羊絨數(shù)字化測(cè)色法精確度比較

文/李吉鵬 衡沖 王府梅

羊絨是一種十分珍貴的天然纖維，纖細(xì)柔軟、保暖性好，觸感舒適，因此被譽(yù)為“軟黃金”[1]。羊絨種類繁多，產(chǎn)地分布廣，按顏色的差異被分為白絨、青絨、紫絨，不同顏色羊絨的用途和價(jià)格都存在一定的差異[2]。隨著羊絨市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，在生產(chǎn)過(guò)程和貿(mào)易往來(lái)中，客戶要求工廠對(duì)羊絨產(chǎn)品色樣的確認(rèn)速度也越來(lái)越快，因此，能夠快速、準(zhǔn)確地判斷羊絨的顏色，對(duì)國(guó)內(nèi)羊絨貿(mào)易、生產(chǎn)都具有十分重要的意義[3]。目前，對(duì)于羊絨顏色的測(cè)定，業(yè)界內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 18267—2013“山羊絨”，常用的方法是人眼辨別的方法，很不客觀而且隨機(jī)誤差較大；也有部分企業(yè)使用了美國(guó)datacolor測(cè)色配色儀，對(duì)羊絨針織、機(jī)織系列產(chǎn)品進(jìn)行定量化檢測(cè)[3]，提高了測(cè)色效率以及準(zhǔn)確度，不過(guò)dataolor測(cè)色配色儀價(jià)格昂貴，成本較高，而且測(cè)試孔徑小，結(jié)果代表性小，對(duì)樣品大小形狀要求高，也無(wú)法提供對(duì)混色纖維至關(guān)重要的顏色變異性，因此需要更加方便、價(jià)格便宜、代表性好的測(cè)色方法。

纖維顏色的評(píng)測(cè)是指通過(guò)人工或者儀器化的方法，將纖維顏色進(jìn)行判別，使其滿足生產(chǎn)貿(mào)易中的需求。隨著羊絨生產(chǎn)貿(mào)易規(guī)模的擴(kuò)大，羊絨測(cè)色需求也越來(lái)越高，原有的人工測(cè)色方法由于是定性判斷、主觀評(píng)測(cè)[4]，已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代化紡織和商貿(mào)工作的需求，研究者們?cè)诜e極探索羊絨顏色定量檢測(cè)方法。楊淑麗等通過(guò)對(duì)不同種纖維的三刺激值、色度值、色差、白度值及其序位相關(guān)系數(shù)等數(shù)據(jù)的測(cè)試比較，得出天然纖維建議使用L、b及色差值ΔE來(lái)評(píng)定顏色的結(jié)論[5]；馬杰等基于圖像處理技術(shù)，提出了一種半自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)羊絨顏色純度進(jìn)行測(cè)試，較傳統(tǒng)方法結(jié)果更加客觀[6]；衡沖等采用數(shù)字化方法表征羊絨的顏色類別并測(cè)量了羊絨的長(zhǎng)度[7]。

為了能夠快速準(zhǔn)確地檢測(cè)羊絨顏色，課題組基于衡沖的算法研發(fā)了數(shù)字化羊絨測(cè)色系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)系列試驗(yàn)，考察該測(cè)色系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性，評(píng)價(jià)基準(zhǔn)是datacolor850測(cè)色配色儀。

1 圖像法測(cè)色系統(tǒng)簡(jiǎn)介

圖像法測(cè)色系統(tǒng)的硬件包括光電檢測(cè)器、電腦、試樣桶、加壓塊等輔助器件。光電檢測(cè)器和電腦聯(lián)機(jī)運(yùn)行。

光電檢測(cè)器如圖1所示，彩色CCD用作傳感器，檢測(cè)器的光學(xué)玻璃試樣窗口上方為無(wú)底試樣桶，窗口尺寸和試樣桶橫截面均為12cm×12cm，20g羊絨纖維放入試樣桶內(nèi)，在纖維上方施加60N的壓力將纖維壓實(shí)，而后啟動(dòng)電腦的測(cè)試軟件，電腦控制試樣下方的CCD攝像機(jī)構(gòu)獲取羊絨纖維的反射光RGB圖像后，自動(dòng)轉(zhuǎn)入羊絨各項(xiàng)顏色指標(biāo)的計(jì)算。軟件采用了通用的色空間轉(zhuǎn)換方程和羊絨專用的顏色指標(biāo)校準(zhǔn)方程，試樣桶中部10cm×10cm的圖像用于羊絨顏色指標(biāo)的計(jì)算。

圖1 光電檢測(cè)器示意圖[7]

