色纺纱成色机理的探讨

张 毅 王 妮 张瑞云 龚 红 杨 柳

(1.浙江省常山纺织有限责任公司，浙江衢州，324200；2.东华大学，上海，201620)

色纺纱是由多根不同颜色的纤维经并置、穿插、交叉而成的纱线。在一定的视觉距离之外，人眼识别不出各单根有色纤维的色彩，而是感受到有色纤维混和体所呈现的一种新色彩。通常色纺纱多用于基本结构单元为线圈的针织物，其在针织物中形成三维弯曲的空间曲线围成一个个小面积的色点，在一定距离之外也无法识别其单独的颜色，并置在一起的色彩会相互影响、扩散，融合到相邻的色彩上，进而又形成一种新的颜色[1]。由于这种特性，到目前为止纺制色纺纱都采用人工配色和对色，很难用数字来准确描述其颜色。本文通过红、黄、蓝三色纤维混和和两色纤维混和成色过程中的RGB值的变化，建立回归方程分析变化规律，研究色纺纱的成色机理。

1 色纤维混和成色的特性

1.1 颜色混和的描述

不同颜色混和在一起，能产生新的颜色，这种方法称为混色法。有加色混和、减色混和和中性混和。中性混和分颜色旋转混和和色彩空间混和[2]。本文将以色彩空间混和模式分析色纤维混和成色的特性。

每个颜色的描述是由三个数值控制的，分别为R、G、B。当红(255，0，0)、绿(0，255，0)、蓝(0，0，255)三个数值最大时，显示为白色(255，255，255)，当三个数值最小时，显示为黑色(0，0，0)。

1.2 色彩空间混和

将不同的颜色并置在一起，当它们在视网膜上的投影小到一定程度时，这些不同的颜色刺激就会同时作用到视网膜上非常邻近部位的感光细胞，以致眼睛很难将它们独立地分辨出来，从而在视觉中产生色彩的混和，这种混合称色彩空间混和(以下简称空间混和)，又称色彩并置混和[3]。

空间混合规律如下：凡互补色关系的色彩按一定比例的空间混和，可得到无彩色系的灰和有彩色系的灰；非互补色关系的色彩空间混和时，产生二色的中间色；有彩色系色与无彩色系色混合时，也产生二色的中间色；色彩在空间混和时所得的新色，其明度相当于所混和的中间明度[4]。

色彩并置产生空间混和的条件是：其一混合色应是细点或细线，同时要求呈密集状，点与线越呈密集状，点与线越密，混和的效果越明显。其二，色彩并置产生空间混和效果与视觉距离有关，必须在一定的视觉距离之外，才能产生混和。

1.3 色纤维混和方式

空间混和与加色混和和减色混和的不同点在于其颜色本身并没有真正混和(加色混和与减色混合都是在色彩先完成混和以后，再由人眼观察和感受到)，但它必须借助一定的空间距离来完成，图1为不同视觉距离色样色彩效果。

近距离 远距离

图1 不同视觉距离布样色彩效果

1.4 空间混和RGB值测试与计算

1.4.1 空间混和RGB值的测试

将色光三原色，红(255，0，0)、绿(0，255，0)、蓝(0，0，255)，色料三原色青(0，255，255)、品红(255，255，0)、黄(255，0，255)，共六种颜色，依据空间混和规律，先分别将色光三原色或色料三原色3种等量混和，再将色光和色料三原色两两等量混和，以及互补色两两等量混合，用Photoshop软件处理后得到新颜色，处理方法如下。

表1Photoshop软件获取的RGB值

项目混和颜色新色色光三原色三色混RGB色料三原色三色混RGB色光三原色二色混RGB色光三原色二色混RGB色光三原色二色混RGB互补色RGB互补色RGB互补色RGB色料三原色二色混RGB色料三原色二色混RGB色料三原色二色混RGB(255,0,0)(0,255,255)(255,0,0)(0,255,0)(255,0,0)(255,0,0)(0,255,0)(255,255,0)(0,255,255)(255,255,0)(255,0,255)(0,255,0)(255,0,255)(0,0,255)(0,0,255)(0,255,0)(0,255,255)(255,0,255)(0,0,255)(255,0,255)(0,255,255)(255,255,0)(0,0,255)(255,255,0)(85,85,85)(170,170,170)(128,0,128)(0,128,128)(128,128,0)(128,128,128)(128,128,128)(128,128,128)(128,128,255)(128,255,128)(255,128,128)

