楊月茹 夏宇航 蔣家淼 李玲利 吳艷豐 程 璐

（1.新疆大學，新疆烏魯木齊， 830017；2.新疆溢達紡織有限公司，新疆烏魯木齊， 841100）

色紡紗因其富有立體色彩感及風格多變等特點而擁有廣闊消費市場前景，同時其具有“小批量，多品種，快交貨”的市場需求［1］。然而，現(xiàn)階段的色紡紗生產(chǎn)不僅配色過程復雜，且在對色過程的產(chǎn)品顏色評價階段也存在不利于色紡紗企業(yè)擴展生產(chǎn)規(guī)模的問題，例如耗時長和對色人員受自身情緒等主觀因素干擾導致評價不準確等。由此，將顏色評價的主觀感知量客觀定量化，即研究色差公式計算數(shù)值能否合適、準確地表征兩個樣品之間與人眼目測感覺相符的顏色差異跨度，可成為一種規(guī)避該類問題的可行性途徑，以提高生產(chǎn)效率。

色差公式的提出是基于某一種均勻顏色樣品進行大量顏色匹配試驗研究而來，但在實際生產(chǎn)應用中對色差公式的使用是針對不同基底（紡織品、顯示器圖像、印刷體等）的顏色樣本。因此，將不同色差計算公式應用到不同類別的顏色樣品后會導致色差計算結(jié)果與人眼視覺感知呈現(xiàn)不同程度的不一致性［2］。本研究對象為色紡紗，其呈色機理復雜，與目前大多數(shù)研究所用顏色樣本有著較大差異，因此對最為合適表征色紡紗顏色的色差公式研究具有重要意義。

目前在紡織領(lǐng)域直接以色差公式與人眼視覺特性一致性程度之間的矛盾點出發(fā)來對樣品進行顏色評價的研究較少，但在印刷、圖像等領(lǐng)域?qū)χ骺陀^顏色評價相關(guān)研究較多。郭鵬飛等［3］基于光柱全息印刷品通過主客觀評價研究得出CIELAB色差公式可較好地表征全息印刷品樣本對之間的色差值；黃敏等［4］通過主觀目測試驗對7個色差公式表現(xiàn)性能進行對比，研究得出CAM02-SCD和CAM02-UCS色差公式的表現(xiàn)較好；汪哲弘［5］基于陰極射線管顯示色檢驗CIELAB色度空間的色差公式，發(fā)現(xiàn)CIEDE2000表現(xiàn)最好；KIM D H等［6］選擇染色滌綸織物，采用灰梯尺法主觀評價得到CIE94色差方程的修正模型LCD公式的性能最好。

綜上所述，針對3種色差計算公式，即最基礎(chǔ)的CIELAB色差公式［7］、紡織行業(yè)常用的CMC（l∶c）色差公式［8］以及國際照明委員會（CIE）現(xiàn)推薦的CIEDE2000色差公式［9］，何者為最適用于以色紡紗為基底的顏色樣本色差預測有待考究。為此，在本研究中紡制不同混色比例色紡紗顏色樣本，設計人眼視覺評估試驗，探究色紡紗視覺評估值與3個色差公式計算值主客觀之間的相關(guān)性，確定適合本研究試驗對象的色差公式。

1 顏色評價方法

1.1 主觀評價

在紡織領(lǐng)域中進行主觀評價色差時常采用灰卡評級的心理物理學試驗方法?；铱ㄔu級法是指借助灰色樣卡中評價色牢度所用的級別來標定對色目測試驗中有色標樣與比樣之間的顏色差異，且用于色差范圍較廣的色織物樣品視覺色差評估［10-12］。本研究采用GB/T 250—2008《紡織品 色牢度試驗 評定變色用灰色樣卡》中的灰色樣卡，該色卡共設置9對灰色對比色塊，每對中的兩個灰色色塊之間的色差不同［13］。按照對比色塊之間色差大小將色差劃分為5級9檔，色差由大至小分別對應色差級別1級到5級，且每兩個整數(shù)級別之間存在一個半級［14］。在進行目測試驗時，觀察者依照規(guī)定要求觀察標準光源下放置的標樣與比樣，通過感知兩者之間的顏色差距并與灰卡中的級別進行比對，給出視覺感知的灰卡級別值。

