賀曉龍，王府梅，沈 華，衡 沖，馬愛琴，王 俊，張雪波

(1.東華大學紡織學院，上海 201620；2.河南工程學院 紡織學院，河南 鄭州 450000；3.新疆塔城地區(qū)纖維檢驗所，新疆 塔城 834700；4.山東南山智尚科技股份有限公司，山東 煙臺 264000；5.萊州市電子儀器有限公司，山東 煙臺 264000)

0 引言

天然色山羊絨和牦牛絨都有白絨、青絨、紫絨三大類，兔絨、駝絨、Alpaca羊駝毛等動物纖維和彩棉等也具有數(shù)種天然顏色。實際應用時，不同顏色的分梳山羊絨等天然色纖維具有不同的應用目標、不同的染色工藝和價格。分梳山羊絨多數(shù)經(jīng)過染色再紡紗，工廠一般選用與產(chǎn)品顏色相近的分梳山羊絨褪色再染色[1]。纖維原本的底色會影響染色后分梳山羊絨呈現(xiàn)的顏色[2]。為了更好地利用分梳山羊絨、牦牛絨等，染成理想的漂亮顏色，制定染色工藝前需要精準地掌握分梳山絨的顏色特征或指標。

隨著對服裝健康安全和環(huán)保性能的重視，人們開始追求不經(jīng)過染色的天然色纖維制品，也就是用天然色纖維進行混絨后作出目標顏色，這就需要更加準確地測量纖維的天然色類別和深淺程度即具體顏色值[3]。在昂貴的分梳絨產(chǎn)品設計中，準確掌握絨纖維的固有顏色、設計出天然色纖維混紡以及染色的合理準確工藝等用途，都需要一種準確定量方法來客觀地判別分梳山羊絨纖維的顏色類別和深淺程度。

目前，一般都依賴目光判定各類纖維的顏色類別，例如分梳山羊絨顏色分類是依據(jù)GB/T 18267-2013《山羊絨》標準采用的人眼判別法，將分梳山羊梳的顏色分為白絨、青絨和紫絨三類，并沒有數(shù)字化的定量規(guī)定，分級員根據(jù)經(jīng)驗對照文字描述確定顏色類別。該方法主觀性強、對人的經(jīng)驗要求高，只能定性分類，無法給出顏色深淺的定量評價[4]。

為了能夠更準確、客觀地表征分梳絨等纖維集合體的顏色，課題組基于橫沖的算法研發(fā)了數(shù)字化纖維測色系統(tǒng)[5]，該系統(tǒng)能夠準確的測出纖維集合體在RGB、XYZ和Lab三種色空間中的分布情況，橫沖等人還研究出根據(jù)三維顏色指標客觀判定分梳山羊絨的顏色類別的方法[5]。

本文設計系列實驗，采用數(shù)字化纖維測色系統(tǒng)測試分梳絨的顏色后，用衡沖方法對分梳山羊絨進行分類，與目光分類結果對比，驗證衡沖方法的正確性，并給出分梳牦牛絨、兔絨、駱駝絨等天然色纖維顏色值及分類依據(jù)，為完善分梳絨纖維客觀分類提供依據(jù)。

1 數(shù)碼測色系統(tǒng)和分梳山羊絨纖維的客觀分類法簡介

分梳絨的客觀分類需要借助數(shù)碼測色技術來實現(xiàn)。

1.1 數(shù)碼測色系統(tǒng)簡介

數(shù)碼測色系統(tǒng)的硬件包括試樣桶、加壓塊、光電檢測器、電腦四部分，后兩部分聯(lián)機工作，電腦控制光電檢測器測得試樣顏色信息后自動進入結果計算、結果輸出程序。

試樣桶用于固定纖維試樣的形狀和密度，如圖1所示。測試前將無底試樣桶放置在一個表面平整干凈的試驗臺上，稱取20g調濕好的纖維，放入試樣桶，放置試樣時盡量使底部纖維平整，在試樣桶上方用10kg的加壓塊壓縮10分鐘。

2.2.7.3 發(fā)病條件。黑麥草上的條銹菌侵入適溫為9～13 ℃，潛育適溫為13～16 ℃。此病在常年發(fā)生春旱的華北發(fā)病輕，華東春雨較多，但氣溫回升過快，溫度過高不利于該病擴展，發(fā)病也輕。只有在早春低溫持續(xù)時間較長，又有春雨的條件下發(fā)病重。

圖1 試樣桶和加壓塊

光電檢測器的玻璃試樣臺四周被黑色遮光板遮蓋，如圖2所示。中部流出測試窗口，黑色遮光板的作用是防止測色傳感器接收到試樣以外的光線。試樣壓縮10分鐘后取下加壓塊，將裝有試樣的試樣桶放到光電檢測器的測試窗口上，再在試樣桶上壓上2kg的加壓塊，準備測色。

