紡織品中的幾種色差評(píng)價(jià)方法

唐穎，周煒，張歡歡

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 200040）

0 前言

中國是紡織大國，紡織業(yè)作為國民經(jīng)濟(jì)重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一，對(duì)經(jīng)濟(jì)的拉動(dòng)作用十分明顯。在國內(nèi)外貿(mào)易中，色差作為紡織品質(zhì)量評(píng)價(jià)中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，一直受到客戶的特別關(guān)注。由于色差問題而導(dǎo)致最終成品不合格的情況屢見不鮮，對(duì)供需雙方都會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，因此對(duì)于色差的評(píng)價(jià)尤為重要。色差是指物體與比較物體之間的顏色差異，通常是指不包括照明條件、環(huán)境和觀察目標(biāo)距離等差異后，非發(fā)光物體與標(biāo)準(zhǔn)物體之間的色差[1]。簡(jiǎn)單來說，色差就是紡織品在視覺上的差異，主要包括純度、明暗度和色相這3個(gè)方面。

現(xiàn)階段，紡織品檢測(cè)試驗(yàn)大部分是以人眼觀察色差進(jìn)行評(píng)級(jí)，而對(duì)于儀器及色差公式的了解、認(rèn)知和應(yīng)用少之又少。一方面，人眼目光色差評(píng)價(jià)方式是實(shí)驗(yàn)室的首選，檢測(cè)人員通過對(duì)試樣色澤變化的觀察，與標(biāo)準(zhǔn)樣卡進(jìn)行比較，使大腦獲得相應(yīng)信息，經(jīng)過綜合分析之后得出評(píng)定結(jié)果，具有快速、易操作的特點(diǎn)。另一方面，檢測(cè)人員對(duì)色差公式具有心理抵觸，認(rèn)為其難以理解且不實(shí)用，操作速度慢，無法滿足批量化的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)需求。但是，儀器測(cè)色將會(huì)是今后的大趨勢(shì)，逐步淘汰人眼目光色差評(píng)價(jià)方式，更頻繁地應(yīng)用到各行各業(yè)。因此，了解紡織品色差的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)及色差評(píng)價(jià)方法具有一定的實(shí)用性和必要性。

1 色差表示及單位

1.1 色差表示

顏色間的差異值一般以ΔE或DE來表示。ΔE表示為顏色空間中2個(gè)色點(diǎn)間的距離，DE則表示2個(gè)顏色彼此間的差異值。

1.2 色差單位

色差的單位一般以NBS表示，以Y1/2、a、b色差計(jì)算公式計(jì)算的絕對(duì)值1作為一個(gè)單位，這是美國國家標(biāo)準(zhǔn)局在1939年推行的色差計(jì)算公式。1個(gè)NBS單位大約相當(dāng)于視覺色差識(shí)別閾值的5倍[2]。如果與孟塞爾系統(tǒng)中相鄰兩級(jí)的色差值比較，則1 NBS單位約等于0.1孟塞爾明度值、0.15孟塞爾彩度值、2.5孟塞爾色相值（彩度為1）；孟塞爾系統(tǒng)相鄰兩個(gè)色彩的差別約為10 NBS單位。至于產(chǎn)品顏色差異應(yīng)當(dāng)被允許的合適范圍區(qū)間，要根據(jù)檢測(cè)人員的色彩感覺差別來確定。NBS單位色差值和視覺關(guān)系見表1。

表1 NBS單位色差值和視覺關(guān)系

2 色差評(píng)價(jià)方法介紹

常用的紡織品中色差研究方法主要有主觀評(píng)價(jià)法和客觀評(píng)價(jià)法這2種。

2.1 主觀評(píng)價(jià)法

主觀評(píng)價(jià)法即灰卡法，其是以GB/T 250—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)評(píng)定變色用灰色樣卡》、ISO 105/A02《紡織品色牢度試驗(yàn)第A02部分：評(píng)定變色用灰色樣卡》、AATCC EP1—2020《顏色變化的灰度評(píng)估程序》等標(biāo)準(zhǔn)的灰卡為依據(jù)來評(píng)定樣品的色差，借助灰卡的級(jí)別替代目測(cè)評(píng)定標(biāo)樣與比對(duì)樣之間的色差。灰卡一般有5個(gè)等級(jí)，在整數(shù)級(jí)別中間再增加1.5級(jí)，即常說的5級(jí)9檔。

