（纺织工程专业论文）基于色度空间中同色异谱现象的色牢度测定原理研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

基于色度空间中同色异谱现象的色牢度测定原理研究 摘要 纺织品色牢度的测试一直是一件十分困难的工作。传统的测试方法一直是人 工目测色差，受到环境、光源、工作人员的视力、辨色经验等因素的限制。为了 解决这一难题，人们进行了大量的研究工作，随着电脑测色配色技术的迅速发展， 研究证明使用仪器来代替人眼来评价颜色之间的差异是完全可行的。并且经过前 人的长期的努力，已经取得了很大的进展。在很多领域中已经获得了广泛的应用。 目前世界上已经研制出很多测定色牢度的仪器，本论文主要是利用对在色度空间 中同色异谱现象的研究，实现一种的新的测定色牢度的方法，一种更加精确的色 牢度评级方法。总体思路是通过数码方式对织物的颜色特征进行复制，得到计算 机中r g b 颜色空间坐标的同色异谱图像，然后对该同色异谱图像进行分析测量， 得到与传统光学测量结果相一致甚至更准确的数值，最终达到对织物颜色进行测 量分析和评级的目的。论文主要目的是要将该理论应用到实践中去进行色牢度的 测试，把测试结果同传统的分光光度计和专家目光对比，通过课题中结果分析对 比可以明显看出利用本课题色度空间中同色异谱现象的色牢度色测定原理对织 物色牢度的评级效率优于目前普遍使用的分光光度计。所以我们认为本课题理论 可应用于色差评级领域，可以代替人眼对颜色进行测量和评定。 硕士研究生商大伟( 纺织工程) 指导教师邢明杰教授 关键词：计算机视觉系统；静态颜色；数学模型；色牢度；同色异谱 t h e s t u d yo f c o l o rf a s t n e s sm e a s u r e m e n tp r i n c i p l eb a s e do n p h e n o m e n a o fm e t a m e r i cc o l o u r si nc o l o rs p a c e a b s t r a c t t h et e x t i l ec o l o rf a s t n e s st e s ta l w a y si sa ne x t r e m e l yd i f f i c u l tw o r k t h e t r a d i t i o n a lt e s tm e t h o da l w a y si st h em a n u a lr a n g ee s t i m a t ec h r o m a t i c a b e r r a t i o n ，r e c e i v e s l m i t so ft h e e n v i r o n m e n t ，t h ep h o t os o u r c e ， s t a f f s v i s i o n ，d i s t i n g u i s h e sc o l o re x p e r i e n c ea n ds oo n i no r d e rt os o l y et h i sd i f f i c u l t p r o b l e m ，t h ep e o p l eh a v ec a r r i e do nt h em a s s i v er e s e a r c hw o r k , a n da l o n gw i t h t h ec o m p u t e rt e c h n i c a lo fm e a s u r i n gt h ec o l o ra n d m a t c h i n gt h ec o l o rr a p i d d e v e l o p m e n t ，t h er e s e a r c hp r o v e dt h ei n s t r u m e n t a t i o nr e p l a c e st h ep e r s o ne y et o a p p r a i s et h ed i f f e r e n c eo ft h ec o l o ri sc o m p l e t e l yf e a s i b l e ，w h i c hh a sa l r e a d y m a d et h ev e r yb i gp r o g r e s sa r e rt h el o n g - t e r me n d e a v o ro fp r e d e c e s s o r s t h e t e c h n o l o g yh a sa l r e a d yo b t a i n e dt h ew i d e s p r e a da p p l i c a t i o ni nm a n yd o m a i n s t h i ss t u d ym a k e su s eo ft h er e s e a r c ht om e t a m e r i