基于彩色图像的灰度仿真数码提花织物设计

周 赳，唐澜倩

(浙江理工大学 先进纺织材料与制备技术教育部重点实验室，浙江 杭州 310018)

中国古代纺织面料的黑白灰仿真设计大部分通过手工完成［1-2］，主要有2种方法：一是直接对黑白画稿进行黑白灰仿真织物设计;二是利用彩色图案进行黑白灰仿真织物设计。当彩色图案用于黑白灰仿真效果的织物制作，传统的提花织物设计方法需要先将彩色图稿重新设计成黑白效果图案，再针对性进行结构设计。其流程为：彩色图稿—灰度图像—结构设计—黑白仿真提花织物。

传统的黑白仿真提花织物依赖视觉经验，以灰度模拟彩色的明度效果，在色彩与灰度的转化过程中，会丢失很多色彩信息，仿真偏差很大。另外在结构设计上，采用一般的影光组织进行提花织物设计，由于结构间会产生相互遮盖的效果，生产的织物无法与理论上的灰度仿真设计效果保持一致，而且设计过程费时费力，在技术上存在很多制约因素，无法进行大批量生产应用［3-5］。

随着数码设计技术的应用，数码图像可以直接用于提花织物的设计，而针对灰度仿真效果提花织物的设计往往直接应用黑白效果的数码图像［6-7］。研究发现，利用彩色效果的数码图像同样可以进行灰度仿真效果提花织物的设计［8-10］，且其原理和方法与传统方法不同。利用彩色数码图像与黑白效果相互转换的原理，可方便地将组合结构应用于灰度仿真的数码提花织物设计，并在灰度表达上能够达到高保真的效果。

本文以数码设计技术应用为前提，研究彩色图像设计灰度仿真效果数码提花织物的原理和方法。借鉴数码图像的色彩原理，采用分层组合设计方法，实现了基于彩色图像的灰度仿真提花织物的设计创新，为数码提花织物的设计创新提供借鉴。

1 基本原理与方法

1.1 基本原理

数码彩色图像每个像素点的色彩效果由原色数值混合而成。织物的颜色信息由经纬纱线交织层叠传递，显色效果与数码彩色图像显色效果异曲同工。

当数码彩色图像直接转变成黑白灰效果图像，其像素点只有亮度值。若将数码彩色图像分成若干颜色灰度图像层，将各层图案明度信息用组织结构分开记录，再用合理的组合方法将其组合叠加，得到的像素点即为若干颜色明度的叠加值，得到的织物组织结构图保存了数码图案的明度信息。若干单层结构组合叠加原理更接近数码图案的色彩构成原理，彩色图像的灰度仿真效果得到明显提高，与传统黑白仿真提花织物方法不同，创新的设计流程如图1所示。

图1 数码灰度仿真提花织物设计方法流程Fig.1 Design process of digital grey simulative jacquard fabric

1.2 设计方法

根据图2的流程，基于数码技术的应用，提出一种彩色图案制作灰度仿真数码提花织物的设计方法。主要有3个步骤：彩色数码图案分色分层、全显色组织的设计以及组织替换形成织物组织结构图的设计。

1.2.1 彩色数码图案分色分层

先将彩色图案数码化处理。根据彩色数码图案的色彩效果确定基本色，对彩色数码图案进行分色分层处理，分色图层数为偶数。特征在于每个分色图层规格与原彩色数码图案规格相同且只包含其中1个基本色的色彩信息，1个基本色对应1个单色效果的色彩图层，称为单色图层。

1.2.2 全显色组织的设计

全显色组织设计要求在全息组织设计过程中设置全显色技术点，应用全息组织设计每个单色图层的结构图，多个单色图层的结构图组合后显色点彼此互相不遮盖，能达到全显色的效果。具体方法包括全显色组织点的设计、基础组织的设计以及配合组织的设计应用3个步骤，本文以16枚组织为例进行设计说明。

1)全显色组织点的设计。选择2个基本组织A、B，A和 B组织循环数相同，但具有不同的起始点。

根据B的组织特征，对A设定全显色技术点，根据A的组织特征，对 B设定全显色技术点［11］，如图2所示。

图2 基本组织A、B及其全显色技术点Fig.2 Primary weave A and B and its full-color points.

