国际上最重要的两个颜色深度标准的比较

杨志晖，杨红英，叶华标，谢宛姿，张靖晶，崔世忠

(1.中原工学院 a.纺织服装产业研究院; b.纺织学院，河南 郑州 450007;2.纺织服装产业河南省协同创新中心，河南 郑州 450007)

颜色深度综合反映色料性能、色料用量和着色效果，是一种色知觉量。颜色深度的功用一般包括五方面：①决定染料强度和染料成本；②是评价染料色牢度的基础；③是表征和评价提升力、迁移指数等染色质量指标的基础；④可直接用于表征织物等着色物的染色深度；⑤用于色料配方预测。因此，颜色深度对于色料研究及其应用具有深远意义。

关于颜色深度的定义有不同的描述。根据AATCC(American Association of Textile Chemists and Colorists)标准，颜色深度是指着色物离开白色的距离，常与色料的浓度或上色效率有关[1]。根据ISO(International Organization of Standardization)标准，颜色深度是在其他条件(基材、色料、加工方法和观察条件)不变的情况下，随色料用量增加而增加的上染质量[2]。中国《染料名称术语》标准中没有颜色深度的定义，但给出了“标准深度”的相关概念，即，“一种公认的深度标准系列，并定义中等深度为1/1标准深度；同一标准深度的颜色，在心理感觉上是相等的，使色牢度等可在同一基础上进行比较；目前已发展为2/1、1/1、1/3、1/6、1/12及1/25共6档标准深度”[3]。

关于颜色深度的评价，目前国际上尚无统一、普适、公认的方法。本文在前期研究的基础上，选择国际上最重要的两个颜色深度标准，通过实验以及Matlab编程分析两者之间的关系，以及评价几个常用颜色深度公式的使用效果，为后续提出、优化新的客观颜色深度公式提供一定的理论基础。

1 颜色深度评价标准简介

目前，国际上通行的颜色深度评价标准主要有两大类：一类是ISO 105 推荐的主观评价颜色深度标准，该标准最早始于20世纪20年代。当时为了评价染料的色牢度，德国和瑞士的染料生产商合作制成了第一套评价色牢度用的“辅助标准”，它包括用不同染料在羊毛、棉、丝、粘胶上染成的一定深度、并经过目测评定认为在视觉上是等深的18只染样，此即最早的标准深度卡，后来被称为“Hilfstypen”。这套辅助标准原来仅用于色牢度对比，且只有一个深度，到了1951年，这套标准深度卡被ISO接纳采用。

1954年，西德Schwen G等[4]给出了比第一套辅助标准浅和深的标准深度染样。之后，AATCC组织了一个标准深度委员会，进一步研讨了有关深色和浅色的标准深度问题。一年以后，ISO TC/38 SCI委员会讨论并决定染制中等标准深度(1/1标准深度)之外的其他深度(2/1和1/25标准深度)的深色样。1957年，西德的Rabe[5]在徳国DIN色空间和Weise建议的基础上，利用ECE于1955年发布了一套与Hilfstypen类似的18个样品的标准深度色样，统计回归出一个颜色深度公式 ，之后建立了2/1、1/1、1/3、1/6、1/12和1/25 6档标准深度，这些标准深度分别用12～18只染样来表示，同一深度包含多种不同色相，另外制定了藏青和黑色的特殊标准。标准深度卡原本是染在羊毛(无光)和人造丝(有光)的织物上，后来不再使用人造丝织物染样。这在后来形成了德国DIN 54000 辅助标准深度色卡的基准，并被ISO采纳和法令化，1972年又被美国AATCC采纳[6]。随后中国、日本等国家在此基础上制定了本国的颜色深度相关标准。

对于另一类颜色深度标准，1965年，Gall在人眼目测评价的基础上建立了一套计算颜色深度等级的公式，确定了1/1、1/3、1/9、1/25和1/200 5档标准深度，这与ISO推荐的2/1、1/1、1/3、1/6、1/12、1/25的6档标准深度等级不同，后来被德国采纳并制定了DIN 53235，这也是德国的现行标准[7-8]，即采用Gall公式计算评定5档标准颜色深度。

因此，目前关于标准颜色深度的重要标准有两类：一类是ISO的6个等级的标准颜色深度卡，分织物版和纸版两种载体，该标准全称为ISO标准/AATCC标准(ISO 105 -A01-2010AATCC EP4-2011)，也称主观评价标准；另一类是德国DIN 53235标准，该标准全称为德国DIN标准(DIN 53235-2005)，也称客观评价标准。这两类标准中的标准颜色深度等级见表1。

表1 现行国际标准中的标准颜色深度等级

2 实 验

2.1 标样的选择

为比较两种标准的颜色深度，选择符合ISO标准、由英国染化师协会(SDC)生产的一套标准深度卡(本文简称SDC标准深度卡)和利用Gall公式从Munsell色卡中提取符合DIN标准深度的一套色卡(本文简称DIN标准深度卡)。

