織物光澤的視覺(jué)物理量與視覺(jué)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島，266032)

1 引言

織物光澤是客觀物理量通過(guò)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?？椢锕鉂墒且环N具有人的視覺(jué)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(duì)織物光澤的測(cè)試[2-4]，采用了反射光物理量間接反映了光強(qiáng)與方向的關(guān)系，沒(méi)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(duì)織物視覺(jué)風(fēng)格的感知效果。織物光澤是一種具有圖像感的視覺(jué)信息，如果將計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)用于織物光澤的評(píng)價(jià)，應(yīng)該是接近人眼視覺(jué)對(duì)織物光澤風(fēng)格感知效果的客觀評(píng)價(jià)技術(shù)，是建立全新的對(duì)織物中纖維光澤、紗線光澤和織物結(jié)構(gòu)光澤綜合辨識(shí)及評(píng)價(jià)機(jī)制的研究[5，6]。本文把前期研究的織物光澤評(píng)分表[6]引入，將織物的光澤等級(jí)與人眼評(píng)定相結(jié)合，建立一個(gè)可以解釋織物光澤的視覺(jué)物理量與視覺(jué)心理量關(guān)系的“語(yǔ)意量表”。用語(yǔ)言刻畫(huà)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(jué)物理量和視覺(jué)心理量的關(guān)系，使評(píng)級(jí)人員能準(zhǔn)確把握織物光澤的主觀評(píng)定，又能為后續(xù)研究機(jī)器視覺(jué)的織物光澤客觀評(píng)價(jià)技術(shù)，提供符合人眼感知的參考樣本。

2 人眼視覺(jué)對(duì)織物光澤的感知

人眼視覺(jué)對(duì)織物光澤感知時(shí)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(lái)自?xún)?nèi)部的反射光的總和，這就是視覺(jué)物理量范疇的光澤的量，內(nèi)涵即是光強(qiáng)與分布。其二，光反射到人的視覺(jué)器官，再由視覺(jué)產(chǎn)生心理映射，這種具有心理屬性的光澤就是視覺(jué)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(guò)語(yǔ)言形容或形象化來(lái)描述織物光澤，例如，有光澤的、無(wú)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(shù)脂狀、乳白狀是借用它物來(lái)表述光澤質(zhì)感[7]。

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

(1)強(qiáng)光澤效應(yīng)：織物表面大面積的正反射光很強(qiáng)，有兩個(gè)方向的反射光強(qiáng)差異最大，即光強(qiáng)與光弱的對(duì)比度最大，這樣的光澤效應(yīng)在人的視覺(jué)上辨識(shí)度極高，一眼所見(jiàn)便是金光閃閃、耀眼的視覺(jué)感，通常用閃亮的或光亮的詞語(yǔ)描述，俗稱(chēng)“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(qiáng)度一般，由于各角度微面元的漫反射光的強(qiáng)度相近，能看到顯著的光澤效應(yīng)，這類(lèi)織物上對(duì)光澤的貢獻(xiàn)大多是位于織物表面微面元上的漫射光，或者稱(chēng)為散射光，這種光澤感隨機(jī)分布，稱(chēng)之為分散的。

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

3 織物光澤視覺(jué)物理量的表征

織物光澤的視覺(jué)物理量即從光澤的量上考慮，織物光澤與其反射光光強(qiáng)分布相關(guān)，主觀客觀都有定量化評(píng)價(jià)結(jié)果。由感官觀測(cè)評(píng)價(jià)織物光澤是按光強(qiáng)分布再結(jié)合愛(ài)好程度給出優(yōu)、良、尚可、不好等等級(jí)或給出1～10分等具體的數(shù)量尺度。這種方法的缺點(diǎn)是判定標(biāo)準(zhǔn)難以確定，判定結(jié)果也易受時(shí)間和環(huán)境影響。用儀器測(cè)量織物的光學(xué)物理量時(shí)，雖然可以得到具體數(shù)值，并可建立判定標(biāo)準(zhǔn)，但測(cè)試結(jié)果卻不能與感官檢驗(yàn)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(píng)價(jià)等級(jí)與數(shù)據(jù)之間進(jìn)行相關(guān)分析，構(gòu)建出等級(jí)制且加入光澤量化值的光澤評(píng)分表，使得評(píng)分表融合了主觀與客觀兩方面的評(píng)價(jià)要素，制定了主客觀一致的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。

表1是5級(jí)制9檔(以0.5級(jí)為間隔)的織物光澤評(píng)分表。該評(píng)分表由光澤等級(jí)D和光澤量化值S組成。光澤量化值S與光澤等級(jí)D相對(duì)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(cè)量所得)之間的關(guān)系，織物光澤評(píng)分表的用法參照文獻(xiàn)[6]。

S=0.5634lnG+3.9719

(1)

表1 織物光澤的評(píng)分表

4 織物光澤視覺(jué)心理量的描述

織物光澤視覺(jué)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(guò)程復(fù)雜，涉及到三維空間的非線性轉(zhuǎn)換。當(dāng)人的視覺(jué)感受器官接受光學(xué)信息的刺激時(shí)，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(jué)產(chǎn)生，即物理學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)的轉(zhuǎn)換?？椢锕鉂筛械男睦韺傩蕴攸c(diǎn)決定了它難以量化，但可用語(yǔ)言描述。

