張艷茹 陳 超 王 強 孔冬青 王 妮

（1.東華大學(xué)，上海，201620；2.紡織面料技術(shù)教育部重點實驗室，上海，201620；3.濟寧如意新材料技術(shù)有限公司，山東濟寧，272000）

色紡紗是將各種不同顏色的散纖維按照配色要求（一定比例）進行混和加工而成的紗線［1］。色紡紗配色是一個非常重要的環(huán)節(jié)，但色紡紗的配色相對困難，對技術(shù)要求較高。隨著科技的發(fā)展和日常生活的需求，人們對顏色的多樣性要求越來越高，為此要尋找更加便捷快速準確的配色方法［2］。現(xiàn)在雖然有不同的計算機配色模型，如Friele配 色 模 型［3］、Stearns-Noechel配 色 模 型［4-5］、Kubelka-Munk雙常數(shù)理論配色模型［6-7］以及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等［8］，但都較為復(fù)雜且不易使用；同時，有少數(shù)學(xué)者采用數(shù)字圖像處理方法對色紡紗配色以及顏色預(yù)測［9］進行了相關(guān)研究，但實際應(yīng)用比較少。

研究發(fā)現(xiàn)，彩色纖維混和與彩色印刷有一些相似之處。顏色混合主要有兩種原理，分別是加法混合和減法混合。對于彩色印刷，油墨網(wǎng)點疊合分布時，主要發(fā)生色料減法混合呈色；而當油墨網(wǎng)點并列分布時，主要發(fā)生色光加法混合呈色［10］；纖維混色是原色纖維的“并列”或“疊加”，是減色混和和加色混和的綜合效果。因此色纖維的光學(xué)性質(zhì)和混和呈色原理與網(wǎng)目調(diào)印刷的彩色印刷品相似，當光線照射時，都存在反射、透射、折射、散射和吸收的光學(xué)現(xiàn)象，且都是減色混和和加色混和綜合作用的結(jié)果。Neugebauer方程應(yīng)用一種定量分析計算的方法，其對色彩元素的分類揭示了各種印刷品中顏料及其組成成分的主要物理依據(jù)，并且直接反映了各種印刷品中油墨所形成的主要特點，具有重要的科學(xué)理論意義。

易清珠［11］25-28在色紡紗混配色的研究中，類比彩色印刷中的Neugebauer方程，分析其原理是否可以應(yīng)用于色紡紗配色，建立了兩種不同的假設(shè)顏色預(yù)測方程，但發(fā)現(xiàn)都有一定的誤差。我們在此基礎(chǔ)上進行試驗，進一步分析如何建立色紡紗配色模型。通過研究有色滌綸混和呈色局部與整體特征，分析纖維混和反射率與呈色之間的規(guī)律、影響因素以及模型建立的可行性，從而為色紡紗的配色提供更多的思路和方法。

1 試驗部分

1.1 材料與儀器

材料：紅、黃、藍三色原液著色滌綸（線密度1.67 dtex，長度38 mm）；白色萊賽爾纖維（線密度1.48 dtex，長度38 mm）。

儀器：AS181型梳棉試驗機（上海紡織工學(xué)院機械工廠）；CNTS-C01型分析成條儀（東華大學(xué)）；MICROTEK Scan Wizard PRO型掃描儀（上海中晶科技有限公司）；ME204E型天平（梅特勒-托利多有限公司）；Adobe Photoshop CS6（Adobe公司）；Datacolor850型電腦測色配色儀（美國Datacolor公司）。

1.2 Neugebauer方程

彩色印刷中廣泛應(yīng)用的配色模型是Neugebauer方程［12］，當在一定范圍內(nèi)使用三色油墨打印時，某一顏色區(qū)域內(nèi)某一點的顏色最多能顯示8種不同的顏色，被稱為Neugebauer基本色元，如果把這8種基本色元的點面積率表示為fi(i=1，2，3，……，8)，每 個 色 元 的 三 刺 激 值 為（Xi，Yi，Zi）。此 時Neugebauer方 程 可 以 表 示為式（1）。

