織物光澤的視覺物理量與視覺心理量的關(guān)系研究

周 鐳

(1.山東省紡織科學(xué)研究院，山東 青島，266032；2.山東省特種紡織品加工技術(shù)重點實驗室，山東 青島，266032)

1 引言

織物光澤是客觀物理量通過人眼感受產(chǎn)生生理量，再經(jīng)大腦綜合心理性審視判斷的產(chǎn)物。織物光澤是一種具有人的視覺物理量和心理量感知的復(fù)雜的織物風(fēng)格效果[1]，傳統(tǒng)的光學(xué)物理技術(shù)對織物光澤的測試[2-4]，采用了反射光物理量間接反映了光強與方向的關(guān)系，沒有涉及到光澤狀態(tài)的表征。若不涉及光澤狀態(tài)的表征，就難以解釋人對織物視覺風(fēng)格的感知效果。織物光澤是一種具有圖像感的視覺信息，如果將計算機視覺技術(shù)用于織物光澤的評價，應(yīng)該是接近人眼視覺對織物光澤風(fēng)格感知效果的客觀評價技術(shù)，是建立全新的對織物中纖維光澤、紗線光澤和織物結(jié)構(gòu)光澤綜合辨識及評價機制的研究[5，6]。本文把前期研究的織物光澤評分表[6]引入，將織物的光澤等級與人眼評定相結(jié)合，建立一個可以解釋織物光澤的視覺物理量與視覺心理量關(guān)系的“語意量表”。用語言刻畫描述織物的光澤感，既有利于分析人眼感知織物光澤效應(yīng)的視覺物理量和視覺心理量的關(guān)系，使評級人員能準(zhǔn)確把握織物光澤的主觀評定，又能為后續(xù)研究機器視覺的織物光澤客觀評價技術(shù)，提供符合人眼感知的參考樣本。

2 人眼視覺對織物光澤的感知

人眼視覺對織物光澤感知時涵蓋了光澤的量與光澤的質(zhì)，概括為兩句話，其一，織物表面產(chǎn)生光澤主要取決于光的反射和分布，包括正反射光、表面反射光及來自內(nèi)部的反射光的總和，這就是視覺物理量范疇的光澤的量，內(nèi)涵即是光強與分布。其二，光反射到人的視覺器官，再由視覺產(chǎn)生心理映射，這種具有心理屬性的光澤就是視覺心理量范疇的光澤的質(zhì)感。光澤感特有的屬性決定了它是難于量化的，但可通過語言形容或形象化來描述織物光澤，例如，有光澤的、無光澤的、缺乏光澤的屬于光澤質(zhì)感的表述，而玻璃狀、金屬狀、樹脂狀、乳白狀是借用它物來表述光澤質(zhì)感[7]。

綜合織物光澤效應(yīng)的物理屬性和對人的心理映射屬性，織物光澤大致可以劃分成三類：

(1)強光澤效應(yīng)：織物表面大面積的正反射光很強，有兩個方向的反射光強差異最大，即光強與光弱的對比度最大，這樣的光澤效應(yīng)在人的視覺上辨識度極高，一眼所見便是金光閃閃、耀眼的視覺感，通常用閃亮的或光亮的詞語描述，俗稱“肥光”、“膘光”的光澤感。

(2)中等光澤效應(yīng)：織物表面存在的正反射光強度一般，由于各角度微面元的漫反射光的強度相近，能看到顯著的光澤效應(yīng)，這類織物上對光澤的貢獻大多是位于織物表面微面元上的漫射光，或者稱為散射光，這種光澤感隨機分布，稱之為分散的。

(3)弱光澤與無光澤效應(yīng)：織物表面的微面元上沒有正反射光，并且漫反射光極少或不可察覺，這種狀態(tài)在人的視覺上辨識度亦極高，一眼所見便是一種暗淡無光、沒有可察光澤的感覺，稱之為暗啞的或無光澤的。