cc o l o u r si nc o l o rs p a c e ，t o a c h i e v ean e ww a yo fm e a s u r i n gc o l o rf a s t n e s s ，am o r ep r e c i s ew a yo fm e a s u r i n g c l o rf a s t n e s s g e n e r a li d e ai st h a tc o p y i n gt h ec o l o rc h a r a c t e ro ff a b r i ct h r o u g h t h ew a yo fd i g i t a lt o o l s ，t oa b t a i nm e t a m e r i cc o l o u r si m a g e so ff a b r i co ft h er g b c o l o rs p a c ec o o r d i n a t e si nc o m p u t e r , a n dt h e nt om e a s u r ea n da n a l y s i s m e t a m e r i cc o l o u r si m a g e s ，w i t ht r a d i t i o n a lo p t i c a lm e a s u r e m e n t sa r ei nl i n ew i t h t h er e s u l t se v e nm o r ea c c u r a t en u m e r i c a l ，a n du l t i m a t e l ya c h i e v i n gt h ef a b r i c c o l o rm e a s u r e m e n ta n a l y s i sa n dr a t i n gp u r p o s e s t h em a i np u r p o s eo ft h et h e s i s i st oa p p l yt h i st h e o r yt op r a c t i c et oc a r r yo nt h et e s to ft h ec o l o rf a s t n e s s ， c o m p a r et e s tr e s u l tw i t ht r a d i t i o n a ls p e e t r o p h o t o m e t e ra n de x p e r t ss i g h t ，t h e r e s u l ta n a l y s i sc o n t r a s tm a ys e eo b v i o u s l yt h a tt h et o p i ci nu s e si nt h i st o p i c c h r o m a t i c i t ys p a c em e t a m e r i cc o l o u r sp h e n o m e n o nc o l o rf a s t n e s sc o l o r d e t e r m i n a t i o np r i n c i p l es u r p a s s e st h es p e c t r o p h o t o m e t e ro ft h ep r e s e n tu n i v e r s a l u s ei nt h ef a b r i cc o l o rf a s t n e s sr a t i n ge f f i c i e n c y t h e r e f o r ew et h o u g h tt h a tt h i s t h e o r ym a ya p p l yi nt h ec h r o m a t i ca b e r r a t i o nr a t i n gd o m a i n ，m a yr e p l a c et h e h u m a ne y et oc a r r yo nt h es u r v e ya n dt h ee v a l u a t i o nt ot h ec o l o r s h a n gd a w e i ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db y yp r o f x i n gm i n g j i e k e yw o r d s ：e l e c t r o n i cc o m p u t e rv i s u a ls y s t e m ，s t a t i cc o l o r , m a t h e m a t i c m o d e l ，c o l o rf a s t n e s s ；m e t a m e r i ce o l o u r s 青岛大学硕上学位论文 