(1) SDC标准深度卡(纸版)，包含2/1、1/1、1/3、1/6、1/12、1/25 6档标准颜色深度，每档深度有18个不同色相的标样，共计108个(不含藏蓝和黑色的各2个标样)。SDC标准深度卡符合ISO 105-A01标准，其最后一批产品产于1992年，据产品证书上介绍，其产品每两年被校验一次。

(2) DIN标准深度卡，为了获得符合DIN 53235 标准的5个等级的标准颜色深度，将Gall公式的计算结果B值控制在各自标准范围以内，将B值判定取值误差控制在10%以内。本文参照文献[9]的B值范围，利用Gall公式从Munsell色彩图册中提取符合-0.6≤B1/1≤0.3、-0.6≤B1/3≤0.6、-0.7≤B1/9≤0.6、-0.8≤B1/25 ≤0.8、0.8≤B1/200≤0.8的全部色卡。

2.2 测试方法

采用美国X-Rite Color i7分光测色仪，测试条件为d/8、D65照明体，包含镜面反射，测试孔径为6 mm(样品面积不大，故采用此小孔径)，室温，不同样品在同时期测试完成。样品的不同位置测试n次，以平均值代表样品的最终测试结果。其中SDC标准深度卡测试4次，Munsell色卡测试2次。

此外，利用Godlove公式计算时需要获知样品的Munsell标号(包含色度参数H、V、C)，本实验预采用X-Rite Color i7分光测色仪获取样品的Munsell标号。为此，先利用该仪器对Munsell色彩图册Matt版中的1 270块色块进行测试，以考察仪器给出的Munsell标号与实际标号的差异，并预估借助该仪器获得样品Munsell标号的准确度和可行性，以便将实验误差控制在较小范围。

3 结果与讨论

3.1 Munsell标号的验证与分析

将X-Rite Color i7测试得到的1 270块Munsell色块的H、V、C值与实际标号值进行对比，利用Origin软件画图给出两者的差异，见图1。利用实际标号与测量标号的差值计算得到色相偏差DH、明度偏差DV、彩度偏差DC，再分别以Munsell色彩图册中相邻两色块相应数值差异的一半为参比做统计分析，测试标号与实际标号的DH在-1.25～1.25以内的有1 237个，占97%，DV在-0.5～0.5以内的有1 269个，占99.8%，DC在-1～1以内的有1 257个，占98.9%。因此，使用X-Rite Color i7测得的Munsell标号的单个色度值的准确度均在97%以上。故认为X-Rite Color i7给出的Munsell标号的精度可被接受，决定直接采用该仪器读取Munsell标号，以方便Godlove公式的计算。

(a) Munsell色块的实测色相偏差 (b) Munsell色块的实测明度偏差 (c) Munsell色块的实测彩度偏差图1 Munsell色卡的实际测量偏差

3.2 SDC标准深度卡与Munsell色卡的测试结果

SDC标准深度卡的1/1标准的18个色相的色度分布见图2。从SDC标准深度卡18个色相中剔除了分光反射率曲线混乱、疑似局部污染的4个色相，剩下的14个色相的色度分布见图3。14种色相的84个色块的色度坐标见图4。

图2 SDC 18种色相1/1标准深度色块的色度分布

图3 SDC 14种色相1/1标准深度色块的色度分布

满足DIN标准深度卡1/1、1/3、1/9、1/25和1/200 5档标准深度的样品共计81个色样，它们的色度坐标见图5。对比图4与图5可知，SDC标准深度卡的84个标样和DIN标准深度卡的81个标样在4个象限均有分布，色相分布较均匀，相对而言，符合DIN标准深度卡的81个标样的色度分布更均匀一些。

图4 选取的SDC 14种色相的84个标准深度色块的色度分布

图5 DIN标准深度卡的81个标准深度色块的色度分布

3.3 计算结果与分析

在前期研究的基础上，利用Godlove、Rabe-Koch、Sato和Berns这4个使用效果较好的颜色深度公式，分别计算SDC标准深度卡的84个色样的色深值和DIN标准深度卡的81个色样的色深值。

由于DIN标准深度卡的数据是利用Gall公式按照B值±10%从Munsell空间提取得到的，为了检验数据的离散性，根据GB/T 4883-2008[10]中的相应规定，使用Grubbs检验法检验样品的Gall色深值，其中，确定样品属于离群值所使用的显著水平为α=0.05，确定样品属于应剔除水平所使用的显著水平为α=0.01。结果显示，在提取的81个样品中，有8个数据属于离群值，但不符合剔除条件。

由于各公式的计算结果数值范围不同，为客观对比，统计分析了各公式计算所得颜色深度的平均值AVG、标准差SD和标准差系数Vσ，结果见表2。其中Vσ越小，说明它对应的公式的评价效果越好，样品的等深性越好。

表2 两类标准深度卡的色深值统计数据

分析表2各公式评价SDC色卡的Vσ可知：(1)Rabe-Koch公式所对应的Vσ平均值最小，其次依次是Sato公式、Godlove公式和Berns公式；(2)各公式不同深度排序之和从小到大的顺序也是Rabe-Koch公式、Sato公式、Godlove公式和Berns公式。

