Stearns-Noechel模型在天然彩色棉混色中的應(yīng)用

王 泉，姚 佳，李艷清，祝成炎

(浙江理工大學(xué) 紡織纖維材料與加工技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310018)

Stearns-Noechel模型在天然彩色棉混色中的應(yīng)用

王 泉，姚 佳，李艷清，祝成炎

(浙江理工大學(xué) 紡織纖維材料與加工技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310018)

為提高天然彩色棉混色織物的設(shè)計(jì)效率，采用Datacolor SF600+測(cè)試不同比例混合的天然彩色棉散纖維團(tuán)、混紡紗及其交織物的顏色值；基于Stearns-Noechel模型對(duì)混合散纖維團(tuán)、混紡紗和交織色塊進(jìn)行配色預(yù)測(cè)，并用CIEDE2000色差公式計(jì)算其與實(shí)測(cè)顏色的色差，從而優(yōu)化混合纖維團(tuán)、混紡紗及交織物色塊的S-N模型參數(shù)，其中參數(shù)M的優(yōu)化值分別為0.096，0.128和0.01，對(duì)應(yīng)色差分別為1.72,3.40和4.90，進(jìn)而建立了本實(shí)驗(yàn)條件下的纖維、紗線、織物間反射率的預(yù)測(cè)模型。

天然彩色棉纖維；Stearns-Noechel模型；配色預(yù)測(cè)；色差

不同色系的天然彩色棉纖維以一定比例混合后，經(jīng)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(tǒng)并不完善，目前企業(yè)主要通過(guò)反復(fù)試紡試織進(jìn)行配色研究，不僅生產(chǎn)效率極低，而且浪費(fèi)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(jiǎn)稱S-N模型)是常用顏色模型中相對(duì)預(yù)測(cè)精度較高的模型[3]，本文選用最優(yōu)值法計(jì)算了混合散纖維團(tuán)、混紡紗和混色織物的S-N模型參數(shù)M值，建立了從纖維到混色織物顏色的S-N預(yù)測(cè)模型，為天然彩色棉的混色織物設(shè)計(jì)提供了一定的參考。

1 S-N模型及最優(yōu)M值計(jì)算

1.1 Stearns-Noechel模型

試樣的顏色值取決于試樣對(duì)入射光的反射率，混色就是將不同顏色的單色樣按不同質(zhì)量比進(jìn)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(guān)系[4]。1944年，Stearns和Noechel通過(guò)研究羊毛纖維混色情況來(lái)尋找混色樣的總反射率與其單色樣反射率的關(guān)系，推導(dǎo)出一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式：

(1)

(2)

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

1.2 S-N模型應(yīng)用及最優(yōu)M值計(jì)算方法

本文采用天然綠色綿、棕色棉與普通白棉設(shè)計(jì)了17種混合比例的散纖維團(tuán)與混紡紗，并交織成混色織物，具體規(guī)格見(jiàn)表1、2。

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

表2 最優(yōu)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(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值間的色差也改變。由此可見(jiàn)，一定存在一個(gè)最優(yōu)M值，使二者的色差達(dá)到最小。Aspland J R等[6]應(yīng)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(rèn)為M=0.15。Burlone D A[8]將該式運(yùn)用于黑色與白色的滌綸纖維的顏色匹配,認(rèn)為M=0.189最佳。

用Datacolor測(cè)色儀測(cè)出普通白棉、天然綠色棉及棕色棉在400～700 nm波長(zhǎng)下的吸收系數(shù)與反射系數(shù)比值(K/S)。設(shè)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(jìn)行編程，M值初始取值范圍為0.01～1，每間隔0.01區(qū)間進(jìn)行計(jì)算。首先由上述公式反推出M值，其次按公式計(jì)算出預(yù)測(cè)的亮度(L′)、紅/綠值(a′)、黃/藍(lán)值(b′)、色度值(C′)、色調(diào)角(h)，并用CIEDE2000色差公式計(jì)算其與實(shí)測(cè)的顏色值的色差[9-10]。再用最優(yōu)值法對(duì)M值進(jìn)行循環(huán)計(jì)算，得出不同的色差，色差最小時(shí)的M值即為最優(yōu)M值。