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文 中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意 义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论 文或成果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 做作者签名高衣啼 瞧埘年多目r 日 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本 人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单 位仍然为青岛大学。 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保密口 ( 请在以上方框内打“4 一) 做储躲i | 私【骷 眺妒辟阳r 日 瓢飞乙1 哆 青岛大学硕士学位论文 1 1 课题研究目的、意义 第一章前言 纺织服装行业对于高速发展的中国经济具有重要的战略意义，是出口创汇的支 柱产业之一。在我国逐步成为世界性制造业基地的过程中，提高纺织服装企业的核 心竞争力具有重要的战略意义和现实意义。而纺织服装企业的核心竞争力之一就是 提供高品质和高附加值的产品，面料的色牢度控制成为影响产品品质和附加值的主 要因素之一。 国内对于色牢度评定，主要还是依靠专家目测的方法，该方法是以五级九档的 灰色样卡与被测样品处理前后颜色差异进行比对，确定相应的色牢度级别。目前国 家有样卡标准评定变色用灰色样卡( g r e ys c a l ef o ra s s e s s i n gc h a n g ei n c o l o u r - g b 2 5 0 1 9 9 5 i s o1 0 5 a 0 2 - 1 9 9 3 ) 和评定沾色用灰色样卡( g r e ys c a l ef o r a s s e s s i n gs t a i n i n g g b 2 5 卜1 9 9 5 i s o1 0 5 a 0 3 - 1 9 9 3 ) 用于人工目测标准。人工目 测方法虽然简便，但是其弊端也很明显。除了有适宜的环境和严格要求的光源的客 观条件外，对人的要求必须是：视力正常、经过严格培训，且具有丰富的辨色经验。 其测量结果的准确性受主观因素干扰太多一例如：观测者的心理状态，生理状态( 包 括年龄、测试时身体状态、测试时间太长易产生疲劳等等) 因此测试结果主观性 和测试人员生理状态的局限性等原因很容易产生观测误差，因此用仪器代替人进行 色差的测定，评定色牢度等级必然成为未来的发展趋势。 常用的测色仪器的种类很多，但基本上都是基于光谱分析测色，主要分为：分 光光度测色仪器和光电积分式测色仪器。光电积分式测色仪器通过色度探测器对被 测颜色光谱能量进行积分测量，直接获得目标的三刺激值，如色度计和色差计等， 已被广泛应用于工业实践。采用分光光度法测定颜色的内容，主要包括物体反射或 透射光度特性的测定，以及根据c i e 标准色度观察者光谱三刺激值函数计算出样品 的三刺激值x y z 等色度参数的。分为机械式扫描和电子式扫描两大类，后者测色速 度相对高，适合工业生产。以上这两大类测色仪器中，分光光度计类虽然在测量精 高，稳定性好，但价格昂贵，一般在一两万美金以上，中小企业和小的测试机构无 法承担。因此在实际的工业生产中光电积分测色仪器以其相对便宜的价格和方便携 带的性能，应用比较广泛，但光电积分测色仪器的光电探测器的稳定性差造成了其 测量准确性低的缺陷。光电探测器是信号源，其稳定性直接导致系统的稳定性。光 电探测器由照明光源、滤色器、硅光电池、隔热玻璃、凸透镜、通光简、挡板、积 分球等组成。由于照明光源中卤钨灯的光谱稳定性与电源电压稳定性相关，光源的 青岛大学硕：十：学位论文 稳定性受外界影响大，另外卤钨灯的红外线的热副作用，使积分球内的温度升高， 这样会造成滤色器的透射波长范围漂移，给测量结果造成很大的副作用；挡板在制 作的过程中，受加工精度的限制，其透射率肯定不同，透射光强有损耗，照射到硅 光电池上的光不能满足c i e 要求d 6 5 光源的光强，因此，在这一部分也会造成测量 误差。另外，光学测色仪器普遍存在探测头取样面积固定、单一，无法随意选取试 样面积和同时多点测试的缺点。基于上述缺陷，造成了仪器测色一直无法广泛普及 替代人工目测现状。 1 2 国内外概况 2 0 世纪5 0 年代以后，颜色测量理论基本上都已经出现，随着颜色工业的发展， 对颜色的测量和标定遇到的问题也越来越多，于是各种更为精确和复杂的光学模型、 算法技术及相应测色系统不断被提出、研制和开发。随着数学和计算机科学不断发 展，各种新的技术也不断被应用到这个领域，如：多光通理论、递归二次逼近及优 化算法、曲线拟合等通用颜色系统数学模型、神经网络技术等等。然而，国内在仪 器测色的理论和系统的研究一直处于落后的状态，计算机测色系统的研制处于起步 阶段。 