影响少量纱线颜色测量的因素研究

张建祥，高迎春，刘淑云，蒋莹莹

(鲁泰纺织股份有限公司，山东淄博255100)

在当前色织行业的发展中，存在着色织面料订单小批量、多品种、短交期的市场现状，色织企业要在该现状下增强自身竞争力，就要通过高新技术和设备的研发与应用来提高产品开发速度，缩短产品开发周期，降低产品开发成本。其中，高精准的电脑测配色技术是实现客户来样快速生产中颜色快速精准出样的一项重要技术。该技术所使用的电脑测配色仪可以对单色纱线或经纬一色面料进行测色配色，但前题是所测试的纱线或面料必须能够完全覆盖测色孔径。因此，对纱线的数量和面料的大小有一定的要求。如Datacolor 600测配色仪的测色孔径最小为3 mm，被测纱线覆盖面积为7.06 mm2，被测纱线的英制支数为40支时至少需要25根才能够完全覆盖测色孔径。客户订单中少量的纱线样品不足以绕成纱线板或绕成的纱线板不足以覆盖测色孔径时，现有的测色技术和设备就无法对其进行颜色测量与配色。

为克服Datacolor 测配色系统测量纱线颜色时所受到的纱线数量限制，公司引进了一种可用于少量纱线测色的系统—香港理工大学和浙江大学合作开发的基于多光谱成像技术的成像颜色测量系统(ICM)，该系统覆盖宽度最小0.4 mm，英制支数为40支的纱只需6根就可进行测色。香港理工大学、浙江大学[1]、浙江理工大学[2]等高等院校的研究人员主要从多光谱成像系统的相关理论模型、设备硬件的研发和升级、软件的开发等方面研究了纱线颜色的测量方法。本文则主要对实际应用中使用多光谱成像系统测量纱线颜色时的影响因素进行了研究。

1 实验部分

1.1 实验材料与仪器

纱线：80s/2纯棉染色纱线(鲁泰标准色色纱)

仪器：成像颜色测量系统(ICM)(香港理工大学)；Datacolor 600测配色仪(美国DATACOLOR公司)；纱线夹(自制)。

1.2 实验方法

打开仪器预热30 min后，进行校正，而后将夹持有80s/2纱的纱线夹置于仪器内部的成像台上，关上推拉门，然后使用ICM软件进行图像采集、取色、测色。通过改变视野位置、图像采集时间、取色方式、取色位置、纱线夹、纱线根数、纱线聚集状态、成像放大倍数等，研究纱线测量的影响因素。

2 结果与讨论

成像颜色测量系统(ICM)由香港理工大学和浙江大学联合开发，具有高空间解析度和可见光解析度(400 nm～700 nm)，该系统提出了基于偏最小二乘法的反射率重建方法，解决了传统反射率重建方法在处理多光谱成像系统非线性问题中的不足。另外，该系统构建了完整的自动聚焦模块，较好地解决了实际的多光谱成像系统中通道聚焦模糊问题。可测量样品包括纱线、色织面料、印花面料、内衣面料、纺织饰物附件、素色文理样品。目前，ICM可以测试中色或深色样品，但测试浅色样品颜色不准确，系统还在研发升级中。

2.1 视野位置对少量纱线颜色测量的影响

为研究纱线图像所处预览视野位置对颜色测量准确性的影响，将纱线束置于预览图像视野从左到右11个位置，各采集1张照片，于纱线中央位置取色测色，以处于预览图像视野中间位置处的纱线作为标准样，计算其他视野位置与中间位置处纱线的色差，实验结果如表1所示。

表1 纱线处于不同视野位置时的CIE色差值

由表1可以看出，纱线所处预览图像视野的空间位置对色差的影响较大，越靠近中间位置所测纱线的色差越小，测色准确性越高。这是因为纱线处于视野中间位置时，从光源空间各个角度入射到纱线上的光照强度和角度是均等的，从而使得由所测纱线反射出的各个角度的光线是均等的，进而可形成均匀的颜色空间从而成像，使得所测颜色最为准确。纱线处于视野其他位置时，使得从光源空间不同角度入射到纱线上的光线入射角和反射角及其强度存在差异，进而使得由其反射率曲线测得的颜色数据不能真实反映纱线的颜色特征，使得其色差相对较大，测色准确性相对不高。综上得图像采集时纱线处于预览图像视野的中间位置为宜。

