影響少量紗線顏色測(cè)量的因素研究

張建祥，高迎春，劉淑云，蔣瑩瑩

(魯泰紡織股份有限公司，山東淄博255100)

在當(dāng)前色織行業(yè)的發(fā)展中，存在著色織面料訂單小批量、多品種、短交期的市場(chǎng)現(xiàn)狀，色織企業(yè)要在該現(xiàn)狀下增強(qiáng)自身競(jìng)爭(zhēng)力，就要通過高新技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用來提高產(chǎn)品開發(fā)速度，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低產(chǎn)品開發(fā)成本。其中，高精準(zhǔn)的電腦測(cè)配色技術(shù)是實(shí)現(xiàn)客戶來樣快速生產(chǎn)中顏色快速精準(zhǔn)出樣的一項(xiàng)重要技術(shù)。該技術(shù)所使用的電腦測(cè)配色儀可以對(duì)單色紗線或經(jīng)緯一色面料進(jìn)行測(cè)色配色，但前題是所測(cè)試的紗線或面料必須能夠完全覆蓋測(cè)色孔徑。因此，對(duì)紗線的數(shù)量和面料的大小有一定的要求。如Datacolor 600測(cè)配色儀的測(cè)色孔徑最小為3 mm，被測(cè)紗線覆蓋面積為7.06 mm2，被測(cè)紗線的英制支數(shù)為40支時(shí)至少需要25根才能夠完全覆蓋測(cè)色孔徑?？蛻粲唵沃猩倭康募喚€樣品不足以繞成紗線板或繞成的紗線板不足以覆蓋測(cè)色孔徑時(shí)，現(xiàn)有的測(cè)色技術(shù)和設(shè)備就無法對(duì)其進(jìn)行顏色測(cè)量與配色。

為克服Datacolor 測(cè)配色系統(tǒng)測(cè)量紗線顏色時(shí)所受到的紗線數(shù)量限制，公司引進(jìn)了一種可用于少量紗線測(cè)色的系統(tǒng)—香港理工大學(xué)和浙江大學(xué)合作開發(fā)的基于多光譜成像技術(shù)的成像顏色測(cè)量系統(tǒng)(ICM)，該系統(tǒng)覆蓋寬度最小0.4 mm，英制支數(shù)為40支的紗只需6根就可進(jìn)行測(cè)色。香港理工大學(xué)、浙江大學(xué)[1]、浙江理工大學(xué)[2]等高等院校的研究人員主要從多光譜成像系統(tǒng)的相關(guān)理論模型、設(shè)備硬件的研發(fā)和升級(jí)、軟件的開發(fā)等方面研究了紗線顏色的測(cè)量方法。本文則主要對(duì)實(shí)際應(yīng)用中使用多光譜成像系統(tǒng)測(cè)量紗線顏色時(shí)的影響因素進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

紗線：80s/2純棉染色紗線(魯泰標(biāo)準(zhǔn)色色紗)

儀器：成像顏色測(cè)量系統(tǒng)(ICM)(香港理工大學(xué))；Datacolor 600測(cè)配色儀(美國DATACOLOR公司)；紗線夾(自制)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

打開儀器預(yù)熱30 min后，進(jìn)行校正，而后將夾持有80s/2紗的紗線夾置于儀器內(nèi)部的成像臺(tái)上，關(guān)上推拉門，然后使用ICM軟件進(jìn)行圖像采集、取色、測(cè)色。通過改變視野位置、圖像采集時(shí)間、取色方式、取色位置、紗線夾、紗線根數(shù)、紗線聚集狀態(tài)、成像放大倍數(shù)等，研究紗線測(cè)量的影響因素。

2 結(jié)果與討論

成像顏色測(cè)量系統(tǒng)(ICM)由香港理工大學(xué)和浙江大學(xué)聯(lián)合開發(fā)，具有高空間解析度和可見光解析度(400 nm～700 nm)，該系統(tǒng)提出了基于偏最小二乘法的反射率重建方法，解決了傳統(tǒng)反射率重建方法在處理多光譜成像系統(tǒng)非線性問題中的不足。另外，該系統(tǒng)構(gòu)建了完整的自動(dòng)聚焦模塊，較好地解決了實(shí)際的多光譜成像系統(tǒng)中通道聚焦模糊問題?？蓽y(cè)量樣品包括紗線、色織面料、印花面料、內(nèi)衣面料、紡織飾物附件、素色文理樣品。目前，ICM可以測(cè)試中色或深色樣品，但測(cè)試淺色樣品顏色不準(zhǔn)確，系統(tǒng)還在研發(fā)升級(jí)中。