国际上测色仪器有很多种，其中美国的爱色丽、瑞士的d a t a c o l o r ，德国 s a l u t r o n 公司和日本的美能达等国家的著名公司研制了实用的测色与配色系统，并 有相当数量的在中国国内销售。国外的较为成熟测色仪器目前依然是分光、积分两 大类，但与计算机软件互补的系统越来越多。其它的测色方法包括利用色度空间的 转化代替光电转换部分的实用测色设备目前一直处于理论和实验阶段。 2 0 0 3 年，英国德比大学( d e r b yu n i v e r s i t y ) 的c u i ，g 、l u o ，m r 、r h o d e s ，p a 、 r i g g ，b 等人提出利用数码相机系统对色牢度的等级进行评定，在实验中由于数据并 不理想，他们对i s o 的计算公式进行了修改。2 0 0 4 年，他们在基于0 3 的数码相机 测试数据和新的计算公式基础上提出了一种新的色牢度评价体系，在此他们对色度 空间转换没有直接建立相应的转换模型，而是通过修改后期的计算公式达到数据的 准确。 2 0 0 5 年，英国利兹大学的x i o n g ，w e i h u a ，提出利用非线性r g b - x y z 建模，对 测绘仪器进行校正，采用数学拟合的方法消除一些仪器测量过程中的规律误差。2 0 0 5 年，美国新泽西理工学院的s h i h ，p e i c h u n g 、l i u ，c h e n g j u n 等人在5 t hi n t e r n a t i o n a l c o n f e r e n c eo na u d i o a n dv i d e o b a s e db i o m e t r i cp e r s o na u t h e n t i c a t i o n 上， 提出了1 2 种颜色空问的对比关系，对r g b 与其它颜色空间的对应关系进行了探讨， 对建立色度窄间转换模型的可能件提出了理论论证。他们指出，在一种色度空i 日j 中 2 青岛人学硕上学位论文 的部分颜色区域在另外的空间中应该有与之相对应的色空间区域。 国内在计算机测色方面进行研究相对较少。大部分是对现有光谱分析测定方法 方面进行完善，并在测试设备上进行改进。北京机械工业学院的徐小力教授开发的 智能化数字化测色仪器系统和西北工业大学的卢京潮教授的动态分光测色仪 计算机控制系统，就是一种光电测色系统优化改进系统。其电路系统和软件系统 都是基于光电测色方式上改进优化，并对测量结果利用计算机或微处理器进行计算、 分析、修正，提高测量的稳定性。这种方式的改进仍旧采用了把光信号通过光电转 换，采集光谱能量数据，进行数学分析，原理依赖于传统光电测色理论，与课题通 过分析同色异谱图像，通过色度空间的转换得到x y z ，取消对光电转换器件的依赖， 有本质的区别。东华大学曹万里、陕西科技大学的薛朝华、无锡出入境检验检疫局 邓瑾等也在这一方面进行了探讨。这些研究虽然对测量的稳定性进行了优化，但不 能从根本解决光电测色缺陷一价格昂贵、弱反射色测定误差大、不能多面积、多点 测量，不能批量测定等问题。 2 0 0 2 年，山东检验检疫局提出了利用成像设备对测量对象进行复制后，在计算 机内对复制图像进行色度空间转换，分析色差的观点。该方法从根本上解决了光电 测色设备的缺陷：价格低廉、测量面积可灵活选定、可以重复多点测量、可以对样 品进行批量评级、测量结果稳定。2 0 0 5 年江苏科技大学的方喜峰、朱鹏程等人也对 该方式进行了研究一纺织品色牢度色差评级测试方法和装置。该方法也是利用 数码成像设备对纺织品进行图像采集后，提取品质特性信息，主要是采用图像的灰 度信息，进行分析，利用灰度信息对色牢度进行评级。 2 0 0 5 年度我们同山东检验检疫局重新对该方法进行了进一步的研究，并首先提出了 利用同色异谱的基本原理，建立计算机中r g b 色立体空间向c i e x y z 的色立体转化的 色度空间转化模型，并提出r g b 向x y z 转化的非线性关系，利用彩色空间转换对色 差信息进行分析，评定色牢度等级。 对于r g b 色立体空间向c i e x y z 的色立体转化，用于色彩计算和识别方面，吉林 大学张守勤教授的基于计算机视觉的蔬菜颜色检测系统也进行了深入探讨，提 出建立r g b 向x y z 转化关系，并提出了r g b 与x y z 之间的转换关系伟非线性的，测 定色差，用于对农产品颜色进行精确量化。青岛大学纺织服装学院的张幼红老师在 纺织品沾色程度的仪器评级研究提出了利用r g b 与x y z 三刺激值之间的关系测 定沾色色差。德州检验检疫局的曹新忠在用计算机测定织物色差系统提出根据 利用计算机对试样的变色和粘衬织物的沾色分别评定。加拿大西蒙菲沙大学计算机 科学学院的熊伟华在 ( n o n l i n e a rr g b t o x y zm a p p i n gf o rd e v i c ec a l i b r a t i o n ) ) 提出了r g b 与x y z 两个色度空间之间的非线性关系，并对这种非线性关系进行校正， 把这种非线性关系应用到测绘仪器。 