式中：X、Y、Z為混合后顏色的三刺激值，Xi、Yi、Zi為第i種色元的 三刺激值，fi為第i種色元的點面積率。

1.3 色域表示、色差計算以及顏色測試

1.3.1 色域表示

在確定當前試驗條件下最好的工藝參數(shù)基礎(chǔ)上，將三基礎(chǔ)色滌綸等質(zhì)量比通過分析快速成條儀均勻混和成間色纖維，將三基礎(chǔ)色纖維與三色間色纖維進行顏色值測量得到色品坐標值（x，y）。在CIE1931xy色度圖上畫出光譜軌跡，然后把滌綸基礎(chǔ)色纖維以及間色纖維的色坐標在色度圖中依次連接，得到封閉的六邊形混和色域空間?；旌蜕蚩臻g可以近似表示此三基礎(chǔ)色纖維混和所能得到的顏色范圍。

1.3.2 色差計算

目前色差公式主要有CIELab1976、CIELab1994和CIEDE2000色差公式等［13］。由于CIEDE2000對之前色差公式都有了一些改進，提高了色差計算結(jié)果與目視評判的一致性。CIEDE2000作為目前已研究的最新色差公式，被廣泛使用。CIEDE2000計算公式見式（2）。

式中：ΔL′、ΔC′、ΔH′是明度差、彩度差以及色調(diào)差，kL、kC、kH是相關(guān)參數(shù)（常數(shù)），SL、SC、SH是明度、彩度和色調(diào)的加權(quán)函數(shù)，RT是交互系數(shù)。

1.3.3 顏色測試

試驗采用兩種顏色測試方法。第一種，使用Datacolor850型電腦測色配色儀測色，直接獲得樣品的顏色特征值。第二種，使用Scan Wizard PRO型掃描儀對樣品進行掃描獲取掃描圖像，再將圖片用Adobe Photoshop CS6［14］打開，工具框選擇濾鏡為模糊→平均，點擊圖片，拾色器顏色空間可以選擇RGB、Lab顏色空間獲取其顏色特征值。

2 結(jié)果與討論

2.1 滌綸三基礎(chǔ)色纖維與油墨四原色色域?qū)Ρ?/h3>

試驗所用滌綸散纖維顏色分別是紅、黃和藍，在D65光源、10°視場的條件下，使用Datacolor850型電腦測色配色儀測量基礎(chǔ)色纖維和間色纖維的顏色值。為了更好地將滌綸三基礎(chǔ)色纖維與油墨四原色色域進行對比研究，選用了一組印刷油墨標準基本顏色值（選取Japan Color 2000）。

在CIE1931xy色度圖上畫出光譜軌跡，然后根據(jù)油墨顏色值畫出封閉的六邊形油墨混合色域，將滌綸基礎(chǔ)色纖維以及間色纖維的色坐標在色度圖中依次連接，畫出滌綸的混和色域空間，如圖1所示。

圖1 滌綸混和色域空間

由圖1可見，試驗所用的三基礎(chǔ)色滌綸混和色域空間相對油墨原色混合形成的色域小，而且基本都是包含在油墨混合色域空間之內(nèi)，所以這三基礎(chǔ)色滌綸能夠混和形成的顏色范圍是有限的。但同時也可以看到滌綸色纖維混和色域有一部分是在油墨混合色域之外，也就是油墨混合所不能達到的色域。究其原因：兩者混和方式與原理雖然相似，但還是有所不同，油墨會先進行減色混合形成色斑，再通過空間的加色混合形成顏色刺激；而色纖維的混和是通過減色混和、加色混和以及受到纖維的空間排列和空隙的共同影響而得到的。另外所采購的3種原液著色滌綸，其顏色特征值或光譜反射率與原色油墨也有一定差距，因此，三基礎(chǔ)色滌綸的混和色域相對較小。

