單向透視織物性能測(cè)試與評(píng)價(jià)方法研究

陳鳳梅 歐陽(yáng)玉魁 余 弘

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

隨著現(xiàn)代人自我保護(hù)意識(shí)和隱私意識(shí)逐漸提高，單向透視窗簾逐漸被重視起來(lái)。與傳統(tǒng)的玻璃、紗窗、窗簾等窗飾品相比，單向透視窗簾具有透光、透景、通風(fēng)、透氣、充分利用自然光源、節(jié)能環(huán)保、保護(hù)隱私等多功能性，能夠給人一種特別的安全感，提高了窗簾的使用性［1-3］。窗簾的單向透視性目前還沒(méi)有相關(guān)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和考核指標(biāo)。本研究從窗簾的單向透視原理出發(fā)，模擬實(shí)際使用環(huán)境，設(shè)計(jì)搭建試驗(yàn)裝置，討論同一織物在不同環(huán)境照度下達(dá)到單向透視和不同織物在同一環(huán)境照度下達(dá)到單向透視時(shí)各光學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律，研究單向透視織物的性能，為研發(fā)者和消費(fèi)者提供參考。

1 測(cè)試原理及測(cè)試系統(tǒng)裝置的建立

1.1 測(cè)試原理

單向透視窗簾是利用室內(nèi)外的光照差來(lái)實(shí)現(xiàn)單向透視效果。當(dāng)太陽(yáng)光照射到織物表面，內(nèi)外環(huán)境照度滿足一定條件時(shí)，織物表現(xiàn)出單向透視性。如圖1 所示，太陽(yáng)照射到織物表面產(chǎn)生入射光Dout入，透過(guò)織物產(chǎn)生透射光Dout透，被織物反射產(chǎn)生反射光Dout反，室內(nèi)光透過(guò)織物產(chǎn)生透射光Din透。Dout入、Dout透、Dout透/Dout入（透 光 率）反 映 了 織物 的 采 光 性；Dout入、Dout反、Dout反/Dout入（反 光 率）、Dout反/Din透（對(duì)比度）反映了織物的抗透視性。對(duì)單向透視織物而言，達(dá)到單向透視所需的表面照度Dout入越小，織物越容易呈現(xiàn)單向透視效果［4-7］。

圖1 太陽(yáng)光照射原理示意圖

1.2 測(cè)試系統(tǒng)裝置的建立

測(cè)試系統(tǒng)裝置如圖2 所示［8］。模擬室內(nèi)、窗簾、室外這樣一個(gè)環(huán)境，設(shè)置一測(cè)試箱代表室內(nèi)，箱體尺寸1 000 mm×500 mm×700 mm，箱內(nèi)壁亞光黑，以減少反射光影響，箱內(nèi)頂端有照度可調(diào)的日光燈，模擬室內(nèi)光源，在測(cè)試箱后部放置一標(biāo)準(zhǔn)視力表，模擬室內(nèi)物體；測(cè)試箱前后開(kāi)口，前開(kāi)口尺寸約為500 mm×500 mm，放置試樣，后端帶蓋板開(kāi)口尺寸為250 mm×250 mm；測(cè)試箱放置于一個(gè)可移動(dòng)工作臺(tái)上，該工作臺(tái)的尺 寸 約 為1 000 mm×500 mm×800 mm，并附帶萬(wàn)向滾輪，方便移動(dòng)與測(cè)試。箱外有一照度可調(diào)的投光燈，投光燈中心線和箱內(nèi)視力表第二排“E”在同一水平高度，距離2 000 mm。研究階段在投光燈同高度處放置相同視力表，模擬室外可視物。待測(cè)織物自然懸掛在測(cè)試箱前開(kāi)口處，面向室外的一側(cè)作為測(cè)試面。通過(guò)調(diào)整箱內(nèi)外光源照度，模擬環(huán)境照度變化。“室內(nèi)”觀察者站在后開(kāi)口處透過(guò)試樣觀察箱外物體視力表，“室外”觀察者站在投光燈處透過(guò)試樣觀察箱內(nèi)物體視力表，判定織物的透視效果，如圖3 所示。

圖2 測(cè)量系統(tǒng)儀器搭建裝置示意圖

圖3 測(cè)試效果圖

為了尋找一個(gè)測(cè)試點(diǎn)，研究過(guò)程中，根據(jù)需要定義了兩個(gè)透視效果和測(cè)試點(diǎn)。

兩個(gè)透視效果：當(dāng)觀察者站在投光燈處透過(guò)織物不能清晰辨認(rèn)箱內(nèi)視力表第二排2 個(gè)“E”時(shí)，視為“看不清”（不透視），觀察者站在測(cè)試箱后開(kāi)口處，透過(guò)織物觀察投光燈處的視力表，當(dāng)能清晰辨認(rèn)視力表第一排的“E”時(shí)，視為“看得清”（透視）。

兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)：內(nèi)部光源為唯一光源時(shí)，站在投光燈處觀察箱內(nèi)視力表，視力表清晰可見(jiàn)，此狀態(tài)下由外向內(nèi)看得清、由內(nèi)向外看不清。固定內(nèi)部光源，調(diào)整外部投光燈照度由弱到強(qiáng)，箱內(nèi)視力表由清晰可見(jiàn)逐漸模糊至“看不清”（不透視），從測(cè)試箱后開(kāi)口處觀察箱外，投光燈處的視力表由看不清到模糊至“看得清”（透視），當(dāng)剛好達(dá)到由外向內(nèi)“看不清”、由內(nèi)向外“看得清”這一狀態(tài)時(shí)，作為Dout入、Din透、Dout透測(cè)試點(diǎn)；與中心線同一高度、距織物15 cm、平行于織物表面的水平線處，作為Dout反的測(cè)試點(diǎn)（移動(dòng)照度計(jì)在距織物不同距離處反復(fù)測(cè)量織物表面反射光照度Dout反，發(fā)現(xiàn)此點(diǎn)Dout反最大且測(cè)試結(jié)果相對(duì)穩(wěn)定）。

固定內(nèi)部光源，調(diào)整外部投光燈照度由弱到強(qiáng)，當(dāng)由外向內(nèi)“看不清”、由內(nèi)向外“看得清”剛好滿足時(shí)，在投光燈和箱內(nèi)視力表中心連線與織物交界處用照度計(jì)緊貼織物，測(cè)量Din透，關(guān)閉內(nèi)部光源，緊貼織物表面測(cè)量Dout入、Dout透、Dout反。獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算可以得到織物的透光率、反光率和對(duì)比度。研究各參數(shù)的變化規(guī)律，尋找更能準(zhǔn)確直觀表達(dá)織物單向透視性能的指標(biāo)。

1.3 試驗(yàn)方法驗(yàn)證

以具有單向透視性能的2 個(gè)窗簾為例，將窗簾按照使用狀態(tài)安裝在窗戶上，對(duì)窗簾進(jìn)行實(shí)際使用效果觀察，如圖4 所示。在相同狀態(tài)下，窗簾1 的單向透視性能優(yōu)于窗簾2。

圖4 窗簾實(shí)際透視效果圖

利用搭建裝置測(cè)量系統(tǒng)，固定內(nèi)部光源，選擇視力表表面照度為500 lx，調(diào)整外部投光燈照度，當(dāng)樣品達(dá)到單向透視效果時(shí)，測(cè)量窗簾表面照度Dout入，測(cè)試5 次取平均值，結(jié)果見(jiàn)表1?？梢钥闯觯昂? 表面照度小于窗簾2 表面照度，窗簾1 單向透視性能優(yōu)于窗簾2。表明采用搭建裝置測(cè)量系統(tǒng)和設(shè)計(jì)的試驗(yàn)參數(shù)得到的測(cè)試結(jié)果與產(chǎn)品具有的客觀性能一致，測(cè)量結(jié)果可靠，該方案可行。

由表1 可以看出：各數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)小于5.0%，考慮到樣品本身存在的不均勻性，以上測(cè)試數(shù)值的差異在可接受范圍內(nèi)，測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定，測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)試方法可以應(yīng)用實(shí)施。

表1 穩(wěn)定性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2 試驗(yàn)部分

2.1 樣品信息

收集單向透視窗簾（吊牌標(biāo)注單向透視窗簾）46 個(gè)（1 號(hào)～46 號(hào)），普通窗簾和織物41 個(gè)（47 號(hào)～87 號(hào)）作對(duì)比，其中1 號(hào)～30 號(hào)、47 號(hào)～58 號(hào)是機(jī)織窗簾，31 號(hào)～46 號(hào)是針織經(jīng)編窗簾。59 號(hào)～87 號(hào)是針織和機(jī)織織物。各窗簾及織物結(jié)構(gòu)均勻，對(duì)其實(shí)際透視效果進(jìn)行驗(yàn)證確認(rèn)。方法是將窗簾和織物呈窗簾使用狀態(tài)安裝在窗戶上，能清晰辨認(rèn)室外2 m 內(nèi)臉部輪廓為透視，不能清晰辨認(rèn)室內(nèi)50 cm 內(nèi)臉部輪廓為不透視。同時(shí)利用系統(tǒng)測(cè)量裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)日光燈和投光燈的照度，對(duì)87 個(gè)樣品進(jìn)行透視效果觀察，結(jié)果如下。