青岛大学硕士学位论文 2 。1 总体思路 第二章原理 通过数码方式对织物的颜色特征进行复制，得到计算机中r g b 颜色空间坐标的同 色异谱图像，然后对该同色异谱图像进行分析测量，得到与传统光学测量结果相一 致甚至更准确的数值，最终达到对织物颜色进行测量分析和评级的目的，见下图： ( 如图2 1 ) 被测织物 条件l l 通过数码设备进行图像复制 条件2 ： 1 r p c 中织物同色异谱图形 由r g b 色度空间建立 - 建立色立体空间转换数学模 由r g b 空间挈 1 r 该图像中颜色c i e x y z 值 利用国家标准公式实现 c i e x y z 一一c i e l a b 的转 1 r c i e l a b 值 参照国家标准 变色f z t0 1 0 2 4 9 3 沾色f z r0 1 0 2 3 9 3 e r 误差分 r 析超过标准色牢度级别 与专家目光 一致性分析 r 结果 4 的外部条件 青岛大学硕士学位论文 2 2 主要研究内容 1 数码成像计量稳定性的研究及设备的选定； 2 形成同色异谱图像的外部条件确定； 3 建立计算机中色立体r g b 与c i ex y z 色立体空间的转换数学模型； 4 c i e x y z 与c i e l a b 转换过程中) 【n 、y n 、z n 值的修正； 5 测量、运算过程中的误差分析； 6 与传统测色设备和专家目光结果对比分析； 2 3 传统测色与同色异谱方法的测色原理 传统颜色测量过程如图2 - 2 所示。s ( 入) 光源的光谱功率分布：p ( 入) 或t ( 入) 是待测物体的光谱反射或透射曲线；把待测物的光谱反射曲线的高度在每个波长上 相乘，得到p ( 入) s ( 入) 曲线，它表明该光源中每个波长的能量从样品上反射回来 的数量称为颜色刺激函数，用巾( 入) 表示。再将p ( 入) x s ( 入) 曲线高度各自乘以代 表人眼平均彩色视觉功能的光谱三刺激值x ( 入) 、y ( 九) 、z ( 入) ，得到的三 条曲线下面的面积就是待测物体颜色的三刺激值。 图i 囤l 、一i l 叭 l i i 门。) l i 突跗) 踯) l z 户( a ) s ( j 1 ) 只名) ll _ ，r o ) i y 图2 - 2 颜色测量过程的示意图 l x 颜色三刺激值的计算方法是由颜色刺激函数分别乘以c i e 光谱三刺激值，并在整 个可见光谱范围内分别对这些乘积进行积分。三刺激值的标准方程是： 5 青岛大学硕士学位论文 x-k r 妒( a ) x ( a ) d a 二 y 一七r 妒( a ) y ( a ) d x ( 2 1 ) 气 z 七r 妒( a ) z ( a ) d a 气 式中，颜色刺激函数巾( 入) 对于测定光源色时，由( 入) = s ( 入) ；对于反射体时， 由( 入) = p ( 入) s ( 入) ：对于透射体时，巾( 入) = t ( 入) s ( 入) 在实际织物测量时适用 于反射体。在得到x y z 值后可由国标：纺织行业标准f z t0 1 0 2 3 - 9 3 贴衬织物沾 色仪器评级方法、f z t0 1 0 2 4 - 9 3 o 0 0 8 8 5 6 青岛大学硕士学位论文 f ( x x n ) = 7 7 8 7 ( x x n ) + 1 6 11 6 f ( y y n ) = ( y y n ) ( 1 3 ) f ( y y n ) = 7 7 8 7 ( y y n ) + 1 6 11 6 f ( z z n ) = ( z z n ) ( 1 3 ) f ( z z n ) = 7 7 8 7 ( z z n ) + 1 6 11 6 当x x n o 0 0 8 8 5 6 当y y n o 0 0 8 8 5 6 当y y n 0 0 0 8 8 5 6 当z z n o 0 0 8 8 5 6 当z z n o 0 0 8 8 5 6 由于每个灰阶对应标准x y z 和l a b 值已经给出，y n - - 1 0 0 固定，只需解二元一 次条件方程即可得到每个灰阶对应的x n 、z n 值，见下表： 表2 _ 6 灰阶对应标准x y z 和l a b 值与】【i l 、y n 、z n 值对应表 灰阶 xyzlab z n 测x n 测 d r a i n7 7 8 98 0 8 76 9 2 29 2 0 7一o 1 72 2 98 2 5 1 4 3 89 6 4 2 0 6 g s l7 0 2 97 3 6 46 2 2 88 8 7 5一1 5 2- 1 4 98 2 5 1 4 4 8 9 6 4 2 1 3 5 g s 26 1 7 86 4 6 45 3 8 3 8 4 31 - 2 5一o 5 2 8 2 5 2 9 8 6 9 6 4 0 9 3 5 g s 35 5 2 25 8 2 34 9 1 28 0 8 72 3 11 2 28 2 5 3 3 2 1 9 6 4 2 2 