2.2 有色滌綸顏色預(yù)測方程研究

在前期試驗的基礎(chǔ)上，繼續(xù)通過類比Neugebauer方程與光學(xué)理論所建立的色纖維混和顏色預(yù)測方程進行改進（假設(shè)對于混和纖維，其顏色僅受到上下兩層纖維影響）。當兩種有色纖維A和B混和時，色纖維混和樣品表面的A+B顏色元素（A纖維在上層，B纖維在下層）和B+A顏色元素（B纖維在上層，A纖維在下層）顯色是不同的。按照文獻［15］分析結(jié)果，若不計入纖維體積外直接透射光，任意入射時，纖維的總反射光與總透射光之比約為4∶1，100%的入射光經(jīng)過不斷地透射以及反射，最終反射出來的光總占比約89%，11%～20%的入射光會受到B色纖維即下部纖維的影響，如圖2所示。然而，實際上，A+B顏色元素的顏色值不能直接表示。因此，假設(shè)A+B顏色元素顏色值由80%～89%的A色纖維和［1-（80%～89%）］的B色纖維混和后的顏色來間接表示，B+A色元同理。易清珠已經(jīng)通過試驗驗證，如果假設(shè)以反射率為89%來進行顏色值的表示時，誤差相對較大，也不夠準確［11］60-62，因此我們繼續(xù)探究反射率在80%～89%之間時哪一個更準確。

圖2 A色纖維+B色纖維光路圖

試驗混色方案是以紅、黃、藍三色滌綸進行兩色混色，并按設(shè)計的混色方式和5種不同比例進行混色，混和方式為紅+黃，紅+藍，黃+藍兩色混和，按照混色方案制備30個樣品。表1是紅+黃的混色方法，紅+藍與黃+藍依此類推。

與前期易清珠考慮表面兩層纖維（但不考慮纖維的疊合順序）不同，假設(shè)考慮表面兩層纖維（考慮纖維的疊合順序）的色元三刺激值和點面積率對整體呈色的影響，兩色纖維A和B進行混和，就會有4種基礎(chǔ)色元，A+A，B+B，A+B和B+A，而且A+B色元和B+A色元是不同的，即A+B色元和B+A色元有不同的顏色值。A+B色元的顏色值就按照80%～89%的A色纖維和［1-（80%～89%）］的B色纖維逐一賦值計算，例如當取值為85%時，A+B色元的顏色值就直接用85%A和15%B的色纖維混和樣顏色值來進行表示，A+B色元的點面積率可以用A纖維的比例和B纖維的比例以概率學(xué)理論來進行計算，也就是ab。B+A色元的顏色值則可以用15%A和85%B的色纖維混和樣品的顏色值來表示，B+A色元的點面積率即ba，A+A和B+B的顏色值依舊是基礎(chǔ)色纖維顏色值可以直接測得，點面積率也分別是aa和bb，以此進行加和計算。具體方案如表2所示。

表1 混色方法

表2 兩色點面積率與三刺激值方案

考慮上下兩層纖維以及疊合順序有所不同對整體呈色的影響，本次試驗所要驗證的考慮表面兩層纖維（考慮纖維疊合順序）的顏色預(yù)測方程見公式（3）。

表3分別是利用Adobe Photoshop CS6處理和用Datacolor850型電腦測色儀提取基本色元的三刺激值。將依照表1混色方法和表2理論方法所混配實測樣品的顏色值，分別代入公式（3）得到預(yù)測值，將預(yù)測值和實測值代入CIEDE2000色差公式得到色差如圖3～圖5所示。色差均值與方差如表4所示。

表3 基礎(chǔ)色纖維顏色特征值

圖3 紅+黃纖維混和樣品色差

圖4 紅+藍纖維混和樣品色差

圖5 黃+藍纖維混和樣品色差

當研究上下兩層纖維以及纖維疊合順序?qū)φw呈色的影響時，依據(jù)前面的光學(xué)理論，假設(shè)當兩層纖維上下疊合時，反射率上層纖維占比多，下層纖維占比少，在80%～89%取了5個不同的比例進行相關(guān)假設(shè)驗證。由表4可見，不同顏色混和色差變化范圍不同；同時，Photoshop測色的誤差值相對于Datacolor測色結(jié)果小。考慮表面兩層纖維但不考慮疊合順序時所計算的色纖維顏色預(yù)測值與實測值之間的色差、色差均值以及色差方差如表5所示。經(jīng)過對比發(fā)現(xiàn)，當考慮表面兩層纖維且考慮纖維疊合順序時，其色差要比考慮表面兩層纖維但不考慮疊合順序時要更大，說明單純考慮反射率還是不夠準確。

