楊紅英， 張靖晶， 楊志暉， 劉淑云， 謝宛姿， 周金利

(1.中原工學院 紡織學院， 河南 鄭州 450007； 2.中原工學院 河南省紡織服裝產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心， 河南 鄭州 450007；

3.中原工學院 紡織服裝產(chǎn)業(yè)研究院， 河南 鄭州 450007； 4.魯泰紡織股份有限公司， 山東 淄博 255100)

智能制造已成為紡織產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢。越來越多涉及染色的生產(chǎn)企業(yè)在嘗試使用計算機測配色系統(tǒng)。然而，由于現(xiàn)有計算機配色軟件的特殊性，若想用好計算機配色軟件、充分發(fā)揮好其功效、提高一次配色成功率，尚需許多精細的準備工作。

計算機配色，是以標準色樣的光譜反射率或色度參數(shù)為標準，基于一定的配色理論和模型，按照一定的算法，利用系統(tǒng)中儲存的配色基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)過復雜的運算獲得染制標樣所需要的色料配方。計算機測配色系統(tǒng)包括測色、存儲基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、預測配方和修色等程序。因此，計算機配色系統(tǒng)不僅可以預測色料配方，還可以很方便地預測同色異譜、科學管理配方以及快速修色和充分利用印染殘液等。但是，歸根結(jié)底，配色和修色的精準性是決定計算機配色系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。

目前，最常用的計算機配色模型是基于Kubelka-Munk理論[1](簡稱K-M理論)發(fā)展起來的，包括K-M理論(式(1))與色料加和混色理論[2](式(2))相結(jié)合建立起來的K-M雙常數(shù)理論，以及K-M理論與式(3)組合而成的K-M單常數(shù)理論。

(1)

(2)

(3)

理論上講，式(2)和式(3)表示染色樣品的K/S與色料濃度C的關(guān)系呈線性，但是實際上隨著C的增加，K/S值會逐漸彎向濃度軸，加和性在高濃度時也不復存在，從而影響計算機配色的精準性[3]。作為對此理論配色的補充，計算機配色系統(tǒng)還包括基于成功配方的精明配色(Smart Matching)方法。理論配色和精明配色互為補充，可提高計算機配色的整體配色效果和實用性。

拋開配色理論、模型和算法，無論是理論配色還是精明配色，計算機配色功能的成功發(fā)揮還依賴于配色基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫?；A(chǔ)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)要科學精準，且色域要廣，前者決定配色成功率，后者決定配色范圍。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不好將直接影響一次配色成功率，甚至即使多次修正仍無法配出目標色。因此，在建立計算機配色系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫時，除了設置合理的濃度梯度、嚴格染色操作、精準測量光譜之外，采用科學的方法對配色基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行合理性檢驗和把關(guān)，也是成功配色不容忽視的重要基礎(chǔ)工作。

本文對配色基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的合理性檢驗進行研究，包括數(shù)據(jù)的準確性分析和色域分析。準確性分析是檢驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是否存在錯誤色樣或精準度太差的色樣，確定色樣能否用于計算機配色的配方預測的方法，其分析方法主要有觀察反射率R或K/S與波長λ的關(guān)系圖、多個波長的K/S與染料濃度C的關(guān)系圖、lg(K/S)值與lgC的關(guān)系圖、色彩值Color Value與C的關(guān)系圖、染料強度/相對色強度Strength與C的關(guān)系圖、以及基礎(chǔ)色樣反配等[4-6]。本文在準確性分析的基礎(chǔ)上增加色域分析，目的是為了預測基礎(chǔ)數(shù)據(jù)所能拼配的顏色范圍，以指導色料的選擇和組配、色料濃度的調(diào)整等。色域分析方法可通過觀察CIE色度圖、染色深度[7]與濃度C的關(guān)系圖等進行分析。下面以實際數(shù)據(jù)為例對配色基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的合理性檢驗方法給予分析、說明和評價。

1 配色基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的初步建立

織物計算機配色基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立包括選擇織物、選擇染料、設計濃度梯度、染制色樣、測色、檢驗與分析、將符合要求的色樣數(shù)據(jù)及其色料和染色工藝等信息儲存到測配色系統(tǒng)中等工作。本文以滌綸織物示例。

織物：選用量大面廣的白色平紋滌綸織物。

染料：選用高級分散染料，以淺色系三原色(R-E、Y-E、B-E)和中深色系三原色(R-SE、Y-SE、B-SE)為例說明。

濃度：淺色系染料設置8個濃度梯度(0.01、0.02、0.04、0.07、0.11、0.16、0.22、0.30)；中深色系染料設置10個濃度梯度(0.1、0.15、0.25、0.45、0.7、0.95、1.2、1.5、2、3)，濃度單位為owf。