2.1 視野位置對(duì)少量紗線顏色測(cè)量的影響

為研究紗線圖像所處預(yù)覽視野位置對(duì)顏色測(cè)量準(zhǔn)確性的影響，將紗線束置于預(yù)覽圖像視野從左到右11個(gè)位置，各采集1張照片，于紗線中央位置取色測(cè)色，以處于預(yù)覽圖像視野中間位置處的紗線作為標(biāo)準(zhǔn)樣，計(jì)算其他視野位置與中間位置處紗線的色差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 紗線處于不同視野位置時(shí)的CIE色差值

由表1可以看出，紗線所處預(yù)覽圖像視野的空間位置對(duì)色差的影響較大，越靠近中間位置所測(cè)紗線的色差越小，測(cè)色準(zhǔn)確性越高。這是因?yàn)榧喚€處于視野中間位置時(shí)，從光源空間各個(gè)角度入射到紗線上的光照強(qiáng)度和角度是均等的，從而使得由所測(cè)紗線反射出的各個(gè)角度的光線是均等的，進(jìn)而可形成均勻的顏色空間從而成像，使得所測(cè)顏色最為準(zhǔn)確。紗線處于視野其他位置時(shí)，使得從光源空間不同角度入射到紗線上的光線入射角和反射角及其強(qiáng)度存在差異，進(jìn)而使得由其反射率曲線測(cè)得的顏色數(shù)據(jù)不能真實(shí)反映紗線的顏色特征，使得其色差相對(duì)較大，測(cè)色準(zhǔn)確性相對(duì)不高。綜上得圖像采集時(shí)紗線處于預(yù)覽圖像視野的中間位置為宜。

2.2 圖像采集時(shí)間對(duì)紗線顏色測(cè)量的影響

為研究圖像采集時(shí)間對(duì)紗線顏色測(cè)量的影響，將紗線置于預(yù)覽圖像視野的中間位置，每隔20min采集一次圖像，總共采集五幅圖像，于成像紗線中央位置取色測(cè)色，以五個(gè)時(shí)間段的顏色平均值作為標(biāo)準(zhǔn)樣，計(jì)算五個(gè)時(shí)間段相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)樣的色差并計(jì)算其平均值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 圖像采集時(shí)間對(duì)成像紗線色差的影響

由表2可以看出，圖像采集時(shí)間不同，由其成像紗線所測(cè)得的顏色幾乎沒有變化，其CIE色差平均值為0.0587。可見，圖像采集時(shí)間對(duì)測(cè)色穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的影響較小，可忽略不計(jì)。

2.3 取色方式對(duì)紗線顏色測(cè)量的影響

為研究取色方式對(duì)紗線顏色測(cè)量的影響，將紗線置于預(yù)覽圖像視野的中間位置，采集1張圖像，對(duì)成像紗線分別采取如圖1所示的單點(diǎn)取色、單線取色、區(qū)域取色的方式進(jìn)行測(cè)色，以Datacolor測(cè)配色儀測(cè)得的顏色作為標(biāo)準(zhǔn)樣，計(jì)算三種取色方式測(cè)得的顏色與標(biāo)準(zhǔn)樣的色差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

圖1 取色方式

表3 取色方式對(duì)成像紗線色差的影響

由表3可以看出，取色方式對(duì)測(cè)色準(zhǔn)確性的影響相對(duì)較大，區(qū)域取色的色差相對(duì)最小，測(cè)色準(zhǔn)確性相對(duì)最高；其次為線取色；點(diǎn)取色的測(cè)色色差相對(duì)最大，測(cè)色準(zhǔn)確性不高。為增加測(cè)色準(zhǔn)確性，測(cè)色時(shí)以區(qū)域取色為宜。

2.4 取色位置對(duì)紗線顏色測(cè)量的影響

為研究位置對(duì)紗線顏色測(cè)量的影響，將紗線置于預(yù)覽圖像視野的中間位置，采集1張圖像，在成像紗線如圖2所示的中央位置和任意位置以區(qū)域取色的方式進(jìn)行取色測(cè)色。其中，紗線中央位置取色10次(每次重新畫框進(jìn)行區(qū)域取色，主觀判斷盡量在紗線中央位置)，隨意位置取色15次(主觀判斷在合理的范圍內(nèi))。分別以中央位置和任意位置首次測(cè)得的顏色數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)樣，計(jì)算色差平均值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

