.2 測試方法

1.2.1 軟件測色

要研究色紡織物的色彩均勻度，最理想的方式就是將織物表面微分成盡可能多的單元，然后比較每個單元的顏色差異和變化情況，但是如果測色單元過小，會造成測試數(shù)據(jù)的大量增加，測試時間成倍延長，經(jīng)比較和篩選，確定選用5 mm×5 mm作為基本測色單位。在80 mm×80 mm的選定區(qū)域內，以該基本測色單位進行圖像分割，共計得到256個測色單元，以同規(guī)格本色棉布為標準色，測量每個測色單位相對于標準色的色差，在此基礎上研究各測色單元的色差分布情況和樣品整體色彩均勻度之間的關系。

1.2.2 人工測試評級

根據(jù)人眼對色差不勻的敏感程度，將色紡織物的色彩均勻程度大致定義成5個等級，具體如下：5級：樣品選定區(qū)域色彩均勻，無差異；4級：樣品選定區(qū)域色彩基本均勻，僅有細微差異；3級：樣品選定區(qū)域色彩分布存在容易識別的差異；2級：樣品選定區(qū)域的色彩分布存在明顯的差異；1級：樣品選定區(qū)域的色彩分布存在嚴重的差異，明顯分布不勻。

將樣品放在標準燈箱內，采用D65光源自上而下垂直方向照射樣品，人眼與樣品之間夾角為45°，兩者之間偏離角度不超過10°，人眼和樣品之間的距離約為40 cm。請3名具有一定色差評定經(jīng)驗的人員，對表2中的21塊樣品反面的色彩均勻程度進行分級，取3人的平均結果，修約到最接近的0.5級。例如某一被測樣品經(jīng)3人評級后得到的結果分別為3～4級，3～4級，4級，則其最終的色彩均勻度等級定為3.5級。

2 結果與分析

2.1 Digieye軟件測色結果

以含綠色棉9%，其他以本色原棉為原料混紡得到的色紡紗針織物為例，得到的測色結果如表2所示，ΔE的值按照CIE2000色差公式計算得到。

顯然，要對每塊色紡紗針織物的顏色均勻度進行比較、分析，各單元相對于本色棉布（基準色）的ΔEi（i=1，2…256）值是關鍵指標，如果每個測色單元相對于基準色的色差越小，可以認定該織物的色彩均勻度越好。按照統(tǒng)計學原理，變異系數(shù)和標準差都表示離散程度，但是由于每塊樣品相對于標準樣的色差平均值不同，因此，最終采用每塊織物中各測色單元相對于標準色ΔEi的CV值作為評判指標。其他各樣品經(jīng)軟件測色后得到的結果如表3所示。

由表3可知，3個顏色系列的色紡針織物，隨著色棉混紡比例的提高，各樣品內各測色單元相對于標準色色差的CV值絕對地呈現(xiàn)下降趨勢，據(jù)此可以推斷在這些色紡針織物中，隨著色棉混紡比例的提高，織物外觀上的顏色均勻度有所提高，當然是在混棉、紡紗等工藝參數(shù)基本一致的前提下。該推論是否和人眼的實際感受相吻合，還需要進一步證實。

2.2 色彩均勻度的人工評級結果

按1.2.2對所有樣品進行人工評級得到的結果如表4所示。

2.3 軟件測試和人工評級結果的關系

經(jīng)觀察和比較，表3中各樣品內部各測色單元相對于標準色色差的CV值和表4中對應樣品的色彩均勻度人工評級存在較好的對應關系，即樣品的CV值下降，其色彩均勻度評級提高。對兩組數(shù)據(jù)采用回歸法進行一元線性擬合，分別得到如圖1所示結果，圖1中橫坐標為表3中各樣品的CV值，縱坐標為表4中對應的人工評級結果。

可以發(fā)現(xiàn)，對3個系列樣品的色彩均勻度采用兩種評價方法，得到的結果存在較好的線性關系，呈現(xiàn)顯著的負相關，相關指數(shù)R2均大于0.9。

進一步從每個樣品相對標準色色差的CV值來考慮，可以發(fā)現(xiàn)當CV值>2.0%時，樣品的色彩均勻度均小于2級，外觀上有明顯差異；當CV值<1.0%時，樣品的色彩均勻度較高，樣品的色彩均勻度均大于4級，外觀上僅有輕微差異或無法覺察。

3 結 論

a）色紡針織物的色彩均勻度，可以通過對樣品表面進行細分、測色，以各測色單元相對于標準色色差ΔEi的CV值來表征，該方法和人眼評判方法具有很高的相關性，線性相關指數(shù)R2大于0.9。

b）在本文所研究的范圍內可基本確定，當CV值大于2.0%時，色紡針織物的色彩均勻度較差，存在顯著的色彩分布不均勻；當CV值小于1.0%時，樣品的色彩均勻度較好，外觀上僅有輕微差異或無法覺察。

參考文獻：

[1] 黃克華.色紡工藝及質量控制[J].棉紡織技術，2013，41（9）：12-15.

[2] 房英杰，王愛萍.紗線色差的產(chǎn)生和預防[J].上海紡織科技，2006，34（2）：30-32.

[3] 陶海濱.淺析混色棉紗線生產(chǎn)工藝[J].現(xiàn)代紡織技術，2005（5）：36-37.

[4] 車江寧，陳東輝，周志華.混色纖維/天然色棉配色范圍探討[J].紡織學報，2004，25（1）：15-17.

[5] 曹應剛，沈加加，陳維國. 棉色紡紗素色效果的寬容度研究[J].現(xiàn)代紡織技術，2013（1）：5-8，12.

[6] WARBURTON P， LUND G V. Colour and textiles Ⅲ-colour theory in relation to the size of colour units used in textiles[J].Journal of Textile Institute，1956，47（5）：347-360.

[7] 吳愛兒，吳迪，章友鶴.混色紗質量標準的制訂[J].紡織導報，2006（5）：52-53.

[8] 沈利利，李忠健，潘如如，等.色紡紗線中纖維混色比例的圖像檢測[J].紡織學報，2016，37（3）：138-143.