基于國(guó)際顏色模型（CIELAB）的棉花顏色級(jí)測(cè)試方法研究

陸永良++袁裕祿++李云飛

摘要：

本文采用一種基于國(guó)際顏色模型（CIELAB）的紡織品色度儀，通過(guò)對(duì)棉花顏色級(jí)標(biāo)準(zhǔn)瓷板和標(biāo)樣的測(cè)試，構(gòu)建基于國(guó)際顏色模型（CIELAB）的紡織品色度儀與HVI棉花大容量測(cè)試儀顏色測(cè)試結(jié)果的關(guān)聯(lián)性，建立一種經(jīng)濟(jì)可行、快速便捷的棉花顏色客觀測(cè)試方法。

關(guān)鍵詞：顏色級(jí)；顏色模型；標(biāo)準(zhǔn)瓷板

1 引言

GB 1103.1—2012《棉花 第1部分：鋸齒加工細(xì)絨棉》于2013年9月1日正式實(shí)施，此次棉花標(biāo)準(zhǔn)改革的核心內(nèi)容是將品級(jí)改為顏色級(jí)，并明確顏色級(jí)相關(guān)條款為強(qiáng)制性條款。新的棉花標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)棉花明暗程度和黃色深度將棉花劃分為白棉5個(gè)級(jí)別，淡點(diǎn)污棉3個(gè)級(jí)別，淡黃染棉3個(gè)級(jí)別，黃染棉2個(gè)級(jí)別，共4大類13個(gè)級(jí)別。色特征級(jí)是美棉的檢驗(yàn)指標(biāo)，通過(guò)HVI測(cè)試棉花的反射率（Rd）、黃色深度（+b）來(lái)確定的，有相應(yīng)的色征圖。美棉按黃度大小劃分為白棉、淡點(diǎn)污棉、點(diǎn)污棉、淡黃染棉、黃染棉5個(gè)類型，每種類型又按其灰度大?。捶瓷渎蚀笮。硎久藁靼党潭龋﹦澐譃槿舾傻燃?jí)，目前美國(guó)陸地棉有25個(gè)正式色征級(jí)，另有5個(gè)等外級(jí)，其中15個(gè)色征級(jí)有實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)，其他色征級(jí)沒(méi)有實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)，只有描述性標(biāo)準(zhǔn)[1]。

20世紀(jì)30年代，Nickerson 和Hunter[2]開(kāi)始研究棉花的顏色表征問(wèn)題，研究表明不同棉花（非彩色棉）的顏色在孟塞爾（Munsell）顏色空間的10YR平面上，即不同的棉花色調(diào)是相同的，不同的是顏色的明亮程度和色調(diào)的深淺程度。在此基礎(chǔ)上，Nickerson 和Hunter[3]開(kāi)發(fā)出一種基于反射率（Rd）和黃色深度（+b）參數(shù)的棉花顏色測(cè)量工具，并在實(shí)踐應(yīng)用中獲得較好驗(yàn)證，世界各國(guó)逐漸開(kāi)始使用反射率（Rd）和黃色深度（+b）進(jìn)行棉花顏色分級(jí)。

王銘等[4]研究了棉花人工品級(jí)檢驗(yàn)結(jié)果與HVI檢測(cè)結(jié)果的相關(guān)性。陸世棟等[5]對(duì)棉花色特征等級(jí)線的3種劃分方法作了闡述，討論了水平方向、品級(jí)方式這兩種劃分方式存在的問(wèn)題，及品級(jí)方式與右下傾斜方式的辯證關(guān)系，并論證了右下傾斜方式的合理性。

Aspland等[6]考慮了將Nickerson- Hunter的（Rd，+b）參數(shù)轉(zhuǎn)換為CIELAB坐標(biāo)的可能性，將人們熟悉的美國(guó)農(nóng)業(yè)部棉花比色圖（Rd，+b）改變?yōu)椋↙，b）格式，Xu等[7-8]介紹了一個(gè)成像色度計(jì)，它可在Lab系統(tǒng)中測(cè)量大范圍的棉花顏色。