1.4.2 空间混和RGB值的计算

空间混和颜色本身并没有真正混和，仍保持原色，所以混和产生新颜色RGB值可以用下列计算式表示：

R：r1n1+r2n2+r3n3

(1)

G：g1n1+g2n2+g3n3

(2)

B：b1n1+b2n2+b3n3

(3)

n1、n2、n3分别为混和颜色中各组分所占百分比(%)；颜色1(r1，g1、b1)、颜色2(r2，g2、b2)、颜色3(r3，g3、b3)；计算结果四舍五入后得到混和RGB值。

表1 Photoshop软件处理后拾色器测得的空间混和的RGB值与计算公式(1)、(2)、(3)所得RGB值是一致的，因此，对于空间混和可以通过混和颜色中各组分所占百分比算出新颜色的RGB值；也可以用Photoshop软件处理后用拾色器测得的RGB值，推算出混和颜色中各组分的百分比。

1.5 色纤维混和RGB值

不同颜色的纤维混和，形成一种新的颜色，如红纤维、黄纤维和蓝纤维等量混和，生成深棕色的混和纤维如图2所示。

图2 红、黄、蓝纤维等量混和

混和纤维的颜色计算RGB(176，114，107)与测试RGB值(127，104，104)差异较大，特别是R值，色偏差高达49，虽然色纤维混和从混色效应来看，具有空间混和的特性，但不完全属于空间混和，更不是单纯地遵循加色混和或减色混和原理，要找到变化规律，需建立色彩模型，通过试验来寻找RGB值的变化规律。

2 基础数据的建立

研究对象：纯棉色纤维的混色 。

选定三种色纤维：红M(RD02)、黄Y(BR21)和蓝B(BL01)。

试验方法：不同颜色、比例色纤维混纺制成纱线，织成布扫描成像后测试颜色值。

三色组成布样：M+B+Y不同比例组合成36种颜色。

二色组成布样：M+B、M+Y、B+Y不同比例混和成57种颜色。

2.1 测色方法

测试条件：将制备的试验样品折叠4 层铺平，确保光线不能透过，然后扫描布样。

测试设备：Canon Ir2004/2204，分辨率300。

测试方法：用计算机Photoshop软件对布面进行处理，使颜色均匀，测得每组布样的RGB值[5]。

2.2 测试方案

测试数据集排列以基色同比例为一种数集。由于成纱是由红R(RD02)、黄Y(BR21)和蓝B(BL01)3种颜色组成，本文重点分析基于R、G、B值变化与色纺纱颜色的关系，了解色纺纱成色机理，试验方案见表2和表3；R、G、B值测试数据见图3～图12。

表2三种纤维混和比例

蓝纤维质量比例/%红纤维质量比例/%黄纤维质量比例/%101020︙80102010︙10807070︙10

表3两种纤维混和混和比例

第一种色纤维质量比例/%第二种色纤维质量比例/%510︙959590︙5

3 结果及分析

将不同颜色和不同比例混合后的色样用Photoshop软件处理后，测得RGB值，以回归方程分别对R值、G值和B值的变化进行描述，解析色纤维混和产生的新颜色与各组分颜色之间的关系。

3.1 R值测试结果及分析

3.1.1 三色纤维混和与R值的关系

图3是三色纤维混和的36个色样的颜色R值与其色纤维比例之间的关系。从中可见，在蓝色纤维比例确定时，无论黄色纤维(或红色纤维)比例如何，其最终混色布样的R值基本呈直线，变化幅度很小。

图3 色纤维混和测试R颜色值

将图3中蓝色纤维比例相等的列为一组，进一步计算每组R值的平均值、CV值，具体数据如表4所示。

表4蓝纤维比例与R值的关系

蓝纤维比例/%R平均值CV值/%1020304050607080162135118105958576691.751.510.871.081.011.350

表4数据显示，每组变化CV值<2.0，差异非常小。在同比例蓝色纤维混和情况下，红色纤维和黄色纤维比例变化，对所得新颜色中的R值影响很小，说明蓝色纤维比例决定了R值。