2 最優(yōu)參數(shù)M值的確定

2.1 散纖維團(tuán)最優(yōu)參數(shù)M值的確定

根據(jù)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(tuán)的色差，如圖1所示。

由圖1可知，不同混合比例的散纖維團(tuán)M值與預(yù)測(cè)、實(shí)測(cè)之間的色差呈現(xiàn)相似的規(guī)律，M值在0～1之間時(shí)，色差基本都是隨著M值的增大先減小后增大。當(dāng)M值在0～0.2之間時(shí)，各種混紡比例的混合纖維的預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)色彩的色差能取到最小。故對(duì)M值在0～0.2之間的區(qū)間進(jìn)行再循環(huán)計(jì)算，間隔區(qū)間為0.001，得到M值與色差的關(guān)系如圖2所示。

通過(guò)對(duì)M值在0～0.2之間的循環(huán)計(jì)算，得到17種混紡比例的散纖維團(tuán)的最優(yōu)M值與相應(yīng)色差，并尋找到最小色差時(shí)對(duì)應(yīng)的M值為0.09左右。

2.2 紡紗最優(yōu)參數(shù)M值的確定

用上述分析方法對(duì)不同比例的混紡紗進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，可得到M值與色差的關(guān)系，如圖3所示。

由圖3可知，混紡紗M值與色差的規(guī)律與散纖維團(tuán)的規(guī)律基本保持一致，通過(guò)連續(xù)循環(huán)計(jì)算，找到各種比例混紡紗預(yù)測(cè)與實(shí)測(cè)色差最小時(shí)對(duì)應(yīng)的M值為0.13左右。

圖4示出纖維、紗線最優(yōu)M值箱控圖。由圖可知，用MatLab計(jì)算得到的最優(yōu)M值較為分散，為了確定天然彩色棉混色S-N模型中最優(yōu)M值，用Origin軟件對(duì)17種混紡比例的散纖維系列和混紡紗系列的M值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到整組的最優(yōu)M值。如圖4所示，散纖維團(tuán)混紡紗的的最優(yōu)M值分別為0.096和0.128，由表1、2亦可知在最優(yōu)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(yōu)參數(shù)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(guò)渡到經(jīng)面緞)進(jìn)行交織得到，其中同一組織浮長(zhǎng)下的色塊為一系列進(jìn)行研究分析。用上述方法得出每組色塊的最優(yōu)M值，并計(jì)算每組的最小色差。求出所有組的最優(yōu)M值的中位數(shù)，即為本次實(shí)驗(yàn)色織物整體的最優(yōu)M值，為0.01。各色塊在不同組織浮長(zhǎng)下的亮度差、色度差、色差及平均色差如表3所示。

表3 最優(yōu)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(dāng)交織物最優(yōu)M值為0.01時(shí)，7種組織的混色織物的最小平均色差為4.90，可見(jiàn)隨著混合狀態(tài)的復(fù)雜性的增加，模型預(yù)測(cè)準(zhǔn)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(dāng)△E00<3時(shí)表示基本無(wú)色差，當(dāng)3<△E00<5時(shí)表示色差基本符合要求[11-12]，證明本實(shí)驗(yàn)方法有效。

將上述得到的最優(yōu)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(yīng)的混合比例以及Ri(λ)代入公式(2)便可得到在本文實(shí)驗(yàn)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(yù)測(cè)模型。

3 結(jié) 論

本文在對(duì)天然彩色棉色彩研究的基礎(chǔ)上，選用Stearns-Noechel模型對(duì)天然彩色棉的混色進(jìn)行預(yù)測(cè)研究，優(yōu)化混合纖維團(tuán)、混紡紗及交織物色塊的S-N模型參數(shù)M值，從而建立從纖維到織物顏色的S-N預(yù)測(cè)模型，得出以下結(jié)論：

1)不同混合比例的散纖維團(tuán)的M值與預(yù)測(cè)、實(shí)測(cè)之間的色差關(guān)系呈現(xiàn)相似的規(guī)律，M值在0～1之間時(shí)，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(shí)驗(yàn)條件下混合纖維團(tuán)、混紡紗及交織物色塊的S-N修正模型，參數(shù)M的優(yōu)化值分別為0.096，0.128和0.01，對(duì)應(yīng)色差分別為1.72,3.40和4.90，均小于5，近一步證實(shí)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(guó)家國(guó)際科技合作專項(xiàng)項(xiàng)目(2011DFB51570)；2013年度浙江省公益技術(shù)研究工業(yè)項(xiàng)目(2013C31047)

王泉(1991—)，男，碩士生。研究方向?yàn)楝F(xiàn)代紡織技術(shù)及新產(chǎn)品。祝成炎，通信作者，E-mail：cyzhu@zstu.edu.cn。

TS 116

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