在實(shí)際試驗(yàn)中，首先，觀察者在標(biāo)準(zhǔn)光源燈箱的人工模擬光源照明下進(jìn)行觀察，將所有對(duì)比樣品隨機(jī)緊鄰變色灰卡放置在同一平面上，要求觀察者比較標(biāo)樣與比對(duì)樣的差異，在標(biāo)準(zhǔn)卡上選擇對(duì)比樣品組色差大小接近的色牢度等級(jí)來表示色差大??；然后將每位觀察者給出的視覺評(píng)級(jí)轉(zhuǎn)化為對(duì)該樣本對(duì)的視覺色差?；铱ǚù嬖谥饔^意向強(qiáng)，易受情緒、環(huán)境及個(gè)人目光疲勞等因素影響的問題。因此，主觀評(píng)價(jià)法容易造成結(jié)果的不穩(wěn)定性。

2.2 客觀評(píng)價(jià)法

客觀評(píng)價(jià)是通過光譜功率分布、顏色密度、顏色三刺激值、色度坐標(biāo)值等指標(biāo)客觀地表達(dá)和評(píng)價(jià)顏色?？陀^評(píng)價(jià)法需用到測(cè)色儀，通過儀器測(cè)定原織物及經(jīng)過處理織物樣品的相關(guān)色度值，再用公式轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的灰卡級(jí)數(shù)。

長(zhǎng)期以來，各國顏色科學(xué)的研究人員都在努力提出符合人類視覺和心理感受的色差公式。到目前為止，已經(jīng)提供了幾十種色差公式，以下是5種常用的色差公式。

2.2.1 CIELAB色差公式

CIELAB是基于CIE1976L*a*b*空間建立的最基本的色差公式[3]，在CIELAB顏色空間中，已知2種顏色的亮度值和色度坐標(biāo)，可以計(jì)算這2種顏色之間的色差，公式見式（1）。

式中：L*——CIELAB空間的明度值；

a*、b*——色品坐標(biāo)；

ΔL*、Δa*和Δb*——CIELAB空間中3個(gè)標(biāo)尺的差值。

如果CIELAB空間在視覺上是均勻的，并且選擇了某個(gè)顏色中心，則其相應(yīng)的視覺容差應(yīng)為顏色空間中的一個(gè)球體，并且顏色空間的每個(gè)區(qū)域應(yīng)具有相同的半徑。但事實(shí)上，使用橢球表示CIELAB空間中對(duì)應(yīng)顏色中心的視覺容差更合適[4-5]。

CIELAB色差公式被廣泛應(yīng)用，主要是由于其ΔE的值可以用空間中標(biāo)準(zhǔn)色和樣品色的距離計(jì)算，被應(yīng)用于表面色和光源色工業(yè)。

2.2.2 CMC（l∶c）色差公式

由于CIELAB色差公式無法在整個(gè)顏色空間中獲得良好的視覺一致性，F(xiàn)JJ Clarke、R McDonald和B Rigg基于對(duì)紡織品色差的研究，于1984年創(chuàng)建了CMC公式。該公式修正了JPC79在深色和中性色顏色區(qū)域范圍內(nèi)的計(jì)算結(jié)果，縮小了其與視覺結(jié)果的偏差，并引入了明度權(quán)重因子l和c。目前，CMC公式是我國紡織印染行業(yè)的國家標(biāo)準(zhǔn)[6]，也是紡織領(lǐng)域使用最頻繁的色差公式，CMC公式見式（2）。

式中：ΔL*——標(biāo)準(zhǔn)樣品與測(cè)試樣品之間的明度差；

ΔC*——標(biāo)準(zhǔn)樣品與測(cè)試樣品之間的色度差；

ΔH*——標(biāo)準(zhǔn)樣品與測(cè)試樣品之間的色調(diào)差；

SL、SC、SH—三個(gè)方向的加權(quán)系數(shù)；

l、c—分別表示明度系數(shù)和彩度系數(shù)。

式中，ΔL*、ΔC*、ΔH*可通過CIELAB色差公式計(jì)算，在紡織行業(yè)中，對(duì)色差進(jìn)行可接受評(píng)價(jià)時(shí)，習(xí)慣取l∶c=2∶1。CMC公式在推出以后得到了很廣泛的應(yīng)用，很多國家和組織紛紛使用該公式來替代CIELAB公式。

