紡織品色牢度儀器評級影響因素分析

袁志磊，杜燕珺，沈波，張亞雯

（1.上海出入境檢驗(yàn)檢疫局，上海200135；2.東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海201620）

紡織品色牢度儀器評級影響因素分析

袁志磊1，杜燕珺1，沈波1，張亞雯2

（1.上海出入境檢驗(yàn)檢疫局，上海200135；2.東華大學(xué)紡織學(xué)院，上海201620）

為了研究不同的測試條件對紡織品色牢度評級結(jié)果的影響，利用測色原理不同的兩種儀器在不同的標(biāo)準(zhǔn)光源、色差公式、幾何條件和視場角條件下進(jìn)行評級，并將評級結(jié)果與目光評級結(jié)果進(jìn)行對比分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，D65光源的測試結(jié)果與目光評級結(jié)果的一致性比A光源與目光評級結(jié)果的一致性好；CIE DE2000色差公式較CIE LAB計(jì)算的色牢度級數(shù)更接近目光評級結(jié)果；數(shù)碼影像評級系統(tǒng)在d/8和45/0兩種幾何條件下，結(jié)果的一致性較好，且較接近目光評級結(jié)果；幾何條件為45/0時(shí)，10°視場角更符合目光評價(jià)結(jié)果；幾何條件為d/8時(shí)，2°視場角和10°視場角得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)基本一致。

紡織品；色牢度；儀器評級；影響因素

0 引言

色牢度是紡織品顏色對加工和使用過程中各種作用的抵抗力，是紡織品印染加工領(lǐng)域的一項(xiàng)重要質(zhì)量指標(biāo)。色牢度的好壞不僅直接影響紡織品的外觀效果，還關(guān)系到服用者的身體健康。儀器評級是紡織品色牢度試驗(yàn)中評價(jià)沾色和變色程度的主要方法之一，該方法可分為光電積分法、分光光度法和數(shù)碼影像法。前兩種方法通過測量顏色的光譜功率分布、顏色密度、色度坐標(biāo)、三刺激值等對顏色進(jìn)行評價(jià)[1]。數(shù)碼影像技術(shù)評級主要是利用數(shù)碼相機(jī)獲取樣本的圖像，分析和測量圖像顏色的RGB值，測試系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)色卡進(jìn)行顏色校正得到試樣的標(biāo)準(zhǔn)色度數(shù)據(jù)，以此來評價(jià)紡織品沾色或變色等級[2]。在采用儀器測色時(shí)，需要確定多個(gè)測試條件，如標(biāo)準(zhǔn)光源、色差公式、視場角、幾何條件等，而不同的測試條件對色差計(jì)算結(jié)果會(huì)產(chǎn)生一定的影響，通過對不同測試條件的比較研究，分析了紡織品色牢度儀器評級的影響因素。

1 儀器評級的測試

1.1 標(biāo)準(zhǔn)光源

由于各種光源的光譜功率分布不同，不同的光源照射下試樣的顏色也各不相同。國際照明協(xié)會(huì)CIE規(guī)定了具有特定光譜能量分布的標(biāo)準(zhǔn)照明體，主要包括照明體A和照明體D65。根據(jù)GB/T 3978—2008《標(biāo)準(zhǔn)照明體和幾何條件》規(guī)定，CIE光源是由CIE規(guī)定的人工光源，其相對光譜功率分布近似于CIE標(biāo)準(zhǔn)照明體的相對光譜功率分布。在紡織品儀器測色中，通常使用標(biāo)準(zhǔn)光源D65和A光源，CIE光源A是相關(guān)色溫為2 856 K的充氣鎢絲燈模擬標(biāo)準(zhǔn)照明體A的人工光源，標(biāo)準(zhǔn)照明體D65是相關(guān)色溫大約為6 500 K的晝光。

1.2 色差公式

目前紡織品色牢度評級中常用的色差公式主要有CIE LAB和CIE DE2000兩種。

1.2.1 CIE LAB色差公式

1976年CIE推出了CIE LAB顏色空間及其色差公式，其中L*、a*、b*分別為CIE LAB的三維坐標(biāo)軸中的明度坐標(biāo)和彩度坐標(biāo)，L*為明暗度值，a*值表示紅綠色彩的變化，b*值表示黃藍(lán)色彩的變化。GB/T 8424.3—2001《紡織品色差的計(jì)算》中CIE LAB色差計(jì)算公式為：

式（1）中：ΔL*——明度差

ΔCab*——飽和度差

ΔHab*——色調(diào)差

雖然CIE LAB并非完全均勻的顏色空間，但其應(yīng)用最為廣泛。該顏色空間的優(yōu)點(diǎn)是根據(jù)坐標(biāo)空間上的位置易于找出相對應(yīng)的顏色。

1.2.2 CIE DE2000

2000年，在CIE LAB色差公式的基礎(chǔ)上，CIE技術(shù)委員會(huì)的成員提出了CIE DE2000色差公式，其計(jì)算公式為：

式（2）中：kL、kC、kH——根據(jù)實(shí)際情況許可明度、飽和度和色調(diào)的權(quán)重（對于紡織樣品，一般采用kL=1.5，kC=kH=1）。