圖2 光電檢測器

光電檢測器是測量系統(tǒng)的關鍵部件，其原理如圖3所示，電腦控制彩色CCD傳感器獲取試樣下表面的反射光圖像，按照預定路徑存入電腦硬盤。

圖3 光電檢測器的原理示意圖

電腦中的測色軟件主要包括獲取纖維圖片、結果計算與分析兩大部分。圖4所示為數(shù)碼測色系統(tǒng)的操作主界面。點擊“增加”按鈕，創(chuàng)建一個新試樣，依次輸入測試時間、測試者姓名、試樣編號等數(shù)據(jù)后，點擊“保存”，儀器存儲以上信息。再點擊“獲取圖片”進入試樣反光圖像的掃描界面，如圖5所示。

圖4 數(shù)碼測色系統(tǒng)主界面

圖5 獲取圖片界面

在圖5界面中點擊連接檢測器，系統(tǒng)會自動調出光電掃描界面，如下頁圖6所示。將試樣桶移至光電檢測器上后，首先點擊“預覽”按鈕，會得到圖6所示的一個平整纖維表面圖；若預覽得到的圖片顯示圖中存在陰影，則說明纖維面沒有整理平整，需要將試樣從試樣桶中取出，重新整理光滑，再進行壓縮，直至預覽的圖片沒有陰影；然后點擊“掃描”按鈕，系統(tǒng)獲得試樣的反射光圖像，如圖5所示；點擊圖5中的“保存并關閉”按鈕，進入圖4所示主界面，最后選中此項實驗記錄，點擊“進行計算”按鈕進入顏色指標計算程序。

圖6 光電掃描界面

采用上述數(shù)碼測色系統(tǒng)可以測出能夠代表分梳絨纖維顏色的各項指標，如常見的RGB色空間的R(代表紅色)、G(代表綠色)、B(代表藍色)三維顏色值；還有XYZ色空間的X(代表色調)、Y(代表亮度)、Z(代表色調)指標；Lab色空間的L(代表亮度)、a(代表紅綠色)、b(代表黃藍色)指標。其中Lab色空間因其均勻、色域廣，被廣泛用于描述物體的顏色[6]，亮度L的取值范圍為0～100，色調指標a和b的取值范圍均為-128～127，a值為正表示紅色，a值為負表示綠色，b值為正表示黃色，b值為負表示藍色[7]。

該設備同時可測試織物顏色。

1.2 分梳山羊絨的客觀分類法簡介

不同纖維的顏色值在各個色空間的分布范圍不同，分梳山羊絨客觀分類法是根據(jù)纖維顏色指標(Lab色空間、RGB色空間、XYZ色空間)的平均值進行分類，衡沖等人經(jīng)過研究提出了分梳山羊絨的三種客觀分類法。

(1)依據(jù)L值對分梳山羊絨進行分類的方法:纖維的L值處于85～94之間為白絨；L值處于72.5～85之間為青絨；L值處于35～72.5之間為紫絨。由于各色山羊絨的a值和b值相差較小，無法作為有效的分類依據(jù)。

(2)依據(jù)R值對分梳山羊絨進行分類:白絨的R值分布在230～248；青絨的R值分布在170～230；紫絨的R值分布在125～170；G、B值也可以作為判斷依據(jù)進行判斷。

2 試樣與實驗

選用32種分梳絨纖維(洗凈后經(jīng)過分梳去除了粗毛)即無毛絨進行實驗，包括29種山羊絨、1種深色牦牛絨、1種白兔絨、1種駱駝絨。

29種分梳山羊絨的天然色首先由專業(yè)人員按現(xiàn)行國標GB/T 18267-2013《山羊絨》采用目光判別法分類，結果是白絨9種、青絨10種、紫絨10種。

采用上述測色儀客觀測試32種分梳絨纖維的顏色值，每種纖維取3個樣品，取平均顏色值。首先，用衡沖提出的山羊絨客觀分類法對山羊絨進行分類，與目光分色結果對比，驗證山羊絨客觀分類法的準確率。而后，基于深色牦牛絨、白兔絨、駱駝絨的實測顏色值，給出判斷這些絨類纖維的客觀依據(jù)。

3 客觀分類效果考察

3.1 基于L值的客觀分類效果考察

圖7為本文試樣的實測Lab值的分布情況，縱坐標是32種試樣的Lab值的分布頻率，圖中虛線為衡沖給出的分梳山羊絨客觀分類法的分類界線。表1為山羊絨纖維基于衡沖的L值客觀分類效果。

從圖7(a)和表1種可以看出，用亮度指標L值對山羊絨纖維進行客觀分類的效果很好，本文所測試的白絨L值分布在90.08～92.21，青絨L值分布在75.75～82.79，紫絨L值分布在51.52～61.79，與衡沖研究的分梳絨客觀分類法對比，準確率達到了100%。同時，圖7(b)和圖7(c)表明分梳山羊絨中白絨、紫絨、青絨的色度指標a、b值有重疊區(qū)域，a值和b值不適合用于山羊絨的客觀分類。