人們采用形象的語(yǔ)言刻畫(huà)物體的光澤感，不同行業(yè)通常采用類(lèi)比的方法描述物體的光澤感，比較通用的語(yǔ)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(diǎn)的分布與結(jié)構(gòu)和排列的密度與緊度，都會(huì)對(duì)光澤的屬性產(chǎn)生影響，故用來(lái)描述織物光澤效應(yīng)的語(yǔ)言十分豐富。不同類(lèi)織物所用的描述語(yǔ)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(yǔ)來(lái)形容毛紡產(chǎn)品[8]；對(duì)棉織物的形容則會(huì)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(lái)形容；此外，還有學(xué)者用肥光、柔和光、金屬光和電光等語(yǔ)言來(lái)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(yǔ)，結(jié)合SD法，首先選取5個(gè)心理性的形容詞作為語(yǔ)意詞，對(duì)應(yīng)1～5級(jí)的評(píng)分等級(jí)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(píng)分表時(shí)的分級(jí)樣品，引入評(píng)定專(zhuān)家用主觀評(píng)分表分級(jí)所掌握的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)判依據(jù)，對(duì)每個(gè)語(yǔ)意詞給出物理和心理屬性的解釋?zhuān)孩侔祮〉摹椢锉砻嬲w暗淡沒(méi)有光澤，無(wú)反射光、無(wú)漫射光；②缺乏光澤的—織物表面沒(méi)有反射光，可察覺(jué)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(qiáng)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(qiáng)，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(qiáng)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(lèi)比，從而進(jìn)一步描述，豐富語(yǔ)意量詞，加強(qiáng)人們的認(rèn)同感。例如：暗啞的織物給人的感覺(jué)猶如泥土般暗沉；缺乏光澤的整體光澤看起來(lái)較為暗淡，如乳白狀光澤；分散的光澤來(lái)源于漫射光，隨機(jī)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(qiáng)，光澤感較強(qiáng)，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(dòng)，反射光強(qiáng)，閃耀明亮，類(lèi)似金剛石般閃爍的光澤。

圖1 語(yǔ)意范圍劃分示意圖

5 織物光澤視覺(jué)物理量與視覺(jué)心理量的關(guān)系

本文針對(duì)織物光澤視覺(jué)物理量的表征和視覺(jué)心理量的描述是感官評(píng)價(jià)織物光澤的兩個(gè)切入點(diǎn)，是對(duì)以往主觀評(píng)定法的改進(jìn)。前者采用數(shù)據(jù)形式給出5級(jí)9檔的等級(jí)評(píng)價(jià)，表示織物光強(qiáng)分布的量化值；后者采用語(yǔ)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(huà)織物光澤感，表2為語(yǔ)意量表。

在表2中，光澤等級(jí)D是綜合表1和圖1形成的，相應(yīng)的描述語(yǔ)言主要依據(jù)反射光的組成、強(qiáng)弱及分布來(lái)定義的?？傮w的原則是入射光在0o～180o的變角內(nèi)，測(cè)得的整體反射光越強(qiáng)，反光量越大，織物光澤的等級(jí)越高，暗啞的織物的反射光量幾乎為零。為了使評(píng)定結(jié)果分配準(zhǔn)確，按照目光評(píng)級(jí)慣例，在5個(gè)整數(shù)等級(jí)中插入0.5級(jí)，分成5級(jí)9檔，并定義相應(yīng)的語(yǔ)意概念，給出對(duì)應(yīng)的物理量和心理量的解釋及類(lèi)比光澤。

建立該語(yǔ)意量表，對(duì)感官法評(píng)定織物光澤和后續(xù)研究機(jī)器識(shí)別織物光澤，都具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。理由包括：①織物光澤的感官評(píng)定時(shí)，不再只是簡(jiǎn)單的用好壞辨別，可采用“語(yǔ)意量表”，有據(jù)可依，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。等級(jí)制評(píng)價(jià)及詳細(xì)的語(yǔ)意類(lèi)比分類(lèi)的應(yīng)用，既能使評(píng)定的織物光澤等級(jí)有爭(zhēng)議時(shí)，用織物光澤評(píng)分表中的光澤量化值S校準(zhǔn)，又可以從對(duì)應(yīng)的織物光澤語(yǔ)意量詞的描述中互為驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)用數(shù)據(jù)和語(yǔ)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(jī)器無(wú)法識(shí)別上述人類(lèi)的語(yǔ)言含義，因此，通過(guò)把光澤度進(jìn)行等級(jí)劃分，將織物的光澤度量化為若干個(gè)等級(jí)，給定機(jī)器相應(yīng)的判斷條件，機(jī)器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別和評(píng)價(jià)。機(jī)器經(jīng)過(guò)判斷分析輸出光澤度等級(jí)，用戶可以根據(jù)相應(yīng)的等級(jí)確定該等級(jí)所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)意描述。

表2 語(yǔ)意量表

6 結(jié)語(yǔ)

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

將織物光澤感的量化等級(jí)與語(yǔ)言描述結(jié)合起來(lái)，給出對(duì)應(yīng)的物理屬性及類(lèi)比光澤物質(zhì)的解釋?zhuān)瑑烧呓Y(jié)合更有利于刻畫(huà)描述織物光澤感的性能。

由于機(jī)器無(wú)法識(shí)別某些人類(lèi)語(yǔ)言的含義，因此，通過(guò)將光澤度進(jìn)行等級(jí)劃分，將織物的光澤度量化為若干個(gè)等級(jí)，給定機(jī)器相應(yīng)的判斷條件，機(jī)器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別和評(píng)價(jià)。機(jī)器經(jīng)過(guò)判斷分析輸出光澤度等級(jí)，用戶可以根據(jù)相應(yīng)的等級(jí)確定該等級(jí)所對(duì)應(yīng)的語(yǔ)意描述。