Devron等[9]研究了利用現(xiàn)代化的實(shí)驗(yàn)室分光光度計(jì)建立常規(guī)HVI的顏色系統(tǒng)（使用Rd和+ b參數(shù)）和CIELAB的系統(tǒng)之間的積極聯(lián)系。研究表明：1）HVI棉顏色測(cè)量使用的Rd和+b值與國(guó)際公認(rèn)的CIELAB測(cè)量使用美棉AMS瓷板和棉絮直接相關(guān)；2）與美棉AMS瓷板相比，棉絮的相關(guān)度稍低；3）L值和Rd值之間不統(tǒng)一的斜率是由于L參數(shù)的反射率可能是由于反射的L參數(shù)與光譜儀的整個(gè)可見(jiàn)光譜積分，而Rd參數(shù)來(lái)自于兩個(gè)過(guò)濾器覆蓋光譜區(qū)只留下一小部分同譜區(qū)的讀數(shù)。

2 試驗(yàn)部分

棉花從品級(jí)轉(zhuǎn)向顏色級(jí)的主要意義在于改變目前主要依靠檢驗(yàn)人員感官檢驗(yàn)的傳統(tǒng)檢驗(yàn)方式，采用HVI快速檢驗(yàn)客觀評(píng)定和棉花顏色級(jí)標(biāo)樣感官評(píng)定的方式評(píng)定棉花顏色特征。HVI棉花大容量測(cè)試儀本身價(jià)格高昂，使用環(huán)境要求較高，導(dǎo)致不能在企業(yè)大范圍應(yīng)用，只能配置于專業(yè)的纖檢機(jī)構(gòu)。

本文采用一種基于國(guó)際顏色模型（CIELAB）的紡織品色度儀，通過(guò)對(duì)棉花顏色級(jí)標(biāo)準(zhǔn)瓷板和標(biāo)樣的測(cè)試，構(gòu)建基于國(guó)際顏色模型（CIELAB）的紡織品色度儀與HVI棉花大容量測(cè)試儀顏色測(cè)試結(jié)果的關(guān)聯(lián)性，建立一種經(jīng)濟(jì)可行、快速便捷的棉花顏色客觀測(cè)試方法。

2.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用材料包括：棉花顏色級(jí)標(biāo)準(zhǔn)瓷板、棉花顏色級(jí)標(biāo)樣。

2.2 試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)所用主要儀器包括：紡織品色度儀（D65光源、10°視覺(jué)標(biāo)準(zhǔn)）、HVI 1000棉花大容量測(cè)試儀。

3.2 棉花顏色級(jí)標(biāo)樣

棉花顏色級(jí)實(shí)物標(biāo)樣包括：白棉4個(gè)級(jí)、淡點(diǎn)污棉2個(gè)級(jí)、淡黃染棉2個(gè)級(jí)、黃染棉1個(gè)級(jí)，均為每一級(jí)的底線標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)類型的最低級(jí)不制作實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)，棉花顏色級(jí)的分布和范圍由顏色分級(jí)圖表示。

應(yīng)用紡織品色度儀（D65光源、10°視覺(jué)標(biāo)準(zhǔn)）與棉花大容量測(cè)試儀HVI1000對(duì)棉花顏色級(jí)標(biāo)樣分別進(jìn)行測(cè)試，每個(gè)試樣測(cè)試2次，取平均值，得到紡織品色度儀（L，b）和HVI1000（Rd，+b）測(cè)試值。

圖3所示為L(zhǎng)與Rd線性相關(guān)性分析圖，L與Rd相關(guān)系數(shù)的平方R2為0.929，圖4所示為b與+b線性相關(guān)性分析圖，b與+b相關(guān)系數(shù)的平方R2為0.961。

3.3 基于Lab顏色體系計(jì)算模型的棉花顏色分級(jí)圖

基于Nickerson- Hunter的反射率（Rd）和黃色深度（+b）棉花顏色表征體系，是上世紀(jì)50年代發(fā)展起來(lái)的。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，CIE（國(guó)際發(fā)光照明委員會(huì)）（L，a，b）體系計(jì)算模型是目前公認(rèn)的國(guó)際慣用顏色模型，L代表了顏色的亮度（L=0為黑色和L=100為白色），a表示介于紅色和綠色或紫紅色和綠色之間的數(shù)值（a負(fù)數(shù)值表示綠色，正值表示紅色），b表示介于黃色和藍(lán)色之間的數(shù)值（b負(fù)值表示藍(lán)色，正值表示黃色），應(yīng)當(dāng)探討建立基于Lab顏色體系的棉花顏色分級(jí)體系，使棉花顏色分級(jí)評(píng)價(jià)體系更具普適性。