測(cè)色系統(tǒng)操作界面完全自主設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)分為獲取羊絨顏色圖片、計(jì)算和結(jié)果顯示兩個(gè)模塊，圖2為數(shù)字化測(cè)色操作系統(tǒng)的主界面。

圖2 數(shù)字化測(cè)色系統(tǒng)主界面

點(diǎn)擊主界面中的“增加”按鈕，創(chuàng)建一個(gè)新試樣，依次輸入測(cè)試時(shí)間、測(cè)試者姓名、試樣編號(hào)等數(shù)據(jù)，軟件會(huì)自動(dòng)生成一文件路徑。最后點(diǎn)擊“保存”，存儲(chǔ)以上信息，完成基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置。再點(diǎn)擊“獲取圖片”進(jìn)入掃描界面，如圖3。

圖3 獲取圖片界面

在圖3界面中點(diǎn)擊連接檢測(cè)器，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)出光電掃描器界面，如圖4。將預(yù)調(diào)濕24小時(shí)（溫度16℃，濕度65%）的羊絨稱取20g，均勻置于檢測(cè)器的正方體試樣桶中，自上而下施加40N壓力，將其壓實(shí)。準(zhǔn)備掃描。

圖4 光電掃描器界面

光電檢測(cè)器設(shè)置為：

介質(zhì)：反射稿；不反相；類型：RGB色彩；分辨率1000 ppi；線性CCD掃描范圍10cm×10cm。

在圖4檢測(cè)器界面控制掃描區(qū)域，光電檢測(cè)器會(huì)獲得試樣表面反射光圖片，圖片會(huì)顯示在圖3界面下方空白區(qū)域以供預(yù)覽。

獲取圖片后，點(diǎn)擊保存并關(guān)閉，系統(tǒng)自動(dòng)回到圖2主界面，點(diǎn)擊計(jì)算即可獲得纖維的顏色指標(biāo)L、a、b值及其變異系數(shù)等，如圖5所示。

圖5 結(jié)果顯示界面

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了驗(yàn)證本測(cè)試方法的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、重現(xiàn)性，選用白絨、青絨、紫絨各4種總計(jì)12種纖維進(jìn)行以下試驗(yàn)，各種青絨、紫絨的顏色深淺有差別。

每種纖維取3個(gè)樣品分別進(jìn)行上述方法和datacolor測(cè)色配色儀的測(cè)試，后者被用作基準(zhǔn)量，考核新方法的準(zhǔn)確性。datacolor測(cè)色配色儀透光孔徑采用最大直徑30mm，每次測(cè)試結(jié)果誤差在1%以內(nèi)方取，每種試樣同樣測(cè)試3次。將兩種測(cè)試方法的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證圖像法的準(zhǔn)確性。

再對(duì)每種絨的3次測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行變異系數(shù)的計(jì)算，檢驗(yàn)各測(cè)試法的穩(wěn)定性。

最后，由其他測(cè)試人員使用圖像法制樣、操作，再測(cè)試一組數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)圖像法的重現(xiàn)性。

3 結(jié)果與分析

3.1 準(zhǔn)確性

圖像法與datacolor測(cè)試取平均值后進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如下：

圖7 兩種方法a值對(duì)比

圖6～圖8是圖像法和datacolor測(cè)色配色儀3次測(cè)試平均值的比較，可以看到，圖像法和datacolor法測(cè)試結(jié)果整體一致。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，圖像法和datacolor測(cè)試結(jié)果中L值相關(guān)系數(shù)為0.993，圖像法數(shù)值略大；a的相關(guān)系數(shù)為0.851，圖像法數(shù)值略大；b的相關(guān)系數(shù)為0.940，但是圖像法數(shù)值略小。結(jié)果顯示，L、a、b值都非常接近，其中L值最接近，a，b值差異相對(duì)大。

圖6 兩種方法L值對(duì)比

圖8 兩種方法b值對(duì)比

在Lab色空間，L代表亮暗，L越大越亮，越小越暗；a代表紅綠，a為正表示偏紅，為負(fù)表示偏綠；b代表黃藍(lán)，b為正表示偏黃，為負(fù)表示偏藍(lán)[8]。圖像法結(jié)果a偏大、b偏小，說(shuō)明結(jié)果偏紅偏黃。這是由于部分羊絨試樣本身并不是均勻蓬松體，在12cm×12cm的試樣桶內(nèi)這些試樣很容易形成簇狀堆疊，使攝取的圖像存在由纖維簇之間的小空隙造成的陰影。為避免這種影響，應(yīng)該改進(jìn)制樣方法，如將羊絨塊充分撕松再均勻鋪入試樣桶。