1.2 客觀評價

1.2.1CIELAB色差公式

CIELAB色差公式的提出為顏色科學領(lǐng)域的后續(xù)研究發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，其采用顏色空間中兩個樣品色度坐標點之間的幾何距離表示，如式（1）所示。

式中：DL*為明度差異；Da*為偏紅綠程度；Db*為偏黃藍程度。

1.2.2CMC（l∶c）色差公式

CIELAB色差公式形式簡潔，但其均勻性較差。當處于不同色區(qū)的兩對樣品應用該色差公式時，所計算得到的色差值相等，但人眼視覺反饋出的色差感知并不處于同一等級。為緩解此問題給實際生產(chǎn)應用帶來的困擾，在CIELAB色差公式基礎(chǔ)上，相關(guān)顏色研究工作者引入調(diào)整因子l和c及修正系數(shù)對公式進行優(yōu)化，建立CMC（l∶c）色差公式，如式（2）所示。

式中：DL*、DC*、DH*分別為標樣與比樣的亮度差、飽和度差、色相差；SL、SC、SH為修正系數(shù)；l和c分別為調(diào)節(jié)明度和彩度的相對寬容量系數(shù)，紡織行業(yè)常采用l=2、c=1。

1.2.3CIEDE2000色差公式

色差公式不斷加以修正、優(yōu)化，2001年適用于中、小色差的CIEDE2000色差公式得到CIE推薦［15］，如式（3）所示。

式中：KL、KC和KH為與試驗條件有關(guān)的校正系數(shù)，取KL∶KC∶KH=2∶1∶1；SL、SC及SH分別為明度、飽和度及色調(diào)的權(quán)重函數(shù)；RT為旋轉(zhuǎn)函數(shù)，用來校正藍色區(qū)域色分辨橢圓主軸方向的偏轉(zhuǎn)。

1.3 色差評價效果統(tǒng)計方法

1.3.1性能評價因子PF/3

GUAN S等提出性能評價因子PF/3值作為表征兩個數(shù)據(jù)集一致性程度的指標，如式（4）～式（9）所示，在分析主客觀評價數(shù)據(jù)時多被采用［16］。PF/3數(shù)值越小，計算色差和人眼的目測數(shù)據(jù)之間的一致程度越高，即色差計算值更符合人眼對產(chǎn)品色差產(chǎn)生的感覺，色差公式的預測性能就越好。

式中：CV為變化量的系數(shù)；γ和VAB均表示兩個對比數(shù)據(jù)集之間的不一致性程度；N為顏色刺激色樣數(shù)據(jù)組的個數(shù)；ΔEi和ΔVi分別為第i對樣品對的色差計算值和視覺感知量；F、f為系數(shù)因子。

1.3.2標準化殘差平方和STRESS

與PF/3近似，STRESS的數(shù)值越小，表明計算色差和人眼目測數(shù)據(jù)之間的一致程度越高，其取值范圍是0～100。STRESS的計算公式如式（10）所示。

2 試驗與結(jié)果

2.1 制樣及顏色測量

2.1.1樣品原料選取

根據(jù)顏色視覺理論，某一種顏色可由紅、黃、藍三原色不同比例混合而成，混成顏色可占據(jù)色域空間較大的區(qū)域，是較為全面且常用的原色體系。本研究選用由博拉經(jīng)緯纖維有限公司提供的紅、黃、藍3種原液著色粘膠散纖維作為試驗原料，平均纖維長度33.2 mm，線密度1.95 dtex，散纖維實物圖如圖1所示，其色度參數(shù)見表1。