2.2 图像采集时间对纱线颜色测量的影响

为研究图像采集时间对纱线颜色测量的影响，将纱线置于预览图像视野的中间位置，每隔20min采集一次图像，总共采集五幅图像，于成像纱线中央位置取色测色，以五个时间段的颜色平均值作为标准样，计算五个时间段相对于标准样的色差并计算其平均值，实验结果如表2所示。

表2 图像采集时间对成像纱线色差的影响

由表2可以看出，图像采集时间不同，由其成像纱线所测得的颜色几乎没有变化，其CIE色差平均值为0.0587。可见，图像采集时间对测色稳定性和准确性的影响较小，可忽略不计。

2.3 取色方式对纱线颜色测量的影响

为研究取色方式对纱线颜色测量的影响，将纱线置于预览图像视野的中间位置，采集1张图像，对成像纱线分别采取如图1所示的单点取色、单线取色、区域取色的方式进行测色，以Datacolor测配色仪测得的颜色作为标准样，计算三种取色方式测得的颜色与标准样的色差，实验结果如表3所示。

图1 取色方式

表3 取色方式对成像纱线色差的影响

由表3可以看出，取色方式对测色准确性的影响相对较大，区域取色的色差相对最小，测色准确性相对最高；其次为线取色；点取色的测色色差相对最大，测色准确性不高。为增加测色准确性，测色时以区域取色为宜。

2.4 取色位置对纱线颜色测量的影响

为研究位置对纱线颜色测量的影响，将纱线置于预览图像视野的中间位置，采集1张图像，在成像纱线如图2所示的中央位置和任意位置以区域取色的方式进行取色测色。其中，纱线中央位置取色10次(每次重新画框进行区域取色，主观判断尽量在纱线中央位置)，随意位置取色15次(主观判断在合理的范围内)。分别以中央位置和任意位置首次测得的颜色数据作为标准样，计算色差平均值，实验结果如表4所示。

图2 取色位置

(红色框线-中央位置，橙色和绿色框线-任意位置)

表4 不同取色位置时的色差平均值

由表4可以看出，取色位置对测色色差的影响相对较小，于纱线中央位置取色时所得测色结果的色差平均值最小，稳定性、重复性和准确性最高。测色时于纱线中央位置取色为宜。

2.5 人工操作对纱线颜色测量的影响

为研究人工操作对测色准确性的影响，将纱线分10次缠绕于纱线棒上，每次均保持自然的平铺与聚拢，然后将其置于预览图像视野的中间位置，每次采集1张图像，在纱线中央位置以同等选框区域取色的方式进行测色。以10次所测颜色的平均值作为标准样，计算10次人工缠绕纱线所得的色差平均值，结果平均CIE色差为0.659，表明人工操作对测色准确性的影响较大。

为解决上述问题，设计制作了少量纱线测色专用纱线夹，如图3所示。使用纱线夹作为纱线夹持工具，将5根加捻4捻的80s/2蓝色纱线分10次夹持于纱线夹的中间位置上，每次采集1张图像，在纱线中央位置以同等选框区域取色的方式进行测色。以10次所测颜色的平均值作为标准样，计算10次人工夹持纱线所得的色差值，实验结果如表5所示。

图3 自制纱线夹

表5 使用纱线夹夹持纱线对纱线色差的影响

由表5可以看出，人工操作将待测纱线夹持于纱线夹上所测得的色差平均值为0.302，大大低于人工操作将待测纱线缠绕于纱线棒上所得的色差平均值0.659，说明使用纱线夹减少了人工操作对测色重现性和稳定性的影响，使用自制纱线夹作为少量纱线测量的专用工具是可行的。