3.2 穩(wěn)定性

通過(guò)對(duì)圖像法和datacolor法3次測(cè)試結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，得到相應(yīng)的變異系數(shù)，如表1。

由表1可知，圖像法和datacolor法測(cè)得的結(jié)果計(jì)算所得變異系數(shù)都很小，其中圖像法的L、a值的變異系數(shù)平均值較datacolor法小，b值的變異系數(shù)平均值較datacolor法大一些；圖像法12種試樣的最大變異系數(shù)都小于datacolor法。這表明圖像法的測(cè)試穩(wěn)定性較datacolor法好。

表1 兩種方法測(cè)試結(jié)果的變異系數(shù)

圖像法掃描過(guò)程采用了10cm×10cm的較大掃描范圍，而datacolor法最大僅可選擇直徑30mm透光孔，較大的掃描面積使圖像法對(duì)于整體試樣的測(cè)試有較好的代表性，但是也容易讓掃描圖片中產(chǎn)生由于羊絨擠壓出現(xiàn)的陰影，影響測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定性，特別是淺色的白羊絨，掃描面積增大，穩(wěn)定性受到更大影響。

3.3 重現(xiàn)性

為了保證圖像法在相同條件下，由同一個(gè)測(cè)試人員所測(cè)的結(jié)果的準(zhǔn)確性，對(duì)于其重現(xiàn)性的測(cè)試也是相當(dāng)必要的。

兩位測(cè)試人員在不同時(shí)間段、同一測(cè)試環(huán)境下，分別對(duì)相同批次的白絨、青絨、紫絨試樣進(jìn)行測(cè)試。兩位測(cè)試人員所得測(cè)試結(jié)果對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 不同測(cè)試者測(cè)試結(jié)果比較

表2中，試樣1、試樣2、試樣3分別為白絨、青絨和紫絨。由表2可知，對(duì)于相同試樣，不同測(cè)試人員所測(cè)得的結(jié)果相差最大為b值的1.228，重現(xiàn)性較好。兩位測(cè)試人員獨(dú)立取樣、制樣后的測(cè)試結(jié)果一致，這說(shuō)明該方法可以保證不同的人操作都能夠獲得穩(wěn)定的結(jié)果。

3.4 羊絨顏色變異系數(shù)的應(yīng)用價(jià)值

圖像法是基于掃描圖像每一個(gè)像素點(diǎn)的RGB值進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果中也會(huì)給出各個(gè)像素點(diǎn)顏色差異的變異系數(shù)，這個(gè)數(shù)據(jù)在實(shí)際中具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

圖9是使用該方法獲得的青羊絨光電掃描圖像，從圖6中可以看出各根羊絨纖維顏色并不均勻一致，而是有深淺差異，這是羊絨本身天然顏色特性，關(guān)系到成品視覺(jué)風(fēng)格。而現(xiàn)有大多數(shù)測(cè)色儀器僅僅能夠表現(xiàn)出所測(cè)面積內(nèi)顏色的平均數(shù)值，無(wú)法展現(xiàn)羊絨的混色情況。

圖9 青羊絨掃描圖

如表3是圖像法對(duì)12種羊絨顏色變異系數(shù)的計(jì)算結(jié)果，變異系數(shù)能夠展現(xiàn)出所測(cè)羊絨的混色情況，以及顏色純度。變異系數(shù)越小，所測(cè)羊絨顏色越純。

表3 圖像法每張圖片變異系數(shù)

4 結(jié)論

本文討論基于羊絨表面反射光的RGB圖像研發(fā)的羊絨顏色定量測(cè)試法與datacolor測(cè)色配色儀測(cè)試結(jié)果的一致性進(jìn)行試驗(yàn)分析，驗(yàn)證了新方法的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，并得到以下結(jié)論：

（1）新測(cè)試法與datacolor測(cè)色配色儀測(cè)試結(jié)果接近，結(jié)果可信度高，可以滿足顏色檢測(cè)需求。但是所測(cè)試樣中a值差異較L、b值略大，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

（2）由于測(cè)試面積的優(yōu)勢(shì)，新測(cè)試法重復(fù)測(cè)試結(jié)果的離散性小，測(cè)試一次即可獲得準(zhǔn)確的羊絨顏色。

（3）通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，不同測(cè)試人員使用新測(cè)試法在對(duì)相同試樣獲得的測(cè)試結(jié)果中L、a、b值基本一致，重現(xiàn)性好。

（3）新測(cè)試法給出的顏色值變異系數(shù)可以表達(dá)纖維顏色的純度或混色情況。