3.1.2蓝与红二色纤维、蓝与黄二色纤维混和与R值的关系

图4 蓝纤维分别与红纤维、黄纤维混和时R值

图4是蓝与红二色纤维、蓝与黄二色纤维混和38只色样测得的R值，两条曲线基本重合，说明了在一定比例的蓝色纤维内，R值也不受红纤维和黄纤维比例的影响，为了进一步论证这个结论，再进行对比试验分析，具体方案如下。

方案一：蓝纤维定值，红、黄纤维等比例。

蓝纤维比例：10%、20%…80%；

红纤维比例：45%、40%…10%；

黄纤维比例：45%、40%…10%。

方案二：表4中R值。

方案三：蓝纤维比例10%、20%…80%；

红纤维比例90%、80%…20%。

方案四：蓝纤维比例10%、20%…80%；

黄纤维比例90%、80%…20%。

表5四种方案测得的R值

蓝纤维比例/%方案一方案二方案三方案四1020304050607080相关系数概率15312512010897858072162135118105958576690.993 30.761 6154133116104928678700.990 40.576 3155126111103918375650.994 00.025 3

从表5数据可见，用方案一数集与其它数集进行相关性分析T检验(tails=1)，结果除方案四外，得出的概率都在0.05以上，表明两组数据不存在显著差异。现根据表4数据作图5，建立蓝色纤维比例与R值的关系式，其变化规律为y=0.013x2-2.429 2x+181.7，其中x是蓝纤维的比例，y值是新颜色中R值。用测试R值与二次函数式计算R值，二组数据经相关性分析T检验(tails=1)，相关系数0.9970，概率0.92。

图5 蓝色纤维比例与R值的关系

图6是红、黄二色纤维混和与R值的关系。从图中可见，R值随黄纤维比例增加或红纤维比例减小呈一次线性正相关关系，相关系数0.967，大于 0.8表示高度相关。

图6 红、黄二色纤维混和R值的变化

3.2 G值测试结果及分析3.2.1 三色纤维混和与G 值的关系

图7是三色纤维混和36只布样测试的G值，在蓝纤维比例一定时，G值随黄纤维比例增加而增加，其函数关系见表6，相关系数r>0.8，表示高度相关，说明蓝纤维在10%、20%…80%比例时，可以用关系式算出红纤维和黄纤维比例。

图7 三色纤维混和比例与G值的关系

表6三色纤维混和G值与蓝纤维比例关系

3.2.2蓝与红二色纤维、蓝与黄二色纤维混和与G值的关系

蓝与红、蓝与黄纤维混和测试G值见图8。

从图8可看出，蓝与红、蓝与黄二色纤维混和38个布样测得的G值，蓝与红二色纤维混和，G值随蓝色纤维比例增加而增加，呈二次函数关系；蓝与黄二色纤维混和，G值随蓝纤维比例增加而减少，呈二次函数关系。

3.2.3 红、黄二色纤维混和与G值的关系

图9是红、黄二色纤维混和后19个布样测得的G值，可见G值与黄色纤维比例呈二次函数正相关关系，r为0.995 2。

图9 红、黄二色纤维混和测试G值

3.3 B值测试结果及分析

3.3.1 三色纤维混和与B值的关系

三色纤维混和产生新颜色，测试的B值如图10所示，在蓝色纤维一定比例时，新颜色RGB值中B值随黄色纤维比例的增加而减小，或红色纤维比例的减少而减少，呈一次线性负相关关系，详见表7，相关系数r>0.8，表示高度相关。

图10 三色纤维混和比例与B值的关系

表7三色纤维混和B值与蓝纤维比例关系

蓝纤维比例/%函数关系式相关系数10203040506070y =-0.269x+89.607y =-0.2607x+92.143y =-0.32x+96.867y =-0.27x+98.9y =-0.18x+100.5y =-0.4x+111y =-0.4x+116-0.987 1-0.991 9-0.994 1-0.999 7-0.948 7-1-1