（1）在實(shí)際環(huán)境狀態(tài)下窗簾有內(nèi)外不透視和單向透視2 種效果；模擬環(huán)境狀態(tài)下有內(nèi)外不透視、單向透視和內(nèi)外透視3 種效果。47 號(hào)～53 號(hào)、55 號(hào)、59 號(hào)～64 號(hào)、66 號(hào)、68 號(hào)～84 號(hào)、86 號(hào)～87號(hào)樣品兩種狀態(tài)內(nèi)外都不透視；1 號(hào)～46 號(hào)、85 號(hào)樣品兩種狀態(tài)都具有單向透視效果。54 號(hào)、56 號(hào)～58 號(hào)、65 號(hào)、67 號(hào)樣品兩種狀態(tài)透視效果不同，這些樣品實(shí)際使用時(shí)需要很強(qiáng)的光照強(qiáng)度或?qū)Ρ榷炔拍艹尸F(xiàn)單向透視效果，由于儀器量程范圍內(nèi)無(wú)法滿足高照度的要求，因而模擬環(huán)境狀態(tài)呈現(xiàn)內(nèi)外透視效果；觀察發(fā)現(xiàn)這類(lèi)窗簾和其他窗簾相比一天中具有單向透視效果的時(shí)間很短。

（2）在實(shí)際環(huán)境狀態(tài)下用照度計(jì)測(cè)量織物的表面照度，發(fā)現(xiàn)隨著織物達(dá)到單向透視的先后，表面照度也由小到大。用這些具有單向透視效果的窗簾在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模擬測(cè)試，在同一內(nèi)部照度下，隨著外部光源照度由弱到強(qiáng)，各樣品達(dá)到單向透視效果的入射光照度不同，織物達(dá)到單向透視效果的先后順序和在實(shí)際環(huán)境狀態(tài)下觀察的順序一致；改變內(nèi)部照度，織物達(dá)到單向透視的外部照度也隨著內(nèi)部光源照度的增大而增大，但織物達(dá)到單向透視效果的先后順序不變。單向透視織物要營(yíng)造透光、透景、透氣、抗透視的環(huán)境，充分利用自然光源，達(dá)到節(jié)能的目的，這就要求達(dá)到單向透視效果時(shí)的表面照度越小越好，即Dout入越小，織物抗透視性能越好。對(duì)比觀察具有單向透視和內(nèi)外透視效果的織物，前者達(dá)到單向透視效果所需入射光照度較低，一天中具有單向透視效果的時(shí)間較長(zhǎng)，單向透視功能好。內(nèi)外透視的織物達(dá)到單向透視效果比較困難，所需入射光照度高，一天中具有單向透視效果的時(shí)間很短，單向透視功能差。Dout入能夠很直觀地表達(dá)織物的單向透視性。

2.2 試驗(yàn)參數(shù)分析

2.2.1 同一樣品內(nèi)部照度不同時(shí)參數(shù)變化規(guī)律

GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定室內(nèi)工作場(chǎng)所照度按照100 lx、150 lx、200 lx、300 lx、500 lx、700 lx、1 000 lx 分級(jí)。研究過(guò)程中選取了內(nèi)部光源150 lx、300 lx、500 lx、700 lx 4 個(gè)照度值，選取6 號(hào)、10 號(hào)、19 號(hào)、20 號(hào)4 個(gè)不同顏色的 單 向 透 視 窗 簾，進(jìn) 行Dout入、Dout透、Dout反、Din透測(cè)量，研究各指標(biāo)變化規(guī)律，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 不同內(nèi)部照度下各指標(biāo)變化情況