圖5所示為基于國(guó)際顏色模型（CIELAB）的紡織品色度儀測(cè)試棉花顏色級(jí)標(biāo)樣數(shù)據(jù)（L，b）的散點(diǎn)分布圖。

圖6所示為基于國(guó)際顏色模型（CIELAB）的紡織品色度儀測(cè)試顏色級(jí)標(biāo)樣數(shù)據(jù)（L，a，b）的三維曲面分布圖，L值介于（78.3186.80），a值介于（-0.292.78），b值介于（9.4515.62），a值絕對(duì)值和波動(dòng)區(qū)間要小于L值和b值的波動(dòng)區(qū)間，但并不是如Nickerson 和Hunter所述棉花的顏色在孟塞爾（Munsell）顏色空間的10YR平面上，還是存在一定程度的差異，新的棉花顏色分級(jí)體系需要考慮到這一點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可以得出下列結(jié)論：

1）針對(duì)棉花顏色級(jí)標(biāo)準(zhǔn)瓷板，基于國(guó)際顏色模型（CIELAB）的紡織品色度儀測(cè)試結(jié)果（L，b）與HVI棉花大容量測(cè)試儀測(cè)試結(jié)果（Rd，+b），具備較高的線性相關(guān)性，其中L與Rd相關(guān)系數(shù)的平方R2為0.992，b與+b相關(guān)系數(shù)的平方R2為0.982；

2）針對(duì)棉花顏色級(jí)標(biāo)樣，紡織品色度儀測(cè)試結(jié)果（L，b）與HVI棉花大容量測(cè)試儀測(cè)試結(jié)果（Rd，+b），同樣具備較高的線性相關(guān)性，其中L與Rd相關(guān)系數(shù)的平方R2為0.929，b與+b相關(guān)系數(shù)的平方R2為0.961；

3）考慮到棉花顏色級(jí)標(biāo)樣的均勻性要低于棉花顏色級(jí)標(biāo)準(zhǔn)瓷板，因此基于棉花顏色級(jí)標(biāo)準(zhǔn)瓷板測(cè)試結(jié)果的相關(guān)性要高于棉花顏色級(jí)標(biāo)樣；

4）可以利用國(guó)際顏色模型（CIELAB）的紡織品色度儀測(cè)試結(jié)果（L，b）與HVI棉花大容量測(cè)試儀測(cè)試結(jié)果（Rd，+b）的相關(guān)性，轉(zhuǎn)換相互之間的測(cè)試結(jié)果；

5）CIELAB顏色體系計(jì)算模型是舉世公認(rèn)的國(guó)際慣用顏色模型，應(yīng)當(dāng)探討建立基于CIELAB顏色體系的棉花顏色分級(jí)圖，使棉花顏色分級(jí)評(píng)價(jià)體系更具普適性，也能擺脫專用棉花顏色級(jí)測(cè)試儀器（HVI棉花大容量測(cè)試儀）的局限性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 徐水波.中美棉花標(biāo)準(zhǔn)異同分析及棉花質(zhì)量檢驗(yàn)體制改革情況[R].中國(guó)棉花協(xié)會(huì)，2004.

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[3] Nickerson，D.，R.Hunter， and M.Powell.Journal of the Optical Society of America[J].1950，（40）：446-449.

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[6] Aspland，J.Richard，Clarence Rogers，and Tod Waldrop[J].Textile Chemist and Colorist.1988，20（9）： 68-70.

[7] Xu，B.，Textile Research Journal[J].1998，68（5）： 351-358.

[8] Xu，B.，R.Huang，and M.D.Watson.Textile Research Journal[J].2001，（71）：1010-1015.

[9] Devron Tibodeaux，James Rodgers，Jacqueline Campbell， James Knowlton.顏色標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際色差測(cè)算公式（CIELAB）坐標(biāo)的相關(guān)可行性分析[J].中國(guó)纖檢，2010，（23）：60-63.

[作者單位：國(guó)家紡織產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（江陰）]