2)基础组织的设计。以A的原组织点为起始点，在保持全显色技术点不被遮盖的前提下设计1组影光效果的组织，称之为基础组织。图3所示为16枚纬向加强的基础组织的设计效果。

图3 基础组织设计(纬向加强)Fig.3 Basic weaves design(weft-reinforcing)

图4 配合组织设计(纬向加强)Fig.4 Joint weaves design(weft-reinforcing)

3)配合组织的设计。以 B的原组织点为起始点，在保持全显色技术点不被遮盖的前提下设计1组影光效果的组织，称之为配合组织。图4所示为16枚纬向加强的配合组织的设计效果。

1.2.3 组织替换形成织物组织结构图的设计

将分色获得的单色图层处理成灰度模式，各图的灰度级别不超过设计的全显色组织数目，确定灰度图像中黑到白与全显色组织中的纬面到经面组织的替代关系，并保持不变，将组织分别与单层图中相应的灰度级一一替换，形成对应的织物单层结构图;将所有单层织物结构图组合形成一个织物组合结构图，具体步骤如下。

1)将完成的单色图层中奇数层图像灰度与基础组织一一替换，形成各自的单层织物结构图。

2)将完成的分色图层中偶数层图像灰度与配合组织一一替换，形成各自的单层织物结构图。

3)将单层织物结构图按相同起始位置沿纬向1∶1进行组合，得到组合效果的灰度仿真提花织物结构图。

将灰度仿真提花织物结构图加上选纬信息，选择1组白色纱线做经纱，选择与基本色灰度相同的纱线做纬纱，纬纱的色彩为每个基本色去色后的灰度色彩，该织物结构图能直接用于生产偶数纬灰度仿真提花织物。不同于传统灰度仿真提花织物设计，由于增加了灰色纱线，获得的灰度仿真效果织物能表现细腻的灰度变化效果。另外，由于获得的灰度仿真提花织物的分层结构保留了分色信息，若将灰度纱线换成有色纱线，则可以在灰度仿真提花织物基础上设计各种彩色效果的数码提花织物。

2 设计实践

数码分层组合设计模式的应用和组合全显色结构设计方法的提出，使得直接运用彩色数码图案织造灰度仿真数码提花织物成为可能［12］。设计出的织物能够表现细腻的灰度过渡效果及还原逼真的图像灰度效果。

提花织物设计以人物肖像仿真要求最高，将设计所得的16枚53级全显色组织用于设计实践，以彩色数码照片设计灰度仿真数码提花织物为例，将数码图像分为青蓝、玫红、黄色、黑色4个单色图层，并根据实际效果处理成53级以下的灰度模式，根据图案中不同灰度的亮度值，进行全显色组织替换，得到各自的单层结构图。方法是将奇数层的青蓝和黄色单色灰度图分别对应全显色基础组织，将偶数层的玫红和黑色单色灰度图分别对应全显色配合组织，进行灰度与组织的一一替代，形成对应的只有黑白2色的4个单层结构图，规格不变。

将4个单层结构图按相同起始位置沿纬向1∶1∶1∶1进行组合，即按青蓝、玫红、黄色、黑色将4个单层结构图的纬纱依次排列，形成只有黑白2色的组合织物结构图，选择与青蓝、玫红、黄色、黑色对应的灰度纱线(明度相同)做纬纱，以白色纱线做经纱，该组合结构图可以用于灰度仿真织物生产。织物图效果如图5所示。

图5 设计实例效果图Fig.5 Design creation of grey simulative fabric.

3 结语

受数码图像色彩设计原理启发，将彩色数码图像与灰度数码图像模式转换的原理用于彩色数码图像设计灰度仿真提花织物，提出基于分层组合设计模式的多组纬灰度仿真提花织物设计方法。通过设计实践，证明该原理和方法具有现实的应用价值，所设计的织物不仅能对原图进行过渡细腻的灰度仿真，并能满足大批量生产的技术要求，为数码图像设计灰度仿真提花织物提供了新的途径。

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