3 9 g s 44 8 3 45 0 6 94 2 5 77 6 4 91 4 7一o 9 3 8 2 5 2 8 7 29 6 4 2 6 7 1 g s 54 2 4 14 4 4 23 6 8 97 2 5一1 2 5一o 3 38 2 5 1 1 7 2 9 6 4 1 9 6 7 g s 63 7 0 53 8 6 43 1 9 76 8 4 9一o 6 9一o 1 28 2 5 3 3 9 69 6 4 3 2 1 8 g s 73 1 3 13 2 7 92 7 1 96 3 9 9 - 1 1 10 2 2 8 2 5 2 6 0 69 6 4 1 4 6 2 g s 82 6 3 42 7 6 22 2 8 55 9 5 41 2 10 0 98 2 5 5 8 6 59 6 4 3 6 7 6 g s 92 2 8 32 3 7 3 1 9 4 6 5 5 8 2一o 2 6o 2 78 2 5 4 4 79 6 4 5 0 1 6 g s l 01 9 3 52 0 1 41 6 8 45 1 9 9一o 3 9一o 5 l8 2 5 3 2 8 79 6 4 6 2 0 3 g s l l1 6 4 21 6 9 91 4 1 64 8 2 4o 1 90 3 78 2 5 13 5 49 6 4 4 6 4 3 g s l 21 3 0 81 3 5 81 1 4 5 4 3 6 2 一o 0 9- 0 7 48 2 5 2 0 2 79 6 4 1 9 3 8 g s l 3l o 8 91 1 2 89 74 0 0 5o 0 9 - 1 3 2 8 2 5 6 3 1 29 6 4 3 4 7 4 6 s 1 48 58 8 27 6 53 5 6 3一o 0 1- 1 58 2 4 9 4 2 39 6 3 8 4 8 7 g s l 56 7 26 9 96 3 33 1 7 7一o 2 22 6 28 2 4 4 0 0 59 6 4 4 6 0 6 g s l 64 9 95 1 54 7 82 7 1 5o 2 6 2 9 98 2 4 6 9 2 19 6 4 8 8 0 7 g s l 73 7 43 9 33 7 42 3 4 5一o 7 73 2 68 2 6 9 2 5 4 9 6 4 7 0 3 7 g s l 82 6 22 7 42 7 71 8 9 6一o 3 64 28 2 6 0 2 89 6 3 0 8 8 2 g s l 91 7 71 8 52 0 41 4 7一o 5 4 5 3 1 8 2 7 6 0 4 9 9 6 8 5 7 3 9 g s 2 01 1 61 2 41 3 ll o 8 2一1 0 64 0 68 2 。0 9 5 0 1 9 6 1 6 6 7 2 g s 2 10 9 31 1 1 9 9 - 1 4 6 5 5 8 2 9 9 1 0 59 6 8 8 6 2 8 g s 2 2o 7 6 0 7 9 o 7 57 1 5一o o l- 1 8 18 2 7 6 1 4 29 6 2 3 3 8 2 d m a x0 3 2o 3 10 3 22 7 9o 7 31 2 88 1 5 9 3 4 79 7 3 3 8 6 4 8 2 5 13 5 89 6 4 8 3 2 3 1 9 青岛大学硕士学位论文 最后计算所求出的x n 值、z n 值的平均值，则x n = 9 6 4 8 3 2 3 、y n = 1 0 0 、z n = 8 2 5 1 3 5 8 即为我们实验计算所需的x n 、y n 、z n 。 青岛大学硕士学位论文 3 1 测量中注意的问题 第三章测试 由于织物上的外来干扰会影响测试结果，因此在测试过程中应注意以下操作细 节： 1 、测试前，应对测试样品进行表面清洁、平整处理，特别对各种洗、磨色牢度样品， 尽可能使试样表面恢复原状，清除织物表面毛花。 2 、测试过程中，样品处于自然状态，不能拉伸变形，另外对针织物要防止卷缩，避 免织物因密度不同导致测量误差。 3 、测量长毛绒、大毛圈类立体织物，样品要进行预处理，使其毛羽向一侧倒顺、平 整光滑，压平扫描测试。 4 、对花型织物，处理前、后两块样品花型要尽量相同，测量时，应尽量选取同样的 花型循环，在扫描时，花型方向要一致，以方便选取同样的花型循环。 5 、单色织物测量变色色牢度时，测量面积的选取尽量大，以避免偶然性误差。 6 、在扫描样品时，注意两对比样应放在扫描仪一侧进行扫描，以减少扫描误差。 7 、测变色色牢度时，应对试样测量3 - 5 次，取平均值为测量结果。 8 、测沾色色牢度时，应注意选取颜色最深部分与基布进行比较，色差最大为测试结 果。 3 2 测试步骤 1 、扫描仪预热5 分钟； 2 、 启动测试软件； 3 、 按注意事项放入样品； 4 、调入图像进行测试； 5 、生成测试报告。 