由圖5 可知，改變內(nèi)部環(huán)境照度，同一樣品達(dá)到單向透視效果的Dout入、Dout反隨內(nèi)部環(huán)境照度增大而增大，線性變化規(guī)律較明顯，說(shuō)明窗簾的單向透視功能受使用環(huán)境的影響，這與一天中隨著太陽(yáng)光照度不同，窗簾的透視效果發(fā)生變化相一致。此外，操作過(guò)程中觀察同一內(nèi)部照度下4 個(gè)樣品達(dá)到單向透視的先后為10 號(hào)、6 號(hào)、19 號(hào)、20號(hào)，而圖5 中4 個(gè)樣 品達(dá)到單 向透視的Dout入、Dout反由 小 到 大 亦 為10 號(hào)、6 號(hào)、19 號(hào)、20 號(hào)。說(shuō) 明Dout入、Dout反越小，單向透視功能越好。因此，表面照度Dout入、Dout反能直觀表達(dá)織物的單向透視性能，但是在實(shí)際測(cè)量操作過(guò)程中Dout反測(cè)試難度較大，系統(tǒng)誤差也比Dout入大，相比之下Dout入能更準(zhǔn)確地表達(dá)織物的單向透視性。透光率、反光率反映的是樣品本身的性質(zhì)，由于系統(tǒng)誤差的存在和樣品本身的不均勻性，數(shù)據(jù)在較小范圍內(nèi)有波動(dòng)，反光率受Dout反數(shù)據(jù)影響波動(dòng)較大，因此在性能表達(dá)上沒(méi)有透光率更準(zhǔn)確。圖5 中4 個(gè)樣品的透光率均大于14%，且對(duì)比度沒(méi)有隨著環(huán)境照度呈現(xiàn)一致的變化規(guī)律，對(duì)表達(dá)織物的單向透視性能規(guī)律不明顯。

2.2.2 不同樣品同一內(nèi)部照度下參數(shù)變化規(guī)律

內(nèi)部光源選擇人眼適宜的照度500 lx。選取兩種狀態(tài)下具有單向透視效果的1 號(hào)～46 號(hào)樣品做研究，調(diào)整投光燈照度由弱到強(qiáng)，當(dāng)樣品達(dá)到單向透視時(shí)，測(cè)量Dout入、Dout透、Dout反、Din透，計(jì)算獲得透光率、反光率、對(duì)比度。顏色、結(jié)構(gòu)相似的織物（1 號(hào)～11 號(hào)）測(cè)試所得數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，按照達(dá)到單向透視的先后排序。顏色、結(jié)構(gòu)不同的織物測(cè)試所得數(shù)據(jù)見(jiàn)表3，按照達(dá)到單向透視的先后排序。

由表2 可知，在同一內(nèi)部環(huán)境照度下，改變外部投光燈照度由弱到強(qiáng)，隨著樣品達(dá)到單向透視的先后，顏色、結(jié)構(gòu)相似的織物達(dá)到單向透視時(shí)Dout入、Dout反、對(duì)比度也逐漸增大，線性變化規(guī)律較明顯，選取的樣品Dout入都沒(méi)有超過(guò)700 lx，且透光率大于14%。由表3 可知，顏色、結(jié)構(gòu)不同的織物，通過(guò)改變外部投光燈照度由弱到強(qiáng)，將織物按照達(dá)到單向透視的先后排序，發(fā)現(xiàn)達(dá)到單向透視的Dout入線性增大，Dout反有先增大后減小的趨勢(shì)，透光率、反光率、對(duì)比度都呈現(xiàn)非線性變化。Dout入不大于1 000 lx，透光率不小于14%。表面照度Dout入能充分直觀地表達(dá)織物的單向透視性能，且測(cè)試簡(jiǎn)便。透光率充分體現(xiàn)了織物的采光性能。Dout入越小，單向透視性越好；透光率越大，采光性越好。

表2 顏色、結(jié)構(gòu)相似的織物內(nèi)部環(huán)境照度相同時(shí)數(shù)據(jù)表

表3 顏色、結(jié)構(gòu)不同的織物內(nèi)部環(huán)境照度相同時(shí)數(shù)據(jù)表

3 結(jié)束語(yǔ)

單向透視效果隨著環(huán)境變化，實(shí)際環(huán)境下有內(nèi)外不透視和單向透視兩種效果；模擬環(huán)境下有內(nèi)外不透視、單向透視和內(nèi)外透視3 種效果，內(nèi)外透視的織物實(shí)際環(huán)境很難呈現(xiàn)單向透視效果，功能可忽略。無(wú)論是同一樣品改變內(nèi)部照度，還是內(nèi)部照度不變時(shí)，對(duì)比不同樣品，達(dá)到單向透視的Dout入都呈線性變化，該值越小，織物單向透視性能越好。而透光率充分保證了織物的采光性。當(dāng)內(nèi)部照度為500 lx 時(shí)，用Dout入不大于1 000 lx，透光率不小于14% 能直觀評(píng)價(jià)織物的單向透視性能。