圖1 散纖維實物圖

表1 單色纖維色度參數(shù)值

2.1.2顏色樣本對選擇

本研究共設置53個混配比例，采用轉(zhuǎn)杯紡紗方式紡制顏色樣品。具體紡紗工藝流程：稱量纖維（FA124型電子天平）→手扯開松→FB360型梳理打樣機（梳理三次）→A301型并條試驗機（三道）→FA601A型轉(zhuǎn)杯紡紗試驗機。為控制混配比例單一變量，避免其他因素的干擾，在制備試驗樣本時將紗線線密度固定為58.3 tex，且手工緊密繞制紗線色卡便于后續(xù)顏色測量。部分色紡紗樣品紡制實例如圖2所示。

試驗者首先通過目測評估篩選顏色接近、顏色差異較小的色樣，組成人眼主觀評價色差試驗所用顏色樣本對54對，3種單色纖維混配質(zhì)量比例總遞增減量基本控制在0～20%之間。顏色樣本對配對設置見表2。

表2 顏色樣本對設置

2.1.3色度學指標測量

采用上海韻鼎國際貿(mào)易有限公司提供的Hunter Lab Ultra Scan PRO測色儀測量試驗樣本的光譜反射率值。儀器參數(shù)設定：光線幾何條件確定為照明觀察條件d/8、照明光源D65、測量孔徑0.991 cm，在光阱和白板的校準完成后進行試驗。將繞制色紗樣卡的正面（纏繞的紗線整齊度好的一面）對準測試孔徑，選取不同的6個測樣點進行測試，取平均值。

2.2 人眼視覺評價試驗

本研究選擇經(jīng)過石原氏色盲測驗后色覺正常的觀察者20人，測試環(huán)境盡量保持黑暗，觀察者觀測條件參考AATCC評定程序9《紡織品色差的目視評定》。試驗者向觀察者介紹試驗內(nèi)容，將本試驗目測色差評定參數(shù)設置準則告知觀察者，以變色用灰色樣卡作為察覺顏色差異的參考對，將試驗色樣對與之對比，確認試驗樣對之間的觀感色差接近于灰卡某級別所具有的觀感色差時，記錄該級數(shù)作為該試驗樣對的目測結(jié)果Gi值（1、2、3、4），中間等級按0.5來記錄。將每次判斷的結(jié)果Gi取平均值，獲得觀察者評估的最終結(jié)果。

2.3 主客觀色差測量值計算

運用MATLAB軟件，將篩選的54對樣品對的反射率代入色差公式，分別計算得CIELAB、CMC（l∶c）、CIEDE2000共3種不同色差公式的色差處理結(jié)果ΔE。將其整理至EXCEL表格。同時將目測評估試驗得到的灰卡級別G值對應記錄，使用MATLAB軟件將兩組數(shù)據(jù)進行多項式擬合，G值代入關(guān)系式即得視覺感知量ΔV，此數(shù)值將用于PF/3及STRESS指標的計算。

2.4 觀察者準確性

2.4.1誤判率

本研究評價觀察者的準確性采用誤判率（WD），WD的取值范圍是0～100%，WD的值越接近于0，則說明觀察者在此次試驗的判斷越精準。計算公式如式（11）所示。

式中：N為總樣品對數(shù)量；Wi為與錯誤判斷次數(shù)占總判斷次數(shù)的比例。

在本研究中以每對樣品對的灰卡級別均值為基準，觀察評級結(jié)果大于均值的觀察次數(shù)超過半數(shù)時，認為大于均值的級別為正確決定，小于均值的評級結(jié)果則為錯誤判斷，反之亦然。每對樣品共被20人觀察，每人觀察3次，一對樣品共被觀察60次。計算每一對樣品對大于、小于均值的次數(shù)，在認定正確決定的前提下計算每一位觀察者做出與整體評估情況不同的觀察次數(shù)，將其除以總觀察次數(shù)3，即得每位觀察者對某一樣品對的觀察結(jié)果誤判率。最后將20人次觀察的54對樣品對的誤判率作平均處理，此平均值即可作為觀察者的準確性，觀察者準確性結(jié)果見表3。