2 l 青岛大学硕上学位论文 第四章结果与分析 4 1 测量、运算过程中的误差分析 在整个测量的过程中，所产生的误差分别有以下几方面构成： 1 、 扫描仪在图形复制过程中产生的误差； 2 、 色彩空间连接的过程中由r g b 转c i e x y z 的拟合误差； 3 、偶然性误差，包括样品处理不规范，表面毛羽过多、选择测试范围不规 范等等。 其中，偶然性误差可以通过规范操作步骤尽量减少。在课题研究运算处理过程 中，着重对前两种误差进行了处理。扫描仪的误差主要通过几方面处理，一方面我 们在选用扫描仪时，对其复制图像的的稳定性进行了筛选，使图像的r g b 值的变化 在o 5 范围内( 选定图像位置不动，连续测定3 - 5 次) ，另一方面，利用已有的成熟仪 器对扫描的外部环境进行选择，确定最优扫描仪固定外部参数环境，再者，在空间 连接过程中，由r g b 向c i e x y z 的色度空间转换的数学模型建立过程中，对扫描仪产 生的误差也一同进行了拟合消除，向标准的c i e x y z 值转换。减少色彩空间连接的过 程中由r g b 转c i e x y z 的拟合误差，课题通过分析多种数学拟合方法，选定拟合的效 果最好的三次多项式拟合，运算过程中使r g b 坐标计算点与c i e x y z 坐标点之间的欧 几里德向量范数达尽量趋近于零。 上述过程中产生的误差，只要在误差要求范围内，即可被接受。在本课题中， 变、沾色评级误差在o 5 级范围内，因此测量过程中总误差( 硬件与计算) ，即测量的 结果e r 的误差范围在色牢度评级0 5 级范围内即可。 在此课题仍然选用柯达【q 6 0 2 0 0 0 0 4 】色卡中标准数据x y z 值得到颜色差别为 标准进行e r 的误差范围分析的，按色牢度1 - 5 级我们得到标准值计算e r 与色 牢度自动评级仪e r 对比误差表( 见附件3 ) 。 图4 - 1 为e r 的误差分布图。在x 轴向9 之前为1 - 2 级，误差允许范围为3 4 ； 9 - 2 6 为2 级误差区域，误差允许范围为2 4 ；2 7 4 6 为2 - 3 级误差区域，允许误差 范围为1 7 ；4 7 - 6 1 为3 级误差分布区域，误差允许范围为1 1 5 ；6 2 - 6 9 为3 - 4 、4 、 4 5 级误差分布区域，误差允许范围为0 8 5 , 5 级以上误差允许范围为0 4 。由图 4 - 1 中可以看出，由1 至5 级，随着级别增高，允许误差值的逐渐减少，误差值也 在呈逐渐收敛，并一直保持在允许误差范围内，由此，本课题认 为由扫描仪在图形复制过程中产生的误差与色彩空l 日j 连接的过程中由r g b 转c i e x y z 的拟合误差所产生的总误差在允许误差范围内。 再詈警j av 。丽瀵滠辫一；m 净 n n 团梏众槭嗤翌靛墨q各拳罨皿巡静印岬蛊q琳矗迥黎蜷 【喜匝 蒜黑州蝼婷太n土 黧 攀 黼 培冬州蝼 黧 ” n 寸 寸 n n n ”n n n 【 _ 【， n o o n 0 【 n 【 n n 。n n ”n 寸 爿g掣孙二墨扑y田缸 青岛大学硕士学位论文 4 2 与专家目光和传统测色设备结果对比分析 我们分别对沾色样品4 0 1 组，和变色样品1 8 5 组，进行了与专家目光测试对比 测试。这其中沾色样品组基布包括：棉、毛、丝、涤纶、腈纶、涤纶、粘胶；变色 样品组有针织物、和机织物；颜色上有：素色、大花色、小花色、结构上有：提花、 平纹、长毛绒等。我们分别采用了：纺织工业南方测试中心、上海出入境检验检疫 局、北京出入境检验检疫局、国家棉纺织产品质量监督检验中心、山东省质量检验 监督中心、纺织检验局和技术中心的几位专家对这部分样品进行了色牢度评级，取各 专家评级级别的平均值为该测试样品的标准色牢度级别。课题组使用课题研制的纺 织品色牢度自动评级仪系统对样品进行了测定，在专家目光得到标准色牢度级别上， 以0 5 级级差为允许范围，分别对变色和沾色合格率进行了统计( 见附件4 计算机 与专家测定变色等级平均结果对比表和附件5 计算机与专家测定沾色等级平均 结果对比表) 。通过该表结果我们得出：变色样品1 8 5 组，与专家目光在0 5 级范 围内的测定结果为1 8 1 组合格，4 组不合格，合格率为9 7 8 ；沾色样品4 0 1 组，与 专家目光在在0 5 级范围内的测定结果为3 7 2 组，2 9 组不合格，合格率为9 2 8 。 4 - 1 同样课题组把色牢度自动评级仪与个专家评定级别结果分别做了比较，见表 表4 1 纺织品色牢度自动评级仪系统与目测评级对比表 纺织工上海出北京出 国家棉 专家单 业南方入境检入境检 纺产品省质检 位科技测验检疫验检疫 质量监 技术中 纺检监督中 督检查 心 试中心局局 心 中心 变色级 别与自 动评级 系统超 过o 5 1 11 17755 6 级不合 格样品 ( 总数 1 8 5 组) 青岛大学硕士学位论文 变色专 家目光 评级与 自动评 级系统 9 3 9 2 9 3 9 2 9 6 13 9 6 13 9 7 2 4 9 7 2 4 9 5 6 9 评级级 别符合 塞 沾色与 自动评 级系统 超过 0 5 级 5 75 72 21 6821 2 不合格 的样品 数( 共 4 0 1 组) 沾色专 家目光 评级与 自动评 8 5 7 9 8 5 7 9 9 4 5 1 9 5 0 1 j l9 8 9 9 5 9 7 0 1 级系统 评级级 别符合 率 通过表4 一l 的比较结果我们看到，由于各个专家目光评定结果不一致，因此对 比评定结果符合率也是不一致，总的来看课题研制的纺织品色牢度自动评级仪系统 与专家目测结果负荷率很高。 