此外，由表1混色方案和圖3～圖5可見，隨著色纖維混和樣中兩種色纖維混和比例差值的單調(diào)增大，色纖維混合樣的預(yù)測值和測量值之間的色差會減小，這可能是由于色彩明度的差異所造成的影響。色纖維明度值如表6所示。由表6可見，黃色的明度最大，紅色的明度要小一些，而藍色的明度是三者中最小的。明度小的色纖維和明度大的色纖維進行混和，明度大的色纖維比例若大于明度小的色纖維，則顏色預(yù)測值與實測值的色差要大于明度小的色纖維比例大于明度大的色纖維混和。

表4 不同顏色混和樣品不同測色方法的色差均值與方差

表5 考慮表面兩層纖維但不考慮疊合順序時的色差均值與方差

表6 色纖維明度值

2.3 不同種類纖維顏色預(yù)測方程驗證研究

建立與2.2類似的顏色預(yù)測方程，對不同種類纖維混和樣品進行顏色預(yù)測，研究不同種類纖維混和使用時，顏色預(yù)測方程的適用性。

把紅、黃、藍三色滌綸分別和白色萊賽爾纖維進行兩兩混色，按照與表1相同的混色方案進行混和，混和方式為黃+白，紅+白，藍+白兩色混合，共制備30個樣品。

白色萊賽爾纖維通過Adobe Photoshop CS6處理獲得的三刺激值X=89.30、Y=92.80、Z=78.60，采用Datacolor850型電腦測色儀獲得的三刺激值X=80.57、Y=85.26、Z=86.78。依照混色比例方案以及各實測樣品顏色值，分別代入公式（3），可以得到預(yù)測值，預(yù)測值和實測值代入CIEDE2000色差公式得到色差（如圖6～圖8所示）以及色差均值與方差（如表7所示）。

圖6 黃+白纖維混和樣品色差

圖7 紅+白纖維混和樣品色差

圖8 藍+白纖維混合樣品色差

表7 三基礎(chǔ)色纖維與白色纖維混和樣品不同測色方法的色差均值與方差

由圖6～圖8可見，隨著混和纖維中兩種色纖維混和比例差值的增加，較之前述有色滌綸兩兩混和相比，其色差變化不明顯，這主要是因為其中混入的萊賽爾纖維是白色的，白色會發(fā)生全反射。與樣品5相比，樣品6的白色纖維比例急劇減小，從88%下降到18%，色差曲線在中間有明顯的波動，且白色纖維比例較小時，色差相對更小；與有色滌綸相互混和后規(guī)律相同，Photoshop測色所得的色差相對于Datacolor測色更小。

3 結(jié)論

本研究以有色滌綸為主要研究對象，通過研究其混和呈色局部與整體特征，分析有色纖維混和對整體呈色影響的規(guī)律。

（1）由三基礎(chǔ)色滌綸與油墨四原色色域?qū)Ρ瓤梢钥吹?，油墨的混合色域空間大于有色滌綸，這主要是由于油墨和纖維的顯色原理不同所致。

（2）光學(xué)理論研究發(fā)現(xiàn)對于重疊的纖維來說，首層反射率會對人眼造成更大的視覺影響，且反射率在80%～89%之間，通過試驗發(fā)現(xiàn)色差相對較大。此外Photoshop測色所得的實際值與預(yù)測值的色差相對于Datacolor測色更小。

（3）通過試驗發(fā)現(xiàn)有色滌綸和白色萊賽爾纖維混和時，按照假設(shè)的顏色預(yù)測方程進行混和樣顏色的預(yù)測，發(fā)現(xiàn)兩種纖維比例變化不是很大時，其色差變化不明顯，較有色滌綸混和色差的變化小。