SL、SC、SH——分別為明度權(quán)重函數(shù)、飽和度權(quán)重函數(shù)和色調(diào)權(quán)重函數(shù)，RT為交互項(xiàng)。該色差公式對CIE LAB公式進(jìn)行了5項(xiàng)調(diào)整，其中包括對明度權(quán)重函數(shù)（SL）、飽和度權(quán)重函數(shù)（SC）和色調(diào)權(quán)重函數(shù)（SH）的改進(jìn)；增加了介于飽和度和色調(diào)差異的交互項(xiàng)（RT），可改善公式對藍(lán)色的性能；重新調(diào)整了CIE LAB中a*的系數(shù)為（1+G）[3]，用于提高公式對灰色的性能。通過CIE LAB色差公式改進(jìn)得到的CIE DE2000可較準(zhǔn)確地判斷藍(lán)色和近中性軸區(qū)域的色差。

1.3 視場角

人眼觀察到的顏色與視場角的大小有關(guān)。在小視場（小于4°）的情況下，人眼辨別顏色差異的能力較低；視場角從2°增加到10°時(shí)，人眼對顏色匹配的精度和辨別差異的能力會(huì)提高；但視場角進(jìn)一步增大時(shí)，顏色匹配的精度提高不大[4]。在儀器測色中，通常采用2°或10°的視場角，在這種視場角條件下，相同的顏色所呈現(xiàn)的色彩也會(huì)存在一定差異。

1.4 幾何條件

GB/T 8424.3—2001《紡織品色差的計(jì)算》中幾何條件是指顏色測量儀器的照明光源和探測器與待測樣品之間的幾何關(guān)系。紡織品儀器測色中常用的幾何條件有d/0、d/8、45/0、0/45等。

d/0是指樣品在積分球照射下樣品表面的法線和觀測光束的軸線夾角不超過10°，觀測軸線和任意觀測光線間的夾角不超過5°。

d/8是反射光束軸線與試樣中心法線成8°角，在接收光束軸線5°內(nèi)的所有方向上，采樣孔徑反射的輻射是均勻的。8/d的光路與d/8相反，采樣孔徑與樣品中心法線成8°角的光照明。

45/0是指照明光束的軸線與樣品表面法線成45°±2°，觀測方向和樣品表面法線的夾角不超過10°，照明光束軸線與任一光線之間的夾角不超過8°[5]。

0/45是指照明光束的軸線與樣品表面的法線間的夾角不超過10°，在與法線成45°±2°的角度下觀察樣品，照明光束的軸線與任一光線之間的夾角不超過8°。上述幾何條件示意圖見圖1-4。

2 儀器評級試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

Digieye（d/8、45/0）數(shù)碼影像評級系統(tǒng)，Color?eye7000A分光光度儀（d/8），Labscan XE色差儀（0/ 45）。

2.2 試樣與測試標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 試樣

選取通過色牢度試驗(yàn)的不同沾色程度的標(biāo)準(zhǔn)貼襯，以及不同顏色的變色試樣及其原樣。

2.2.2 測試標(biāo)準(zhǔn)

分光光度法參照FZ/T 01023—1993《貼襯織物沾色程度的儀器評級方法》和FZ/T 01024—1993《織物變色程度的儀器評級方法》，數(shù)碼影像法參照ISO 105—A11：2012 Determination of color fastness grades by digital imaging techniques。

2.2.3 數(shù)據(jù)處理方法

3 試驗(yàn)結(jié)果及影響因素分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)光源

選取紡織品色牢度試驗(yàn)中常用的D65和A光源，利用Digieye數(shù)碼影像評級系統(tǒng)和Color?eye7000A分光光度儀對試樣進(jìn)行色牢度評級，測得級數(shù)與目光評級結(jié)果進(jìn)行對比（見表1）。

表1 不同標(biāo)準(zhǔn)光源的試驗(yàn)結(jié)果

由表1可知，通過A光源和D65光源條件下評級結(jié)果的比較可以看出，D65光源下的檢測結(jié)果與目光評級結(jié)果更加接近，且在D65光源下利用數(shù)碼影像評級系統(tǒng)測得結(jié)果與目光級數(shù)之間的RMS值為0.44，表明該條件下儀器評級結(jié)果與目光結(jié)果之間的誤差在0.5級之內(nèi)，符合色牢度評級允差要求。

3.2 色差計(jì)算公式

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，選取CIE LAB和CIE DE2000兩種色差公式，在光源/觀察者條件為D65/10°，幾何條件為d/8下分別采用Coloreye7000A和Digieye測試試樣沾色、變色等級。其中Coloreye7000A采用CIE LAB公式計(jì)算，Digieye利用CIE DE2000計(jì)算，測試結(jié)果見表2。

表2 不同色差公式的試驗(yàn)結(jié)果

由表2可知，相對于CIE LAB的計(jì)算結(jié)果，CIE DE2000測試結(jié)果與目光評級結(jié)果的一致性更好。CIE DE2000是在CIE LAB顏色空間的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，由于CIE LAB顏色空間在某些波長區(qū)域存在不均勻性，CIE DE2000在CIE LAB的基礎(chǔ)上進(jìn)行了調(diào)整，使其計(jì)算結(jié)果與目光評價(jià)的一致性有所改善。