在与专家目测结果对比的基础上，课题组也与传统测试方式进行了比较。上海 出入境检验检疫局专家在目测的同时，利用分光光度计ma c b e t h7 0 0 0c o l o r - e y e s y s t e m ，在如下条件，对样品进行了随机抽样测试： 分光光度计： 测试仪器：ma c b e t h 7 0 0 0c o l o r - e y es y s t e m 测试条件：d 6 5 光、c l el a b 色空间、1 0 0 视角。 测试方式：每块样品测试4 次，由仪器自动计算变色色差( e ) 平均值，按 i s o1 0 5a0 3 自动评定变色等级。 我们对测试结果与专家目光测试产生的标准色牢度评定值，同样按照o 5 级误 差允许范围进行分析( 见附件6 分光光度计课题系统与专家测定变色等级结果对 比表和附件7 分光光度计课题系统与专家测定沾色等级结果对比表) 。 青岛大学硕士学位论文 分光光度计测试：变色样品9 1 组，与专家目光测试产生的标准色牢度等级的级 差在0 5 级以上1 3 组，合格率为8 5 7 ；沾色样品2 0 组，6 组不合格，合格率为 7 0 。 我们研制的纺织品色牢度自动评级仪系统，测得结果为：变色样品9 1 组，2 组 不合格，合格率为9 7 8 ：沾色2 0 组，3 组不合格，合格率为8 5 。 三种测试结果对比分析图见图4 - 2 与图4 - 3 。通过图4 - 2 我们可以看到，利用 传统仪器评级同样与目测有一定的差距，并且使用纺织品色牢度自动评级仪系统( 图 中虚线) 比传统的分光光度计测定( 图中实线) 纺织品变色色牢度，与专家目光符 合程度和评定的稳定更好。 在图4 3 中，以上结论同样显而易见。 在成本上，美国m a c b e t h7 0 0 0c o l o r - e y es y s t e m 分光光度计价格约为人民币 5 万元左右，课题利用色度空间的同色异谱现象对色牢度评级的理论研制的纺织品 色牢度自动评级仪系统的价格约为人民币1 万元。在性能上和价格上，本课题的纺 织品色牢度自动评级仪都具有明显优势。 “r ”o 竹r - o 一hn ii i r -oop刊n i ili 司许蜒醛粥 彗窝眯螵梢如洳锹米匝搽妒婶擦嫌龋隧盎型装装求n毒固 划驯驯剐搿 越絮联好椭蝴鼬锹靛皿龋妒师撩晦戳雏，+t划装靛呶 ：至 十、 鼍- n 一螺峨 一 拳 拳赛球毫 越米米众 n 丑靛米蟋梢印口恕装叮搽妒埽褥峨鞠卷七趟装米隶占匝 2r窭卜蝗脊埕卜岍t每p。譬。n州g o h 价 簧絮账姆越冲姻即趣米皿诫如婶螺瞵斟黪拳越米米太 n l n h h i n 0 o o 一 价h n n n 杈留掣扑书馨抖k曰犯 青岛大学硕士学位论文 结论 本课题对色度空间中同色异谱现象的色牢度色差测定原理的探讨与研究，提出 了一种新的测量织物色牢度级别的方法：即利用色度空间中的同色异谱现象对织物 色牢度进行评级。为了求证利用同色异谱现象测定色差这种方法切实有效，我们通 过数码方式对织物的颜色特征进行复制，得到计算机中r g b 颜色空间坐标的同色异 谱图像，然后对该同色异谱图像进行分析测量，得到与传统光学测量结果相一致甚 至更准确的数值，最终达到对织物颜色进行测量分析和评级的目的。我们采用的数 码设备通过实验论证最终确定为：e p s o np e r f e c t i o n1 2 6 0 扫描仪，并通过不断的 重复性试验确定了该数码取像设备对织物颜色复制的最佳外部环境为：【d p i = 2 0 0 、 灰度= 6 0 、曝光度= o 、阴影= 2 6 、饱和度= 0 ，g a m m a = 3 1 0 ，高光- = 2 5 1 】；在此 条件下复制的织物图像颜色与人眼观察到的颜色最为接近。我们以柯达色卡 0 6 0 2 0 0 0 0 4 】为标准，进行色差计算。在计算过程中，涉及到两个空间色立体空间r g b 与x y z 之闻的转换，我们通过对完全漫反射体】【n 、y n 、z n 的重新修正，并利用数学 建模的方式建立了两个空间坐标之间的转换关系。最终通过国家标准色差公式对我 们的试验样品进行评级。 通过课题中结果分析对比可以明显看出利用本课题色度空间中同色异谱现象的 色牢度色测定原理对织物色牢度的评级效率优于目前普遍使用的分光光度计。所以 我们认为本课题理论可应用于色差评级领域，可以代替人眼对颜色进行测量和评定。 由于实验条件和本人水平有限，本课题在研究中还存在一些不足，需要在以后 的工作中加以改善，例如：课题所使用的扫描仪可以用c c d 镜头来替换，如果条件 允许，可以把我们课题所编写的程序，设计成一个集成元件，研制出一种简易的准 确率高的色差评