表3 觀察者的準確性

數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示，20人次觀察中誤判率最大為50.10%，最小為13.30%，均值為35.40%。與多位前人的研究數(shù)據(jù)比較，除去觀察者15和觀察者18，本試驗其他觀察者數(shù)據(jù)均在可接受的范圍內(nèi)，因此本研究中的人眼目測評價色差試驗數(shù)據(jù)是具有有效性的［17-18］。

2.4.2反射率偏差

反射率偏差是標樣反射率與比樣反射率之差的絕對值除以標樣的數(shù)值，可以反映兩個色樣之間的顏色差異，反射率偏差值越小，表明兩者的顏色越相近。本研究引入反射率偏差與灰卡級別G值對比作為觀察者準確性的評價指標，結(jié)果見表4。

表4 顏色樣本對反射率偏差

通過Minitab對表4兩組數(shù)據(jù)作異常值分析后再進行相關(guān)系數(shù)分析。相關(guān)系數(shù)為-0.445，呈現(xiàn)一般的負相關(guān)性，p值為0.001，小于顯著性水平α=0.05，否定了原假設p＞0.05時無顯著線性相關(guān)性，即可認為反射率偏差與G值為負相關(guān)。兩者整體呈現(xiàn)反射率偏差越小，灰卡級別G值越大；G值越大，樣品對給人的視覺感知差異越小，由此也可驗證本研究目測評價結(jié)果較為準確。

2.5 色差公式評價效果分析

將獲得的色差計算值與經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后的視覺感知量整理于EXCEL表格中，將CIELAB、CMC（2∶1）、CIEDE2000色差公式計算的樣品對色差數(shù)值分別于各自擬合得到的視覺感知量代入PF/3以及STRESS公式，對兩兩配對，共3組的數(shù)列數(shù)據(jù)進行計算處理。PF/3及STRESS兩項評價指標均數(shù)值越小，公式的預測性能越好。CIELAB、CMC（2∶1）、CIEDE2000色差公式的PF/3分別為22.33、19.02、41.24。結(jié)果顯示，針對原液著色粘膠纖維轉(zhuǎn)杯紗，CMC（2∶1）色差公式的預測性能最優(yōu)，即人眼目測感覺與色差計算結(jié)果符合程度是最好的，相同的數(shù)值變化給人不同的顏色差別感覺較小；CIELAB次之，CIEDE2000最 差。CIELAB、CMC（2∶1）、CIEDE2000色差公式的STRESS分別為28.78、24.72、40.47。借助STRESS評價方式所得的結(jié)果與PF/3保持一致。為將色差公式預測性能發(fā)揮至最優(yōu)，后續(xù)仍需更多的顏色科學工作者創(chuàng)建不同材料的色差數(shù)據(jù)集來研究不同色差公式所對應的最合適應用對象。

3 結(jié)論

本課題主要研究了3種色差公式對原液著色粘膠纖維轉(zhuǎn)杯紗色差的預測性能，探究最適合表征色紡紗顏色差異的色差公式，得到以下結(jié)論。

（1）在進行觀察者準確性分析中，其均值為35.40%。與前人研究數(shù)據(jù)以及反射率偏差結(jié)果相比較，本次視覺評價試驗數(shù)據(jù)是有效的。

（2）計算樣本對的反射率偏差，其也可表征樣本對的顏色差異，同時可以檢驗目測試驗評價的效果，兩者整體反映出一致的規(guī)律，即反射率偏差越小，灰卡級別G值越大，兩樣本之間的顏色差異越小。

（3）在以本試驗設置混紡比例的色紡紗為研究對象來探究3種色差公式與人眼目測一致性程度試驗中，CMC（2∶1）、CIELAB、CIEDE2000的PF/3和STRESS值分別為19.02、22.33、41.24和24.72、28.78、40.47。CMC（2∶1）預測性能最優(yōu)，CIELAB次之，CIEDE2000最差。因研究對象的不同且色紡紗呈色機理較為復雜，CIEDE2000的預測性能表現(xiàn)不好，與前人應用此方法的研究結(jié)論有所出入，故此問題需繼續(xù)加以研究。