3 織物光澤視覺物理量的表征

織物光澤的視覺物理量即從光澤的量上考慮，織物光澤與其反射光光強分布相關(guān)，主觀客觀都有定量化評價結(jié)果。由感官觀測評價織物光澤是按光強分布再結(jié)合愛好程度給出優(yōu)、良、尚可、不好等等級或給出1～10分等具體的數(shù)量尺度。這種方法的缺點是判定標(biāo)準(zhǔn)難以確定，判定結(jié)果也易受時間和環(huán)境影響。用儀器測量織物的光學(xué)物理量時，雖然可以得到具體數(shù)值，并可建立判定標(biāo)準(zhǔn)，但測試結(jié)果卻不能與感官檢驗中的心理映射部分相關(guān)，因此，屬于光學(xué)物理技術(shù)原理的光澤儀不能給出與人感知織物光澤感效果接近的光澤質(zhì)感。

在前期研究[6]中，筆者將織物光澤主、客觀評價等級與數(shù)據(jù)之間進行相關(guān)分析，構(gòu)建出等級制且加入光澤量化值的光澤評分表，使得評分表融合了主觀與客觀兩方面的評價要素，制定了主客觀一致的評分標(biāo)準(zhǔn)。

表1是5級制9檔(以0.5級為間隔)的織物光澤評分表。該評分表由光澤等級D和光澤量化值S組成。光澤量化值S與光澤等級D相對應(yīng)起到量化分?jǐn)?shù)的作用。式(1)為光澤量化值S和光澤度值G(G為光澤度儀測量所得)之間的關(guān)系，織物光澤評分表的用法參照文獻[6]。

S=0.5634lnG+3.9719

(1)

表1 織物光澤的評分表

4 織物光澤視覺心理量的描述

織物光澤視覺心理量特指織物的光澤感具有的心理屬性，不易量化。由于光澤感的形成過程復(fù)雜，涉及到三維空間的非線性轉(zhuǎn)換。當(dāng)人的視覺感受器官接受光學(xué)信息的刺激時，便傳導(dǎo)至感光神經(jīng)末稍引起生理反應(yīng)和大腦的心理判斷及知覺產(chǎn)生，即物理學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)的轉(zhuǎn)換。織物光澤感的心理屬性特點決定了它難以量化，但可用語言描述。

人們采用形象的語言刻畫物體的光澤感，不同行業(yè)通常采用類比的方法描述物體的光澤感，比較通用的語言有玻璃光澤、金屬光澤、珍珠光澤、象牙光澤、水晶光澤、鉆石光澤等[7]。與紙、油漆、涂料、搪瓷等表面平整的物體不同，織物是纖維、紗線的集合體，屬于表面凹凸不平的結(jié)構(gòu)相，織物表面毛羽、紗線的捻向與屈曲起伏、組織點的分布與結(jié)構(gòu)和排列的密度與緊度，都會對光澤的屬性產(chǎn)生影響，故用來描述織物光澤效應(yīng)的語言十分豐富。不同類織物所用的描述語言也不盡相同。如毛紡廠常用膘光、極光、珠光、縐光等比較抽象的術(shù)語來形容毛紡產(chǎn)品[8]；對棉織物的形容則會用淳樸質(zhì)感、色澤均勻、亮麗、光潔、柔和等[9]；一些學(xué)者認(rèn)為絲綢產(chǎn)品光澤柔和且亮麗，呈珍珠般光澤，色澤鮮艷且幽雅，有的甚至用高貴華麗來形容；此外，還有學(xué)者用肥光、柔和光、金屬光和電光等語言來形容織物的光澤感[10]。