圖2 取色位置

(紅色框線-中央位置，橙色和綠色框線-任意位置)

表4 不同取色位置時(shí)的色差平均值

由表4可以看出，取色位置對(duì)測(cè)色色差的影響相對(duì)較小，于紗線中央位置取色時(shí)所得測(cè)色結(jié)果的色差平均值最小，穩(wěn)定性、重復(fù)性和準(zhǔn)確性最高。測(cè)色時(shí)于紗線中央位置取色為宜。

2.5 人工操作對(duì)紗線顏色測(cè)量的影響

為研究人工操作對(duì)測(cè)色準(zhǔn)確性的影響，將紗線分10次纏繞于紗線棒上，每次均保持自然的平鋪與聚攏，然后將其置于預(yù)覽圖像視野的中間位置，每次采集1張圖像，在紗線中央位置以同等選框區(qū)域取色的方式進(jìn)行測(cè)色。以10次所測(cè)顏色的平均值作為標(biāo)準(zhǔn)樣，計(jì)算10次人工纏繞紗線所得的色差平均值，結(jié)果平均CIE色差為0.659，表明人工操作對(duì)測(cè)色準(zhǔn)確性的影響較大。

為解決上述問題，設(shè)計(jì)制作了少量紗線測(cè)色專用紗線夾，如圖3所示。使用紗線夾作為紗線夾持工具，將5根加捻4捻的80s/2藍(lán)色紗線分10次夾持于紗線夾的中間位置上，每次采集1張圖像，在紗線中央位置以同等選框區(qū)域取色的方式進(jìn)行測(cè)色。以10次所測(cè)顏色的平均值作為標(biāo)準(zhǔn)樣，計(jì)算10次人工夾持紗線所得的色差值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

圖3 自制紗線夾

表5 使用紗線夾夾持紗線對(duì)紗線色差的影響

由表5可以看出，人工操作將待測(cè)紗線夾持于紗線夾上所測(cè)得的色差平均值為0.302，大大低于人工操作將待測(cè)紗線纏繞于紗線棒上所得的色差平均值0.659，說明使用紗線夾減少了人工操作對(duì)測(cè)色重現(xiàn)性和穩(wěn)定性的影響，使用自制紗線夾作為少量紗線測(cè)量的專用工具是可行的。

2.6 紗線根數(shù)對(duì)測(cè)色準(zhǔn)確性的影響

為研究紗線根數(shù)對(duì)紗線顏色測(cè)量的影響，將不同根數(shù)的80s/2紅色紗線夾于紗線夾1的中間位置上，而后將其置于預(yù)覽圖像視野的中間位置，采集圖像，在紗線中央位置以同等選框區(qū)域取色的方式進(jìn)行測(cè)色。以Dacolor 600測(cè)得的大量紗線的顏色數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)樣，將由ICM測(cè)得的不同根數(shù)紗線的含有顏色數(shù)據(jù)的qtx文件導(dǎo)入Datacolor，得到相應(yīng)的色差值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 不同紗線根數(shù)的80s/2的測(cè)色結(jié)果

由表6可以看出，隨著色紗根數(shù)的增加，ICM取色測(cè)色準(zhǔn)確性越高，對(duì)80S/2紗而言，3根的測(cè)色結(jié)果即可達(dá)到4級(jí)，5-30根的測(cè)色準(zhǔn)確性相對(duì)較好。

2.7 紗線聚集狀態(tài)和圖像縮放比對(duì)測(cè)色準(zhǔn)確性的影響

紗線進(jìn)行成像取色時(shí)，會(huì)受到紗線自身聚集狀態(tài)、成像處理情況等方面的影響， 為研究紗線聚集狀態(tài)和成像放大倍數(shù)對(duì)少量紗線顏色測(cè)量準(zhǔn)確性的影響，分別對(duì)3根加捻(手動(dòng)4捻～6捻)和不加捻的不同顏色的深色80s/2紗進(jìn)行圖像采集操作，而后在圖像縮放比例分別為100%、120%和144%時(shí)在成像紗線中央位置以區(qū)域取色的方式進(jìn)行測(cè)色，以Datacolor測(cè)試的顏色數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)樣，將由ICM測(cè)得的不同顏色紗線的含有顏色數(shù)據(jù)的qtx文件導(dǎo)入Datacolor，得到相應(yīng)的色差值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