實驗：采用上海千立計量一體機CLY-1自動配制染液，采用廈門瑞比L2002A Smart Dyer小樣染色機染制54個基礎(chǔ)色樣和1個空白色樣，采用X-Rite Color i7電腦測配色儀測試色樣光譜數(shù)據(jù)，同時借用X-Rite Color i7和Datacolor SF600電腦測配色儀協(xié)助檢驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

基礎(chǔ)色樣染制完成后，經(jīng)測配色儀測色，向系統(tǒng)中輸入各個濃度梯度的單色色樣和空白織物的光譜反射率，以及染料的生產(chǎn)商、濃度、單價、浴比、助劑和染色工藝等信息，將各個單色料進行分類，建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。本文利用X-Rite Color i7測色?；A(chǔ)色樣的光譜數(shù)據(jù)通過.qtx文件傳輸給Datacolor SF600，同時在Datacolor配色系統(tǒng)中建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，借助這兩種儀器的配色軟件協(xié)助檢驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 配色基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的檢驗與分析

2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準確性檢驗與分析

準確性分析是檢驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)能否用于配色。這里采用6種方法對上述6組54個基礎(chǔ)色樣等進行檢驗與分析，限于篇幅，僅以紅色染料的結(jié)果示例，其他色樣的檢驗結(jié)果類推。

2.1.1 觀察反射率R或K/S值與波長λ的關(guān)系圖

觀察R-λ和K/S-λ曲線圖是最簡單、最基本的檢驗方法之一。中深色系紅色樣的R-λ曲線與K/S-λ曲線分別如圖1、圖2所示。觀察可知，色階色樣的R曲線與K/S曲線呈規(guī)則的近似平行分布，濃度越小，R越高，K/S值越低。若曲線出現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象，比如曲線交叉、吸收峰錯位等，應重新打樣修正。

圖1 中深色系紅色樣的反射率R與波長λ的關(guān)系圖

圖2 中深色系紅色樣的K/S值與波長λ的關(guān)系圖

2.2.2 觀察多個波長的K/S值與濃度C的關(guān)系圖

觀察多個波長的K/S-C曲線圖，可以更全面地分析基礎(chǔ)色樣制作的優(yōu)劣。圖3給出中深色系紅色樣在多波長下的K/S-C曲線圖。觀察可知，K/S與C的關(guān)系在某些波長下為直線，在某些波長下慢慢下垂變?yōu)榍€。若不符合這一規(guī)律，如某個濃度點出現(xiàn)交叉錯亂、跳動等應進行修正。

圖3 中深色系紅色樣的K/S值與濃度C的關(guān)系圖

2.2.3 觀察lg(K/S)值與lgC的關(guān)系圖

lg(K/S)-lgC是對K/S-C的坐標軸的對數(shù)處理結(jié)果，可拉大低濃度時實驗數(shù)據(jù)之間的間距，因此在lg(K/S)與lgC的關(guān)系圖上更容易觀察低濃度時的數(shù)據(jù)。取最大吸收波長(此波長較具有代表性)處的K/S值，并做對數(shù)處理，其與lgC的關(guān)系如圖4所示，觀察可知，lg(K/S)-lgC的趨勢與K/S-C相似，在低濃度時為直線，隨著濃度的增加慢慢過渡為光滑曲線。若某一點出現(xiàn)跳動等異常，應對該跳動點進行修正。

2.2.4 觀察色彩值(Color Value)與C的關(guān)系圖

色彩值經(jīng)常用來計算染料強度，是與樣品中所含染料數(shù)量相關(guān)的單一指標，通?；诠庾V數(shù)據(jù)，可以采用三種方式(Color Value SWL，Color Value SUM，Color Value WSUM)計算，結(jié)果不盡相同，計算時可根據(jù)不同算法的特點或者樣品的需求來選擇合適的方法(見X-RiteColor i7產(chǎn)品說明書和Hunter Ultra San PRO產(chǎn)品說明書)。

(a) 淺色系

(b) 中深色系圖4 兩種色樣的lg(K/S)與lgC的關(guān)系圖

(1) Color Value SWL是根據(jù)某個波長(比較典型的位置是最大吸收波長，即最小反射率處)的K/S值進行的計算，如式(4)所示。

(4)