如圖1所示，本文參照已有的一些描述織物光澤感的用語，結(jié)合SD法，首先選取5個心理性的形容詞作為語意詞，對應(yīng)1～5級的評分等級依次為：“暗啞的”、“缺乏光澤的”、“分散的”、“光亮的”和“閃亮的”。然后用建立主觀評分表時的分級樣品，引入評定專家用主觀評分表分級所掌握的評分標(biāo)準(zhǔn)與評判依據(jù)，對每個語意詞給出物理和心理屬性的解釋：①暗啞的—織物表面整體暗淡沒有光澤，無反射光、無漫射光；②缺乏光澤的—織物表面沒有反射光，可察覺到較弱的漫射光，整體較為暗淡；③分散的—織物表面有微弱的反射光，有較強的漫射光均勻分布在微面元上，整體不柔和也不暗淡；④光亮的—織物表面反射光較強，且集中分布，整體光澤感明顯，漫射光較為柔和；⑤閃亮的—織物表面有極強的反射光，閃耀明亮，漫射光均勻、柔和。最后以“如……”，把光澤感與一種人們所熟悉物質(zhì)相類比，從而進一步描述，豐富語意量詞，加強人們的認(rèn)同感。例如：暗啞的織物給人的感覺猶如泥土般暗沉；缺乏光澤的整體光澤看起來較為暗淡，如乳白狀光澤；分散的光澤來源于漫射光，隨機分布比較均勻，但反射光較差，如半金屬光澤；光亮的織物反射光強，光澤感較強，有閃爍的光感，呈現(xiàn)珍珠般的光澤；閃亮的織物光澤猶如鏡面晃動，反射光強，閃耀明亮，類似金剛石般閃爍的光澤。

圖1 語意范圍劃分示意圖

5 織物光澤視覺物理量與視覺心理量的關(guān)系

本文針對織物光澤視覺物理量的表征和視覺心理量的描述是感官評價織物光澤的兩個切入點，是對以往主觀評定法的改進。前者采用數(shù)據(jù)形式給出5級9檔的等級評價，表示織物光強分布的量化值；后者采用語意量詞描述織物光澤質(zhì)感，兩者殊途同歸，皆是解釋共同的“標(biāo)的”。所以，兩者組合使用更能全面刻畫織物光澤感，表2為語意量表。

在表2中，光澤等級D是綜合表1和圖1形成的，相應(yīng)的描述語言主要依據(jù)反射光的組成、強弱及分布來定義的。總體的原則是入射光在0o～180o的變角內(nèi)，測得的整體反射光越強，反光量越大，織物光澤的等級越高，暗啞的織物的反射光量幾乎為零。為了使評定結(jié)果分配準(zhǔn)確，按照目光評級慣例，在5個整數(shù)等級中插入0.5級，分成5級9檔，并定義相應(yīng)的語意概念，給出對應(yīng)的物理量和心理量的解釋及類比光澤。

建立該語意量表，對感官法評定織物光澤和后續(xù)研究機器識別織物光澤，都具有十分現(xiàn)實的意義。理由包括：①織物光澤的感官評定時，不再只是簡單的用好壞辨別，可采用“語意量表”，有據(jù)可依，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。等級制評價及詳細(xì)的語意類比分類的應(yīng)用，既能使評定的織物光澤等級有爭議時，用織物光澤評分表中的光澤量化值S校準(zhǔn)，又可以從對應(yīng)的織物光澤語意量詞的描述中互為驗證，實現(xiàn)用數(shù)據(jù)和語言結(jié)合辨別織物光澤量和織物光澤質(zhì)上的差異。②由于機器無法識別上述人類的語言含義，因此，通過把光澤度進行等級劃分，將織物的光澤度量化為若干個等級，給定機器相應(yīng)的判斷條件，機器可以實現(xiàn)自動識別和評價。機器經(jīng)過判斷分析輸出光澤度等級，用戶可以根據(jù)相應(yīng)的等級確定該等級所對應(yīng)的語意描述。

表2 語意量表

6 結(jié)語

“語意量表”采用心理化的語意量詞和類比化語意量詞的解釋作用，更加通俗易懂，可加強人們的認(rèn)同感。

將織物光澤感的量化等級與語言描述結(jié)合起來，給出對應(yīng)的物理屬性及類比光澤物質(zhì)的解釋，兩者結(jié)合更有利于刻畫描述織物光澤感的性能。

由于機器無法識別某些人類語言的含義，因此，通過將光澤度進行等級劃分，將織物的光澤度量化為若干個等級，給定機器相應(yīng)的判斷條件，機器可以實現(xiàn)自動識別和評價。機器經(jīng)過判斷分析輸出光澤度等級，用戶可以根據(jù)相應(yīng)的等級確定該等級所對應(yīng)的語意描述。