2.6 纱线根数对测色准确性的影响

为研究纱线根数对纱线颜色测量的影响，将不同根数的80s/2红色纱线夹于纱线夹1的中间位置上，而后将其置于预览图像视野的中间位置，采集图像，在纱线中央位置以同等选框区域取色的方式进行测色。以Dacolor 600测得的大量纱线的颜色数据作为标准样，将由ICM测得的不同根数纱线的含有颜色数据的qtx文件导入Datacolor，得到相应的色差值，实验结果如表6所示。

表6 不同纱线根数的80s/2的测色结果

由表6可以看出，随着色纱根数的增加，ICM取色测色准确性越高，对80S/2纱而言，3根的测色结果即可达到4级，5-30根的测色准确性相对较好。

2.7 纱线聚集状态和图像缩放比对测色准确性的影响

纱线进行成像取色时，会受到纱线自身聚集状态、成像处理情况等方面的影响， 为研究纱线聚集状态和成像放大倍数对少量纱线颜色测量准确性的影响，分别对3根加捻(手动4捻～6捻)和不加捻的不同颜色的深色80s/2纱进行图像采集操作，而后在图像缩放比例分别为100%、120%和144%时在成像纱线中央位置以区域取色的方式进行测色，以Datacolor测试的颜色数据作为标准样，将由ICM测得的不同颜色纱线的含有颜色数据的qtx文件导入Datacolor，得到相应的色差值，实验结果如表7所示。

表7 纱线聚集状态和图像缩放比对不同颜色纱线色差的影响

由表7可以看出，纱线加捻状态时所测得的色差值普遍低于纱线未加捻状态时所测得的色差值，说明纱线加捻状态时的测色准确性相对较高。对比不同图像缩放比例时的不同颜色加捻状态纱线的色差平均值可以看出，成像纱线图像缩放比例为120%时的色差稍微小些，即在成像图像放大120%时进行取色测色所得的结果稍微准确些。另外，对比不同纱线聚集状态时和不同图像缩放比例时色差的变化幅度，可以看出，纱线聚集状态对色差的影响较大，成像放大倍数对色差的影响相对较小。综上，对少量纱线进行取色测色时，以纱线加捻状态、图像缩放比例为120%为宜。

3 结论

由香港理工大学和浙江大学联合开发的基于多光谱成像原理的成像颜色测量系统，可以克服传统的色度分光光度计系统测量纱线颜色所受到的纱线数量限制，实现中色或深色少量纱线的颜色测量。通过研究成像图像所处预览图像视野位置、取色位置、取色方式、图像采集时间、人工操作、纱线根数、纱线聚集状态、图像缩放比例等因素对少量纱线颜色测量的影响，得出以下结论：纱线以加捻状态夹持于纱线夹上，成像时纱线图像位于预览图像视野中间位置，在成像纱线图像缩放比例为120%时于纱线图像中央位置以区域取色的方式取色测色所得结果的稳定性、重现性和准确性相对高些；对80s/2的纱线而言，纱线数量为3根时的测色结果即可达到4级；纱线根数、纱线聚集状态、人工操作对少量纱线颜色测量的影响相对大些，图像采集时间对少量纱线颜色的测量几乎无影响，可以忽略不计。

目前，使用成像颜色测量系统虽然可以实现中色或深色少量纱线颜色的测量，但是由该系统测得的颜色数据与早已市场化的色度分光光度计系统测得的颜色数据相差较大，不能直接将含有其颜色数据的qtx文件导入测配色仪进行配色，需要经过一定的数据转换才可以实现，目前在进行该方面的研究。另外，该成像颜色测量系统需要继续进行研发升级，在诸如增加测色准确性以减小与色度分光光度计系统所测颜色数据的差距、增加配色功能、增加色纱搜索功能等方面进行突破创新，以便为色织企业增强快速反应能力和更能适应小批量、多品种、短交期的客户订单现状提供技术支持和设备保障。