表1 分梳山羊絨L值及客觀分類效果

圖7 實測Lab值的分布頻率圖

圖7顯示，對于白兔絨、深色牦牛絨、駱駝絨等其他分梳絨，也可用顏色值進行客觀分類。本文白兔絨纖維的L值＞97，可判定當L＞94時為白兔絨；除白牦牛絨以外的深色牦牛絨纖維顏色偏黑色，L值比紫絨的更小，可判定L＜35時為深色牦牛絨；駱駝絨的L值與紫絨的L值近似，因此僅用L值不能對駱駝絨進行客觀分類，但駱駝絨的b值遠大于其他分梳絨纖維，可以用L和b值組合判定駱駝絨，可判定當35＜L＜72.5并且b＞25時為分梳駱駝絨。

3.2 基于R值的客觀分類效果考察

圖8為本文試樣實測R、G、B值的分布情況，縱坐標是32種試樣的RGB值的分布頻率，圖中虛線為衡沖給出的分梳山羊絨客觀分類界線，下頁表2為基于R值的客觀分類效果。

下頁表2和圖8(a)中數(shù)據(jù)反應基于R值的客觀分類法在對白絨和紫絨進行分類時比較準確，本文測試的白絨R值分布在237.77～239.46，紫絨試樣的R值分布在125.22～142.01，與客觀分類法的分類界線均無矛盾。但在對青絨進行分類時存在了誤差，這是由于同為白絨、青絨、紫絨的不同纖維顏色深淺亦有差異，可能會存在某種青絨纖維的R值偏大，有超出分類界限的情況。此時需要借助第二個指標G值或B值來區(qū)分，如圖8(b)、圖8(c)中所示。

表2 分梳山羊絨R值及客觀分類效果

圖8 RGB值頻率分布圖

分梳白兔絨的G值＞250，比白山羊絨的最大值還大，可以由G值區(qū)分白兔絨；牦牛絨的RGB值均是最小的，R＜50，G＜50，B＜50，因此可用R或G或B值進行區(qū)分；駱駝絨的R值、G值與紫絨的接近，因此不能用R、G值去客觀判斷駱駝絨，但駱駝絨的B值小于其他紫絨纖維，駱駝絨的B值＜80，紫絨纖維的B值分布在80～125，可以用B值單一指標來判定駱駝絨。

3.3 基于Z值的客觀分類效果考查

圖9為本文試樣的實測XYZ值的分布情況，縱坐標是32種試樣的X、Y、Z值的分布頻率，圖中虛線為衡沖的分梳山羊絨客觀分類法的分類界線，表3為基于Z值的客觀分類效果。

圖9 XYZ值頻率分布圖

由表3中數(shù)據(jù)可得，基于Z值的客觀分類效果與基于R值的客觀分類效果近似，在白絨纖維和紫絨纖維的區(qū)分方面會很準確，本文所測試的白絨試樣的Z值分布在62.49～68.72，在區(qū)間56～75之內，紫絨試樣的Z值分布在15.13～28.52，在區(qū)間8～29之內，而在青絨纖維的區(qū)分方面存在一定的不足，同樣是因為不同青絨之間存在較大的顏色差異。因此需要借助X、Y值來進行區(qū)分，X、Y值均處于45～70之間的纖維為青絨纖維。

表3 Z值客觀分類法效果表

對于分梳白兔絨來說，其Z值＞80，可以作為客觀分類依據(jù)；對于深色牦牛絨來說，其Z值＜8，同樣可以區(qū)分深色牦牛絨；但是駱駝絨的XYZ值均與紫絨纖維相近，因此不能用X或Y或Z值來區(qū)分駱駝絨。

4 結論

顏色的客觀分類法與人眼判別法相比，具有客觀、準確、操作簡單等優(yōu)勢?；跀?shù)碼測色技術驗證和修正了前人的山羊絨客觀分類法，補充了其他分梳絨纖維的客觀分類方法，得到了以下結論:

(1)三種色空間Lab、XYZ、RGB比較，采用Lab色空間的亮度指標L值對分梳絨纖維進行客觀分類的效果最準確，僅用單一指標L可以有效區(qū)分山羊絨中的白絨、青絨、紫絨以及白兔絨、深色牦牛絨，但是，駱駝絨的L值與紫絨的L值近似，需要用L和b值組合判定駱駝絨。

(2)用L值以外的其他單一顏色指標區(qū)分絨類纖維顏色的效果都比較差，存在犯錯概率，采用其他數(shù)個顏色指標組合區(qū)分絨類纖維的方法比較復雜。