基于国际颜色模型（CIELAB）的棉花颜色级测试方法研究

陆永良++袁裕禄++李云飞

摘要：

本文采用一种基于国际颜色模型（CIELAB）的纺织品色度仪，通过对棉花颜色级标准瓷板和标样的测试，构建基于国际颜色模型（CIELAB）的纺织品色度仪与HVI棉花大容量测试仪颜色测试结果的关联性，建立一种经济可行、快速便捷的棉花颜色客观测试方法。

关键词：颜色级；颜色模型；标准瓷板

1 引言

GB 1103.1—2012《棉花 第1部分：锯齿加工细绒棉》于2013年9月1日正式实施，此次棉花标准改革的核心内容是将品级改为颜色级，并明确颜色级相关条款为强制性条款。新的棉花标准依据棉花明暗程度和黄色深度将棉花划分为白棉5个级别，淡点污棉3个级别，淡黄染棉3个级别，黄染棉2个级别，共4大类13个级别。色特征级是美棉的检验指标，通过HVI测试棉花的反射率（Rd）、黄色深度（+b）来确定的，有相应的色征图。美棉按黄度大小划分为白棉、淡点污棉、点污棉、淡黄染棉、黄染棉5个类型，每种类型又按其灰度大小（即反射率大小，表示棉花明暗程度）划分为若干等级，目前美国陆地棉有25个正式色征级，另有5个等外级，其中15个色征级有实物标准，其他色征级没有实物标准，只有描述性标准[1]。

20世纪30年代，Nickerson 和Hunter[2]开始研究棉花的颜色表征问题，研究表明不同棉花（非彩色棉）的颜色在孟塞尔（Munsell）颜色空间的10YR平面上，即不同的棉花色调是相同的，不同的是颜色的明亮程度和色调的深浅程度。在此基础上，Nickerson 和Hunter[3]开发出一种基于反射率（Rd）和黄色深度（+b）参数的棉花颜色测量工具，并在实践应用中获得较好验证，世界各国逐渐开始使用反射率（Rd）和黄色深度（+b）进行棉花颜色分级。

王铭等[4]研究了棉花人工品级检验结果与HVI检测结果的相关性。陆世栋等[5]对棉花色特征等级线的3种划分方法作了阐述，讨论了水平方向、品级方式这两种划分方式存在的问题，及品级方式与右下倾斜方式的辩证关系，并论证了右下倾斜方式的合理性。

Aspland等[6]考虑了将Nickerson- Hunter的（Rd，+b）参数转换为CIELAB坐标的可能性，将人们熟悉的美国农业部棉花比色图（Rd，+b）改变为（L，b）格式，Xu等[7-8]介绍了一个成像色度计，它可在Lab系统中测量大范围的棉花颜色。

Devron等[9]研究了利用现代化的实验室分光光度计建立常规HVI的颜色系统（使用Rd和+ b参数）和CIELAB的系统之间的积极联系。研究表明：1）HVI棉颜色测量使用的Rd和+b值与国际公认的CIELAB测量使用美棉AMS瓷板和棉絮直接相关；2）与美棉AMS瓷板相比，棉絮的相关度稍低；3）L值和Rd值之间不统一的斜率是由于L参数的反射率可能是由于反射的L参数与光谱仪的整个可见光谱积分，而Rd参数来自于两个过滤器覆盖光谱区只留下一小部分同谱区的读数。

2 试验部分

棉花从品级转向颜色级的主要意义在于改变目前主要依靠检验人员感官检验的传统检验方式，采用HVI快速检验客观评定和棉花颜色级标样感官评定的方式评定棉花颜色特征。HVI棉花大容量测试仪本身价格高昂，使用环境要求较高，导致不能在企业大范围应用，只能配置于专业的纤检机构。

本文采用一种基于国际颜色模型（CIELAB）的纺织品色度仪，通过对棉花颜色级标准瓷板和标样的测试，构建基于国际颜色模型（CIELAB）的纺织品色度仪与HVI棉花大容量测试仪颜色测试结果的关联性，建立一种经济可行、快速便捷的棉花颜色客观测试方法。

2.1 试验材料

试验所用材料包括：棉花颜色级标准瓷板、棉花颜色级标样。

2.2 试验仪器

试验所用主要仪器包括：纺织品色度仪（D65光源、10°视觉标准）、HVI 1000棉花大容量测试仪。

3.2 棉花颜色级标样

棉花颜色级实物标样包括：白棉4个级、淡点污棉2个级、淡黄染棉2个级、黄染棉1个级，均为每一级的底线标准，每个类型的最低级不制作实物标准，棉花颜色级的分布和范围由颜色分级图表示。