(2) Color Value SUM是在整個可見光波長范圍的K/S值之和，為避免因波長范圍不一致而導致的互相之間無法比較，常用K/S值之和除以波長數(shù)points來表示，如式(5)所示。波長范圍一般選取400～700 nm。

(5)

(3) Color Value WSUM值可通過樣品的K/S值與光源和色度觀察者的權(quán)重在整個波長范圍的和除以波長數(shù)points獲得，如式(6)所示。波長范圍一般選取400～700 nm。

(6)

式中：Eλ為光譜功率分布；Sλ為標準色度觀察者光譜三刺激值。

Color Value的三種計算方法中，Color Value SWL通常取最大吸收波長處的K/S值，此K/S值具有一定的代表性，但是當吸收峰發(fā)生移位、或者吸收峰比較平坦、或者吸收峰在可見光之外時，K/S的最大值出現(xiàn)在波長最小處或波長最大處，此時K/S則不具有代表性。若Color Value SUM選擇K/S在可見光范圍的平均值，可以避免上述問題。Color Value WSUM的計算稍微復雜些，它將K/S與光源和視覺結(jié)合起來，所得結(jié)果與視覺的一致性較好。

ColorValue-C曲線在低濃度時呈線性，在高濃度時直線逐漸彎向濃度軸，呈光滑的曲線。如果出現(xiàn)跳動點，則應將其修正或剔除。圖5為兩種色樣的ColorValue-C的關(guān)系圖，其中ColorValueSUM-C與ColorValueWSUM-C的趨勢十分相似，在實際評價時可以只選其中一種方法。

(a) 淺色系

(b) 深色系圖5 兩種色系紅色樣的Color Value與C的關(guān)系圖

2.2.5 觀察染料強度/相對色強度與C的關(guān)系圖

染料強度是指染到標準深度所需的染料用量，印染和染料行業(yè)習慣采用與“標準”染料對比的相對值[4]，目前的計算機配色軟件通常采用式(7)-式(9)進行計算(見X-RiteColor i7產(chǎn)品說明書和Hunter Ultra San PRO產(chǎn)品說明書)。

(7)

(8)

(9)

當染料強度應用于配色基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的評價時，有時也被稱作相對色強度。此時將第一個濃度點作為標準樣，以對比同一染料在其他濃度相對于第一個濃度點的染色能力。由于濃度不同，在計算Strength時，ColorValue應除以各自的濃度C，如式(10)所示。

(10)

GB/T 6688-2008[8]指出，式(7)主要適用于標樣和試樣之間目測具有相同或接近的色光且最大吸收波長相同的情況，不適用于混拼染料、具有兩個以上吸收峰或沒有明顯吸收峰的染料以及標樣與試樣之間雖目測具有相同的色光，但反射曲線具有不同最大吸收波長的情況；式(9)適用于求取染料相對強度的一切情況。當檢驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時，相對色強度計算的是在同一染料下，將第一個濃度作為標準樣，其他濃度相對于第一個濃度的染色能力，所以式(7)-式(9)都可以用來評價。式(7)-式(9)的特征及適用性與式(4)-式(6)類似。

染料的Strength與C的關(guān)系圖一般隨濃度的增加呈規(guī)律變化，若有大的上下跳動則說明制作的基礎(chǔ)色樣有問題。從圖6可以看出，StrengthSUM與StrengthWSUM的數(shù)值十分接近，Strength整體隨濃度的增加呈規(guī)律性減小。圖6(a)中從右面數(shù)第3個點在圖中曲線的趨勢是稍微偏高的，在其他方法中，如lg(K/S)-lgC(圖4(a))和ColorValue-C(圖5(a))，這一點的異常均沒有圖6(a)明顯。雖然這個異常點只是輕微的偏高，對曲線趨勢的影響不大，但能說明這一方法的靈敏度較高。

2.2.6 基礎(chǔ)色樣反配

基礎(chǔ)色樣反配，是將基礎(chǔ)色樣的相關(guān)數(shù)據(jù)儲存為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時將基礎(chǔ)色樣作為標準樣進行配色，并對比配色系統(tǒng)計算的濃度與實際的濃度，求出相對誤差。該誤差不僅與基礎(chǔ)色樣數(shù)據(jù)的精準性有關(guān)，還與配色算法有關(guān)。如果配色程序采用曲線擬合方法，則反配誤差的大小取決于曲線擬合的效果，與所擬合曲線距離較遠的點的反配誤差較大。根據(jù)反配結(jié)果可以剔除誤差較大的點或者選擇重新設置濃度，也可以用來檢驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是否適合該配色程序。