3.3.2蓝与红二色纤维、蓝与二黄色纤维混和与B值的关系

图11是蓝与红色纤维、蓝与黄色纤维混和测试B值，其共同的特点就是都随蓝纤维比例的增加而增加，且呈二次函数关系，r值均大于0.8，表示高度相关。

图11 蓝与红、蓝与黄二色纤维混和测试B值

图12是红、黄二色纤维各种比例下测试的B值，B值随黄纤维比例的增加而减小，遵循二次函数变化，r值为0.998 2。

图12 红、黄二色纤维混和测试B值

4 RGB值计算值与测试值之间的换算

计算新颜色的RGB值依据各组分纤维质量百分比例，为减少纤维结构变化影响颜色值变化[6]，每种色纤维的RGB值以布样为准，红(203，71，85)、蓝(44，78，147)、黄(230，148，54)，按照比例加权平均法，分别计算R、G、B值。

4.1 建立颜色值计算与测试之间的关系

以蓝纤维10%为例，分别绘制红黄纤维不同比例布样的R、G、B值测试值与计算值的坐标图，如图13～图15所示，根据不同混和比例相对应的色样测试值和计算值的函数式，通过二个函数式推导出换算函数式，其回归方分别如下。

R：y=0.124 3x+136.716

(4)

G：y=0.006x2-0.464x-73.2

(5)

B：y=-0.057 9x2+3.776x-101.56

(6)

其中，y为换算值；x为计算值。

以此类推，可推导出不同蓝纤维比例时R、G、B值的换算式。

图13 10%蓝纤维混色R值

图14 10%蓝纤维混色G值变化

图15 10%蓝纤维混色B值变化

4.2 计算值与测试值之间的相关性

表8是10%蓝纤维与黄、红色纤维不同比例混和后的测试RGB值和由方程(4)、(5)和(6)式得到换算RGB值，比较换算值与测试值。

表8换算值与测试值相关性分析

黄纤维比例/%R值换算 测试G值换算 测试B值换算 测试10203040506070801601611611611621621621631571641631601601621661607478838995102110118738185899610111212086848280777471668585828077737167

其T检验(tails=1)概率都在0.05以上，表明换算值与测试值两组数据无显著差异，也就是说计算的RGB值经换算后，可以比较准确地预测混和后新颜色的RGB值。R的检验相关系数0.280 7，概率0.985 4；G的检验相关系数0.995 9,概率0.098 0；B的检验相关系数0.994,概率0.438 1。

5 结论

通过Photoshop软件处理色样，测得色样的R、G、B值，利用excel图表分析功能，对三色纤维混和36个色样和二色纤维混和57个色样测试，再分别对不同混和比例色样的特征值(R值、G值、B值)进行分析，了解了三色混和和两色混和过程中的RGB特征值的变化规律，建立了色纤维混和后R值、G值和B值变化的函数关系式，解析色纺纱成色机理,得出以下结论。

(1)不同色纤维混和产生新颜色的R、G、B值预测，以空间混和法计算为基础，计算值与测试值之间虽有差异，但可寻找变化规律。

(2)红、黄、蓝色纤维混和时，R值受蓝纤维影响较大，受红纤维和黄纤维影响较小，在同比例蓝纤维的其它色纤维混和时R值为定值，红和蓝、黄和蓝二色纤维混和中，R值与蓝纤维比例呈二次函数关系；红、黄二色纤维混和后R值与黄纤维比例呈正相关关系，为一次函数线性关系。

(3)红、黄、蓝三色纤维混和，在同比例的蓝纤维中G值与黄纤维比例呈二次函数关系；红和蓝二色纤维、红和黄二色纤维、蓝和黄二色纤维混和后B值也呈二次函数关系。

(4)红、黄、蓝三色纤维混和，在同比例的蓝纤维中B值呈一次函数关系，与黄纤维比例呈负相关关系，红和蓝二色纤维、红和黄二色纤维、蓝和黄二色纤维混和后B值也呈二次函数关系。

(5)可建立计算值与测试值之间的换算式，根据混和纤维各组分的RGB值，可预测色纤维混和后新颜色的RGB值，也可以通过测试混和纤维的RGB值分析色纤维的组分，但准确分析还有待进一步深入研究。