应用纺织品色度仪（D65光源、10°视觉标准）与棉花大容量测试仪HVI1000对棉花颜色级标样分别进行测试，每个试样测试2次，取平均值，得到纺织品色度仪（L，b）和HVI1000（Rd，+b）测试值。

图3所示为L与Rd线性相关性分析图，L与Rd相关系数的平方R2为0.929，图4所示为b与+b线性相关性分析图，b与+b相关系数的平方R2为0.961。

3.3 基于Lab颜色体系计算模型的棉花颜色分级图

基于Nickerson- Hunter的反射率（Rd）和黄色深度（+b）棉花颜色表征体系，是上世纪50年代发展起来的。经过半个多世纪的发展，CIE（国际发光照明委员会）（L，a，b）体系计算模型是目前公认的国际惯用颜色模型，L代表了颜色的亮度（L=0为黑色和L=100为白色），a表示介于红色和绿色或紫红色和绿色之间的数值（a负数值表示绿色，正值表示红色），b表示介于黄色和蓝色之间的数值（b负值表示蓝色，正值表示黄色），应当探讨建立基于Lab颜色体系的棉花颜色分级体系，使棉花颜色分级评价体系更具普适性。

图5所示为基于国际颜色模型（CIELAB）的纺织品色度仪测试棉花颜色级标样数据（L，b）的散点分布图。

图6所示为基于国际颜色模型（CIELAB）的纺织品色度仪测试颜色级标样数据（L，a，b）的三维曲面分布图，L值介于（78.3186.80），a值介于（-0.292.78），b值介于（9.4515.62），a值绝对值和波动区间要小于L值和b值的波动区间，但并不是如Nickerson 和Hunter所述棉花的颜色在孟塞尔（Munsell）颜色空间的10YR平面上，还是存在一定程度的差异，新的棉花颜色分级体系需要考虑到这一点。

4 结语

综上所述，可以得出下列结论：

1）针对棉花颜色级标准瓷板，基于国际颜色模型（CIELAB）的纺织品色度仪测试结果（L，b）与HVI棉花大容量测试仪测试结果（Rd，+b），具备较高的线性相关性，其中L与Rd相关系数的平方R2为0.992，b与+b相关系数的平方R2为0.982；

2）针对棉花颜色级标样，纺织品色度仪测试结果（L，b）与HVI棉花大容量测试仪测试结果（Rd，+b），同样具备较高的线性相关性，其中L与Rd相关系数的平方R2为0.929，b与+b相关系数的平方R2为0.961；

3）考虑到棉花颜色级标样的均匀性要低于棉花颜色级标准瓷板，因此基于棉花颜色级标准瓷板测试结果的相关性要高于棉花颜色级标样；

4）可以利用国际颜色模型（CIELAB）的纺织品色度仪测试结果（L，b）与HVI棉花大容量测试仪测试结果（Rd，+b）的相关性，转换相互之间的测试结果；

5）CIELAB颜色体系计算模型是举世公认的国际惯用颜色模型，应当探讨建立基于CIELAB颜色体系的棉花颜色分级图，使棉花颜色分级评价体系更具普适性，也能摆脱专用棉花颜色级测试仪器（HVI棉花大容量测试仪）的局限性。

参考文献：

[1] 徐水波.中美棉花标准异同分析及棉花质量检验体制改革情况[R].中国棉花协会，2004.

[2] Nickerson，D.，Journal of the Optical Society of America[J].1931（21）：640-642.

[3] Nickerson，D.，R.Hunter， and M.Powell.Journal of the Optical Society of America[J].1950，（40）：446-449.

[4] 王铭等.棉花品级检测中HVI与人工检测法相关度分析[J].中国纤检，2012，（5）：52-55.

[5] 陆世栋.论棉花色特征等级线方向（斜率）[J].中国纤检，2010，（13）：26-31.

[6] Aspland，J.Richard，Clarence Rogers，and Tod Waldrop[J].Textile Chemist and Colorist.1988，20（9）： 68-70.

[7] Xu，B.，Textile Research Journal[J].1998，68（5）： 351-358.

[8] Xu，B.，R.Huang，and M.D.Watson.Textile Research Journal[J].2001，（71）：1010-1015.

[9] Devron Tibodeaux，James Rodgers，Jacqueline Campbell， James Knowlton.颜色标准与国际色差测算公式（CIELAB）坐标的相关可行性分析[J].中国纤检，2010，（23）：60-63.

[作者单位：国家纺织产品质量监督检验中心（江阴）]