用色差仪进行织物视觉遮蔽性能检测的研究

2019-07-04刘申瑜闫畅赵博研

中国纤检 2019年5期

文/刘申瑜闫畅赵博研

一般而言，人们对于不同纺织品会有不同的视觉遮蔽性能的要求。在日常的生活环境中，纺织品都应具有良好的视觉遮蔽效果，使内衣和皮肤不暴露在外；舞台服装和帷幕则根据艺术效果需要有较高的透视效果，甚至帷幕都不能影响视觉效果；而车用的窗帘，则需要有较好的单向透视性能，从里面能清楚地看到外面的风景，而外部看不到车内的环境，保证了一定的隐秘性。目前随着审美潮流以及相应服装的流行，对于服装视觉遮蔽性能的要求也有了差异化的市场需求，因此研究纺织品视觉遮蔽效果有着积极的市场价值[1]。

影响织物视觉遮蔽性能的因素有很多，比如织物的组织结构、外界的环境条件等，因此从不同角度对织物视觉遮蔽性能评价的指标也很多，如透光率[2]、光的散射和透射系数以及织物的厚度等，是从光的透过量角度进行分析；能见度、透明度、雾度、遮盖力[3]、明度、白度等，则从光学成像和能见度的角度进行了分析[4]。之前有人发现织物表面的散射光、反射光以及织物与背衬材料所形成的二次透射光有关。从测试原理上来说，织物在背衬黑白板后，会出现有别于自身颜色的另外一种颜色，也就是会形成一定的色差。因此，色差也可以作为分析织物遮蔽性能的参数之一，但是和其他指标一样，和人眼测试结论的相关性还不得而知。正因为涉及的因素之多，评价的指标范围也广，所以在建立通用标准来反映织物遮蔽性能有较大的难度。目前国内外针对织物视觉遮光性有一些研究，但对于视觉遮蔽性研究较少，更缺少比较成熟的测试标准，检测机构由于缺乏统一的检测方法，无法对该类产品进行评价，无法满足消费者对于该类产品的实际需求。

明度能够反映人眼视觉上的色彩和亮度，是从感官上来说明颜色的性质。色差是反映试样背衬黑白板后颜色的差异，也是从人眼对颜色辨识的角度来进行测试的参数。两者和人眼观测原理相近，都是从光和颜色的角度进行评判，因此和人眼评价的结果从理论上来讲是最接近的。

色差仪在测试原理上模拟了人眼的感官感受用于测试色差等级，与人眼通过防透视评级卡进行遮蔽性能的评级有异曲同工之处，给我们的研究提供了很强的借鉴意义。而且色差仪操作简便，价格相对较低，携带方便，使用范围广，与其他设备相比有很多应用上的优势。本文研究了首先通过人眼主观判断确认织物的主观遮蔽性能等级，然后用色差仪对织物进行测试，分析明度和色差两种指标与人眼主观判断织物遮蔽性能的相关性，从而最终确定测试参数，建立织物视觉遮蔽性能的客观测试和评价方法。

1 人眼视觉遮蔽性能试验

1.1 试样准备

从市面上收集了45块平纹织物，由棉、麻、丝、涤、锦5类常见纤维组成。其中22块(分别编号为1#～22#）为白色织物，23块（分别编号为23#～45#）为有色织物。每块织物的大小均为1m×1m。白色织物的颜色相同，有色织物的颜色各不相同。这些织物的克重、织物密度、厚度均不相同。

1.2 试验仪器

防透视评级卡，对色评级灯箱。

1.3 试验方法

人眼视觉评级法是借助防透视评级色卡进行了织物遮蔽性能测试的主观测试方法。该评级样卡根据不同字的大小以及深浅不同，分为1～5级，5级字最大，颜色最深；1级字最小，颜色也最浅。将至少20cm×20cm的织物平铺于评级卡之上，置于对色评级箱中，在D65光源条件下，视线与织物表面垂直，并距离50cm～70cm，以能辨别评级卡上E的正确方向为起始点，直到该等级中所有E的方向能全部辨识正确，则该等级为最终的视觉遮蔽评价等级。级数越小，表明织物的视觉遮蔽效果越好，反之越差。为了使得目光评价结果能有一定的代表性，本测试随机邀请了10人进行测试，最后将这10人的数据进行平均，得到每块织物的平均防透视等级。具体结果见表1和表2。

2 仪器检测色差和明度

2.1 试验仪器

3ns色差仪，配套黑白板各一块。

2.2 试验方法

为了获得样品的色差，需要用到色差仪操作界面中的“标样测试”和“试样测试”两种模式。“标样测试”是样品衬垫白板后所测得的数值，“试样测试”是样品衬垫黑板后所测得的数值。具体操作如下：

（1）先将织物表面用不同织物颜色的记号笔，画出一个5cm×5cm大小的正方形作为测试区域。将A4纸大小的白板平放于试验台上，用于测试的织物试样平铺，完全覆盖在白板之上，测试区域也要正好落在白板上，不要出现褶皱。