2.2.3 CIE94色差公式

CIE94色差公式是在合理有效地處理和分析基于物體顏色、RIT-DuPont、Luo-Rigg和Witt的中小色差視覺測(cè)試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上提出的。在染色工業(yè)的某些應(yīng)用中，CIE94色差公式計(jì)算的明度、色調(diào)和彩度的差異與人眼感知一致，與CMC（l∶c）色差公式結(jié)構(gòu)相類似，具體公式見式（3）。

式中：ΔL*——樣品之間亮度的差異；

ΔC*ab——樣品之間色度的差異；

ΔH*ab——樣品之間色調(diào)的差異；

C*ab—標(biāo)準(zhǔn)色樣品的CIELAB色度。

式中，ΔL*、ΔC*ab、ΔH*ab可以通過CIELAB色差公式計(jì)算，C*ab通常是指標(biāo)準(zhǔn)色樣品的CIELAB色度，但當(dāng)被測(cè)樣品不分為標(biāo)準(zhǔn)色樣品和測(cè)試色樣品時(shí)，C*ab則表示為2者的幾何平均值。

CIE色差公式實(shí)際上是CMC（l∶c）色差公式的一個(gè)修正版本，其研究了色差距離的均勻性和參量對(duì)色差的影響，在基本條件下應(yīng)用無需對(duì)參量效應(yīng)進(jìn)行校正。

2.2.4 CIEDE2000色差公式

CIE在1998年成立了工業(yè)色差評(píng)價(jià)的色相與明度相關(guān)修正技術(shù)委員會(huì)TC1-47，將理論和試驗(yàn)研究相結(jié)合，系統(tǒng)地研究了工業(yè)評(píng)估總色差中色調(diào)差和明度差的貢獻(xiàn)度，然后從4個(gè)方面改善了CIELAB顏色空間的均勻性，于2001年提出了一個(gè)新的色差評(píng)價(jià)公式CIEDE2000[7]，見式（4）、式（5）和式（6）。

式中：ΔE*00——兩個(gè)樣品之間CIEDE2000色差；

SL、SC、SH——分別代表三個(gè)方向（L、C、H）的權(quán)重函數(shù)；

KL、KC、KH——分別是調(diào)整L方向、C方向和H方向的相對(duì)寬容量的系數(shù)；

RT—旋轉(zhuǎn)函數(shù)。

CIEDE2000色差公式并不是創(chuàng)建了一個(gè)新的人眼辨別臨界區(qū)均勻的色空間，而是重新定義了色差計(jì)算方法，使得色差計(jì)算值與人眼評(píng)估更為接近。

2.2.5 CAM16-UCS色差公式

色貌模型（CAM）是研究如何在復(fù)雜環(huán)境下預(yù)測(cè)顏色的屬性。色貌模型不僅可以解釋各種顏色視覺現(xiàn)象，還應(yīng)用于光源的顯色特性及設(shè)備色域映射等方面。

色貌模型CAM02的色差公式在跨媒體色彩復(fù)制處理圖像時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些計(jì)算問題，李長(zhǎng)軍[8]等人提出用CAM16-UCS均勻顏色空間來取代原有的CAM02-UCS，為色彩外觀預(yù)測(cè)和色差評(píng)價(jià)提供了一種新的解決方案，見式（7）。

式中：ΔJ'——CAM16模型構(gòu)建的均勻顏色空間的視明度差；

Δa'——紅綠坐標(biāo)的差值；

Δb'——黃藍(lán)坐標(biāo)的差值。

常用的色差公式的色差值對(duì)照表見表2。

表2 常用紡織品色差對(duì)照表

3 結(jié)論

綜上所述，色差的研究理論隨時(shí)間的推移和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷更新，色差公式也隨之在明度、彩度、色相及調(diào)整因子等方面改進(jìn)。今后，色差公式將會(huì)聚焦在不同觀察條件、圖像間色差的評(píng)價(jià)和均勻顏色空間等方面，廣泛地應(yīng)用于更多領(lǐng)域。