表1是采用X-Rite Color i7和Datacolor SF600兩個計算機配色系統(tǒng)進行基礎(chǔ)色樣反配的結(jié)果，兩個配色軟件反配出的色料濃度雖然不同，但都能滿足要求，說明基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準確度較高。最低濃度為0.1時的反配結(jié)果顯示出配色系統(tǒng)相對不容易把控第一個最低濃度點。

(a) 淺色系

(b) 深色系圖6 兩種色系紅色樣的Strength與C的關(guān)系圖

實際濃度X-Rite Color i7計算濃度相對誤差/%Datacolor SF600計算濃度相對誤差/%0.100.1099.10--0.150.1500.070.1500.070.250.2500.080.2500.000.450.4510.180.450-0.090.700.7010.170.7000.040.950.9500.000.9510.061.201.199-0.091.2010.111.501.499-0.091.5010.082.001.999-0.072.0030.123.002.992-0.253.0000.00

注：“-”代表無結(jié)果。

2.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的色域分析

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的色域決定了染料能染得的顏色范圍，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包含的色域越廣，拼配出的顏色范圍越寬。因此，要盡可能地建立全色譜廣色域的配色基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。這里對基礎(chǔ)染料的色光分布和濃度設置情況進行示例分析。

54個基礎(chǔ)色樣的CIEx-y色度圖如圖7所示，圖中顯示了基礎(chǔ)色樣在CIE1964舌形圖中的位置，由此可以推出染料的色域。在x-y色度圖上，樣品色色度點與標準照明體色度點的連線的延長線與光譜軌跡的交點對應的波長即為樣品色的主波長，該主波長大致說明顏色的色相[6]。對比圖7中淺色系三原色基礎(chǔ)色樣色度坐標的連線包含的色域與中深色系的色域可知，淺色系將D65標準照明體的色度點包括在內(nèi)，所構(gòu)成的色域大，可以混拼出所有主波長的顏色；而中深色系的色域連線幾乎與標準照明體的相交，所構(gòu)成的色域小，無法拼配綠色。此時，可考慮調(diào)換或增加一支中深色系黃色染料。若暫無法增加，則將淺色系和中深色系的6支染料作為一組一起應用，可以彌補中深色系黃色染料的色光偏向，擴大匹配綠色色域。

圖7 基礎(chǔ)色樣的CIE x-y色度圖

此外，對于淺色系和中深色系濃度的選擇，不僅要考慮染料濃度是否對使用范圍全覆蓋，還應考慮是否對染色深度全覆蓋。圖8是兩幅顏色深度Colordepth[7]與染料濃度C的關(guān)系圖。由圖8(a)可知，淺色系的濃度與中深色系的濃度有交叉，深度值也有交叉，這種交叉能確?；A(chǔ)色樣染出的深度在濃度變化范圍是連續(xù)的。由圖8(b)可知，雖然這兩種染料的濃度已經(jīng)交叉不少，但是兩者之間的顏色深度未交叉，采用這支色料拼搭配色，會出現(xiàn)中間深度區(qū)域兩種染料都無法達到的情況。因此，Colordepth與C的關(guān)系圖能夠幫助檢驗基礎(chǔ)色樣濃度設置對于顏色深度的連續(xù)性，避免由于深度不連續(xù)而導致顏色色域減小。

當目標色的色度點不在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的色域范圍內(nèi)或者由于顏色深度未交叉等原因而導致計算機配色系統(tǒng)無法給出色料配方時，可以通過調(diào)整基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的濃度范圍或者更換其他色光的染料來解決。

(a) 紅色基礎(chǔ)色樣

(b) 某種黃色基礎(chǔ)色樣圖8 兩種色樣的染色深度與染料濃度關(guān)系圖

2.3 現(xiàn)有測配色儀器的評價方法

不同的計算機測配色系統(tǒng)采用不同的方法來檢驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如X-Rite Color i7配色系統(tǒng)在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的色料評估界面提供ColorValue與C關(guān)系圖、反配誤差百分比和合適度檢驗方法。通過計算與驗證，它給出的ColorValue與Color Value SUM計算結(jié)果一致。其合適度是配色系統(tǒng)自動檢驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后給出的評分，分值越高代表基礎(chǔ)數(shù)據(jù)越好，10為滿分，數(shù)據(jù)通過檢驗后用綠燈標識。這種客觀的打分方式對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的判斷十分友好。

Datacolor SF600配色系統(tǒng)提供R-λ圖、K/S-λ圖、lg(K/S)-lgC圖、絕對色力度-C圖、相對色強度-C圖，其中，絕對色力度的數(shù)值與Color Value WSUM計算結(jié)果一致，相對色強度與StrengthWSUM計算的數(shù)值一致。