表2 人眼评价的结果（有色织物）

（2）打开色差仪的电源开关，先进行黑白板的自我仪器校准。

（3）完毕后将测试项目调整到“标样测试”上，将仪器的测试口紧贴待测织物，按“测试”键开始测量，待1秒后仪器测试完成，所测得的织物的颜色参数会在仪器液晶屏上显示。

（3）将A4纸大小的黑板平放于试验台上，用于测试的织物试样平铺，完全覆盖在黑板之上，测试区域也要正好落在白板上，不要出现褶皱。操作仪器，使其进入“试样测试”，按照步骤（3）进行测试。

（4）仪器在测试完毕后，会根据色差计算公式，自动得出色差△E的数值。当织物只衬垫白板进行测试，则可得到织物的明度L的数值。具体的数值结果见表3和表4。

表3 仪器测试的结果（白色织物）

3 相关性分析

3.1 相关性方法的选取

相关性分析能客观反映两个变量之间存在的线性相关程度，用相关系数r来表示。相关系数的大小所表达的意义，可以由表5表示，但实际意义和样品量的大小、置信度和置信水平等因素有关[5]。常见的r计算方法有Pearson、Spearman以及Kendall相关系数法。Pearson相关系数是最常用的相关系数，又称为积差相关系数，取值-1到+1，绝对值越大，说明相关性越强。该系数适用于连续变量的相关性分析，而且对样本量和是否成正态分布有着很高的要求。Spearman相关系数，对原始变量的分布不做要求，适用范围比Pearson相关系数广，尤其是含有等级的变量或者是全部为等级的变量的相关性分析。Kendall相关分析法与Spearman相关分析法比较类似，对样本量的大小没有严格要求，都要进行变量的秩位排序，但是计算方法需要排列两种变量各自的秩位以及总秩位数，比Spearman相关分析法来的复杂。

表4 仪器测试的结果（有色织物）

考虑到肉眼评级的级数、样品的明度值以及色差值之间没有直接的联系，不同类型的数据需要通过秩位排序进行比较分析，而且样本数也不是很多，无法达到Pearson所要求的30对数据，所以Spearman分析法和Kendall分析法更为适合。而这两种方法，本身在相关性结果分析的差异性几乎没有，而Spearman分析法的计算便利性明显好于Kendall分析法，因此采用Spearman分析法对测得的数据进行相关性分析。

表5 相关系数所表示的含义

采用Spearman 分析法分析时，首先对目光评价的等级由低到高进行排序，而色差值则相应由高到低进行排序，然后进行相关性rs的计算，结果分别如图1和图2所示。其次对样品的明度值由高到低进行排序，和目光评价的等级也进行相关性rs的计算，如图3和图4 所示。

图1 肉眼评级与色差值秩相关性（白色）

图2 肉眼评级与色差值秩相关性（有色）

图4 肉眼评级与明度值秩相关性（有色）

3.2 人眼评级、色差值与明度之间的关系

从图1的数据分析可得，对于白色织物而言，人眼评级与色差值结果高度相关（rs=0.8735），因此借助色差仪测得垫衬黑白板后织物的色差值，可以比较好地表征白色织物的视觉遮蔽性能。

从图2的数据分析可得，对于有色织物而言，人眼评级与色差值结果也是有高度的相关性（rs=0.9565），借助色差仪测得垫衬黑白板后织物的色差值，甚至比白色织物的相关性更高，可以说和肉眼的感官有着高度的一致性。因此深色可以比较好地表征白色织物的视觉遮蔽性能。

从图3的数据分析可得，对于白色织物而言，人眼评级与明度值结果只是中度相关（rs=0.3924），因此借助色差仪测得垫衬白板后织物的明度值，不能准确表征白色织物的视觉遮蔽性能。

从图4的数据分析可得，对于有色织物而言，人眼评级与明度值结果也是高度相关（rs=0.8498），因此借助色差仪测得垫衬白板后织物的明度值，可以较好地表征有色织物的视觉遮蔽性能。

综合来看，由于色差值对白色和有色织物与人眼评级相关性都很高，而明度值仅对有色织物而言与人眼评级相关度较高，对白色织物的效果较差，因此与明度值相比，选择色差指标来表征织物的遮蔽性能更加合适和准确。

3.3 人眼评级与色差值的等级划分

人眼评级与色差之间存在着密切相关性，因此和人眼评级类似，将色差值也分为1～5级中的9个等级，1级对应色差最大，5级对应色差最小，与人眼评级的结果也能够一一对应。如此一来，色差值不仅可以用来判断织物颜色的差异程度，也可以同时进行织物防遮蔽性能的评价。将人眼评级数为横坐标，色差值为纵坐标，绘制曲线，并求得曲线上人眼评级数对应的色差值，具体数值见表6。