分析表2各公式评价符合DIN标准深度卡的Vσ可知：(1)Berns公式所对应的Vσ平均值最小，其次依次是Godlove公式、Rabe-Koch公式及Sato公式；(2)从各公式评价不同深度的Vσ可知，Godlove公式在1/1、1/3深度之间的Vσ最小。Rabe-Koch公式在1/1、1/3深度的Vσ最小，说明这个公式比较适合评价较深的颜色深度。Berns公式的表现刚好相反，它更适用于评价浅色。

综合分析表2可以看出：同一公式在评价不同标准时效果不同。评价SDC标准深度卡效果最好的Rabe-Koch公式在评价DIN标准深度卡时只能排第三；这5个公式中评价SDC标准深度卡效果最差的Berns公式在评价DIN标准深度卡时表现得则比较突出。其他公式在评价不同标准的色卡时排序也会发生变化，这充分说明颜色深度公式在使用时受到了不同标准的限制，同时，也充分体现了相同公式在评价不同标准时的差异。

对比表2中两种不同标准的1/1、1/3和1/25深度可知：除了在1/3深度下使用Rabe-Koch公式计算SDC标准深度卡的平均值(5.56)略低于DIN标准深度卡的平均值(5.67)之外，其余公式在评价相同颜色深度时，SDC标准深度卡的平均值均高于DIN标准深度卡。这说明SDC标准深度卡的1/1、1/3、1/25这3个深度明显较DIN 53235 标准所规定的深一些。同时，利用Berns公式计算DIN 标准深度卡的1/3、1/25色深值的Vσ小于SDC标准深度卡相同色深值的Vσ，其余公式计算的DIN 标准深度卡的Vσ均大于SDC标准深度卡，说明SDC标准深度卡在1/1、1/3、1/25这3个深度的颜色深度下波动小于DIN标准深度卡。

分析表2中其他颜色深度可以看出，利用各公式计算的SDC标准深度卡的1/12深度与DIN标准深度卡的1/9深度的结果的平均值比较接近。因此，可以认为，SDC标准深度卡比DIN标准深度卡整体上偏深一点。

利用Gall公式计算评价SDC标准深度卡的色深等级见表3。文献[7, 9]提供了利用Gall公式评价1/1、1/3、1/9、1/25和1/200 5个颜色深度等级的计算参数，而SDC标准深度卡具有2/1、1/1、1/2、1/6、1/12和1/25 6个深度等级。在计算SDC标准深度卡的2/1深度时，只好就近采用DIN标准1/1深度的参数，其结果也大都落在了DIN标准1/1深度等级。

表3中，“众数”表示14个色相的样品中多数样品所在的等级，“一致比”是14个色相样品色深等级与众数等级一致的比例分数，其百分数表示即一致率。鉴于Gall分级(即客观评价标准)没有2/1、1/6和1/12，而SDC标准深度卡之1/6等级的Gall评价结果又正好6个是1/3、6个是1/9，因此其众数取了中间值1/6，并认为1/3和1/9这两种结果均与1/6相一致。从表3的数据看，84个样品的色深等级与众数等级的一致率为82.14%，不一致的情况都是B值超过其取值范围而无法得到计算结果的情况。考虑到SDC标准深度卡和Gall公式深度标准的不同，可以认为Gall公式的评价结果与SDC标准深度卡色深等级大体上一致。

表3 采用DIN标准评价 SDC标准深度卡的结果(色深等级)

注：“-”表示无输出结果。

4 结 语

颜色深度客观评价的重要性和难度为业界所共识。本文借助4个颜色深度公式，测算和统计分析符合ISO 105 A01标准的6个不同深度等级的SDC标准深度卡，以及利用Gall公式提取的符合DIN 53235 标准的5个不同颜色深度等级的Munsell色卡，获得以下主要结论：

(1) 评价这两个国际上最重要的颜色深度标准的标准深度时，4个颜色深度公式的评价结果存在一定的差异。以数理统计量Vσ越小表示公式的评价效果越好来衡量，在评价SDC标准深度卡时，Rabe-Koch公式表现最优，其次依次是Sato公式、Godlove公式和Berns公式；在评价DIN 标准的颜色深度时，Berns公式的Vσ平均值最小，其次依次是Godlove公式、Rabe-Koch公式和Sato公式。

(2) 同一公式评价同一标准的不同颜色深度时也存在明显差异。Rabe-Koch公式比较适合评价DIN标准中较深的颜色，而Berns公式则在评价DIN标准中较浅颜色深度时更具有优势。

(3) ISO推荐的SDC标准深度卡要比DIN标准的相同深度的标准深度卡颜色更深一些，SDC标准深度卡的1/12深度与DIN标准的1/9深度比较接近。

致谢:感谢国家自然科学基金(61440064)、教育部留学回国人员科研启动基金(ROCS, SEM)和河南省功能性纺织面料重点学科开放实验室的资助。