2.4 進一步討論

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準確性分析可以幫助檢驗出異常的基礎(chǔ)色樣。在諸多準確性分析的方法中，觀察R-λ或K/S-λ的曲線圖，與觀察多個波長的K/S-C曲線圖的方法相似，都是觀察K/S-λ-C3個參數(shù)之間的關(guān)系。圖中包含的原始信息未經(jīng)處理，雖可以很全面地分析，但亦有多余的信息，所以可選擇其中一種進行觀察。

lg(K/S)-lgC與ColorValue-C的曲線趨勢十分相似，lg(K/S)-lgC拉大了低濃度時色樣點之間的間距，可方便對低濃度數(shù)據(jù)進行檢驗。在三種Color Value值中：Color Value SUM選擇計算K/S在可見光范圍的平均值，避免了Color Value SWL在最大吸收波長處K/S吸收峰移位或者吸收峰比較平坦的情況；Color Value WSUM的計算雖稍微復雜些，但與視覺的相關(guān)性更好些，變化趨勢與Color Value SUM十分接近。因此，實際檢驗時可以選擇用Color Value WSUM-C來替代Color Value SWL和Color Value SUM,以減少工作量。

染料強度/相對色強度-C與Color Value-C方法的優(yōu)缺點類似，同樣可以用Strength WSUM來代替Strength SWL和 Strength SUM。StrengthWSUM-C圖的靈敏度高，更容易顯示數(shù)據(jù)的偏差。

色樣反配給出的相對誤差取決于基礎(chǔ)色樣的精準度和配色算法，可以從另一側(cè)面判斷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是否適合該配色程序。反配誤差不可接受，即說明該濃度點需要剔除。該判斷方法客觀、簡單，但應注意最低濃度的相對誤差通常較大，小心誤刪。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的色域分析是通過觀察基礎(chǔ)色樣在色度圖中的位置以及Colordepth-C圖中深度的銜接情況，對基礎(chǔ)染料的色光分布和濃度梯度的合理性進行檢驗，進而指導色料選擇、組配以及濃度調(diào)整，以獲取更廣的色域。

3 結(jié)論

配色基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的科學合理性是保證計算機配色成功和提高一次配色成功率的重要基礎(chǔ)，因此需要對配色基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的合理性進行檢驗。本文以分散染料上染滌綸織物為例進行實驗研究，結(jié)果顯示，在通常的準確性分析基礎(chǔ)上增加色域分析，可以對配色基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的合理性進行更科學全面的檢驗，以提供精準的、全光譜廣色域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

計算機配色系統(tǒng)提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)檢驗方法總結(jié)起來大致有6種，即R-λ或K/S-λ圖法、K/S-C圖法、多個波長的K/S-C圖法、lg(K/S)-lgC圖法、ColorValue-C圖法、染料強度/相對色強度-C圖法和基礎(chǔ)色樣反配法。根據(jù)這些方法的特征也可將其歸納為5類，即：(1)波長圖法，包括R-λ圖法和K/S-λ圖法，提供所有原始數(shù)據(jù)的圖像信息；(2)濃度圖法，包括K/S-C圖法、多個波長的K/S-C圖法和ColorValue-C圖法，圖形特征是在低濃度、非吸收波段呈線性，濃度增高時在吸收波段變?yōu)閺澫驖舛容S的光滑曲線；(3)濃度對數(shù)法，即lg(K/S)-lgC圖法，變化規(guī)律同濃度法，優(yōu)點是放大低濃度區(qū)域，以利于檢驗低濃度色樣；(4)染料強度/相對色強度-C圖法，其中StrengthWSUM-C圖的靈敏度較高，更易于顯示出基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的偏差；(5)基礎(chǔ)色樣反配法，可以直觀顯示色樣的相對誤差，如進一步計算，還可顯示色樣反配的色差。

本文在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)準確性分析的基礎(chǔ)上，提出增加色域分析，并采用CIEx-y色度圖和Color depth-C圖兩種方法，從平面和縱向三個維度檢驗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的色域的方法，為色料選擇和色料濃度調(diào)整提供參考。

盡管準確性分析和色域分析可共同用于配色基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的檢驗，但其檢驗分析結(jié)果尚依賴于人工經(jīng)驗判斷，刪除和修正數(shù)據(jù)也需人工經(jīng)驗處理。計算機配色系統(tǒng)若能提供更智能的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)合理性檢驗功能，無疑可有效地提升計算機配色系統(tǒng)的友好性和配色成功率。