表7 紗線聚集狀態(tài)和圖像縮放比對(duì)不同顏色紗線色差的影響

由表7可以看出，紗線加捻狀態(tài)時(shí)所測(cè)得的色差值普遍低于紗線未加捻狀態(tài)時(shí)所測(cè)得的色差值，說明紗線加捻狀態(tài)時(shí)的測(cè)色準(zhǔn)確性相對(duì)較高。對(duì)比不同圖像縮放比例時(shí)的不同顏色加捻狀態(tài)紗線的色差平均值可以看出，成像紗線圖像縮放比例為120%時(shí)的色差稍微小些，即在成像圖像放大120%時(shí)進(jìn)行取色測(cè)色所得的結(jié)果稍微準(zhǔn)確些。另外，對(duì)比不同紗線聚集狀態(tài)時(shí)和不同圖像縮放比例時(shí)色差的變化幅度，可以看出，紗線聚集狀態(tài)對(duì)色差的影響較大，成像放大倍數(shù)對(duì)色差的影響相對(duì)較小。綜上，對(duì)少量紗線進(jìn)行取色測(cè)色時(shí)，以紗線加捻狀態(tài)、圖像縮放比例為120%為宜。

3 結(jié)論

由香港理工大學(xué)和浙江大學(xué)聯(lián)合開發(fā)的基于多光譜成像原理的成像顏色測(cè)量系統(tǒng)，可以克服傳統(tǒng)的色度分光光度計(jì)系統(tǒng)測(cè)量紗線顏色所受到的紗線數(shù)量限制，實(shí)現(xiàn)中色或深色少量紗線的顏色測(cè)量。通過研究成像圖像所處預(yù)覽圖像視野位置、取色位置、取色方式、圖像采集時(shí)間、人工操作、紗線根數(shù)、紗線聚集狀態(tài)、圖像縮放比例等因素對(duì)少量紗線顏色測(cè)量的影響，得出以下結(jié)論：紗線以加捻狀態(tài)夾持于紗線夾上，成像時(shí)紗線圖像位于預(yù)覽圖像視野中間位置，在成像紗線圖像縮放比例為120%時(shí)于紗線圖像中央位置以區(qū)域取色的方式取色測(cè)色所得結(jié)果的穩(wěn)定性、重現(xiàn)性和準(zhǔn)確性相對(duì)高些；對(duì)80s/2的紗線而言，紗線數(shù)量為3根時(shí)的測(cè)色結(jié)果即可達(dá)到4級(jí)；紗線根數(shù)、紗線聚集狀態(tài)、人工操作對(duì)少量紗線顏色測(cè)量的影響相對(duì)大些，圖像采集時(shí)間對(duì)少量紗線顏色的測(cè)量幾乎無影響，可以忽略不計(jì)。

目前，使用成像顏色測(cè)量系統(tǒng)雖然可以實(shí)現(xiàn)中色或深色少量紗線顏色的測(cè)量，但是由該系統(tǒng)測(cè)得的顏色數(shù)據(jù)與早已市場(chǎng)化的色度分光光度計(jì)系統(tǒng)測(cè)得的顏色數(shù)據(jù)相差較大，不能直接將含有其顏色數(shù)據(jù)的qtx文件導(dǎo)入測(cè)配色儀進(jìn)行配色，需要經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換才可以實(shí)現(xiàn)，目前在進(jìn)行該方面的研究。另外，該成像顏色測(cè)量系統(tǒng)需要繼續(xù)進(jìn)行研發(fā)升級(jí)，在諸如增加測(cè)色準(zhǔn)確性以減小與色度分光光度計(jì)系統(tǒng)所測(cè)顏色數(shù)據(jù)的差距、增加配色功能、增加色紗搜索功能等方面進(jìn)行突破創(chuàng)新，以便為色織企業(yè)增強(qiáng)快速反應(yīng)能力和更能適應(yīng)小批量、多品種、短交期的客戶訂單現(xiàn)狀提供技術(shù)支持和設(shè)備保障。