3.3 幾何條件

Digieye數(shù)碼影像評級系統(tǒng)的幾何條件為d/8和 45/0，Hunter Labscan色差儀的幾何條件為0/45，Coloreye7000A的幾何條件為d/8。在D65/10°光源/觀察者條件下采用上述三種儀器進(jìn)行評級，測試結(jié)果見表3。

表3 不同幾何條件的試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，數(shù)碼影像評級系統(tǒng)在d/8和45/0的幾何條件下，兩者之間的一致性較好，且都較接近目光評級結(jié)果。此外，根據(jù)FZ/T 01047—1997《目測評定紡織品色牢度用標(biāo)準(zhǔn)光源條件》中規(guī)定，45/0幾何條件更加適合無光澤的紡織品，而0/45幾何條件更加適合有光澤的紡織品。試驗(yàn)中的試樣為無光澤織物，因此幾何條件為0/45的測試結(jié)果與目光一致性相對較差。

3.4 視場角

在45/0和d/8幾何條件下，利用Digieye數(shù)碼影像評級系統(tǒng)分別在10°、2°視場角度下測量試樣的沾色、變色牢度等級。測試結(jié)果見表4。

表4 不同視場角的測試結(jié)果

由表4可知，利用數(shù)碼影像評級系統(tǒng)進(jìn)行測試，在幾何條件為45/0，視場角分別為2°和10°時(shí)，10°視場角所測得的結(jié)果與目光評級更加一致。主要由于人眼在小視場（小于4°）的情況下對顏色差異的辨別能力相對較低，從2°增加到10°時(shí)，辨別差異的能力和對顏色匹配的精度會(huì)提高。而在d/8的幾何條件下，2°和10°視場角得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)差異性并不明顯。

4 結(jié)論

（1）D65光源下的測試結(jié)果較A光源下的測試結(jié)果與目光評價(jià)結(jié)果一致性更好；

（2）CIE DE2000色差公式是在CIE LAB色差公式基礎(chǔ)上進(jìn)行的改進(jìn)，其計(jì)算的色牢度級數(shù)更接近目光評級結(jié)果；

（3）數(shù)碼影像評級系統(tǒng)在d/8和45/0的幾何條件下，兩者之間的一致性較好，且較接近目光評級結(jié)果；

（4）當(dāng)幾何條件為45/0時(shí)，10°視場角比2°視場角更符合目光評級結(jié)果，當(dāng)幾何條件為d/8時(shí)，2°視場角和10°視場角得到試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

[1]周煒,鐘蕾,李衛(wèi)東,等.色牢度目測評級與儀器評級的相關(guān)性[J].上海紡織科技,2013,41:4-5.

[2]金肖克,李啟正,張聲誠,等.織物顏色測量方法的分類與發(fā)展[J]．紡織導(dǎo)報(bào),2012:105.

[3]金肖克,張聲誠,李啟正,等.色差公式的發(fā)展及其在織物顏色評價(jià)中的應(yīng)用[J].2013,50:36.

[4]李秀榮.顏色測量中應(yīng)注意的問題[J].廣東印刷,2010:25.

[5]李汝勤,宋鈞才.纖維和紡織品測試技術(shù)[M].上海:東華大學(xué)出版社,2005:207.

2016/17年《上海紡織產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》正式出版

《上海紡織產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》于2010年創(chuàng)刊，由上海紡織協(xié)會(huì)與上海市紡織科學(xué)研究院共同組織編撰、內(nèi)部發(fā)行。以年度報(bào)告的形式，詳實(shí)記錄上海紡織產(chǎn)業(yè)的發(fā)展軌跡，對轉(zhuǎn)型發(fā)展提供有價(jià)值的建議，并探索給出產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢預(yù)測。

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詳情請洽產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)研究室：021-55210011-372。

Analysis on the influencing factors of instrument-rating test for textile color fastness

YUAN Zhilei1，DU Yanjun1,SHEN Bo1,ZHANG Yawen2

（1.Shanghai Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Shanghai 200135,China; 2.College of Textile,Donghua University,Shanghai 201620,China）

In order to study the influencing factors on the textile color fastness rating results in different testing conditions,the color fastness rating is tested by using two instruments with different color mea?surement principle in different standard illuminates,color-different formulas,geometric conditions and field angles.The test result and the visual result is compared.The result by D65 light has better consis?tency with visual result than the result by A light.CIE DE2000 color-different formula is found to have better performance than CIE LAB formula.In geometric condition d/8 and 45/0,the results show excel?lent consistency in two geometric condition by using digital image system with visual results.At field an?gle10°,there is more consistency with visual results in the geometric condition 45/0.In the geometric condition d/8,the results are consistent between angle10°and angle 2°.

textile,color fastness,instrument rating test,factors

TS107

1001-7046（2016）06-0016-05

2016-09-12

袁志磊（1980-），男，高級工程師，主要從事紡織品性能檢測技術(shù)的研究工作。