织物光泽的视觉物理量与视觉心理量的关系研究

2020-01-02周镭

山东纺织科技 2019年6期

周镭

(1.山东省纺织科学研究院，山东青岛，266032；2.山东省特种纺织品加工技术重点实验室，山东青岛，266032)

1 引言

织物光泽是客观物理量通过人眼感受产生生理量，再经大脑综合心理性审视判断的产物。织物光泽是一种具有人的视觉物理量和心理量感知的复杂的织物风格效果[1]，传统的光学物理技术对织物光泽的测试[2-4]，采用了反射光物理量间接反映了光强与方向的关系，没有涉及到光泽状态的表征。若不涉及光泽状态的表征，就难以解释人对织物视觉风格的感知效果。织物光泽是一种具有图像感的视觉信息，如果将计算机视觉技术用于织物光泽的评价，应该是接近人眼视觉对织物光泽风格感知效果的客观评价技术，是建立全新的对织物中纤维光泽、纱线光泽和织物结构光泽综合辨识及评价机制的研究[5，6]。本文把前期研究的织物光泽评分表[6]引入，将织物的光泽等级与人眼评定相结合，建立一个可以解释织物光泽的视觉物理量与视觉心理量关系的“语意量表”。用语言刻画描述织物的光泽感，既有利于分析人眼感知织物光泽效应的视觉物理量和视觉心理量的关系，使评级人员能准确把握织物光泽的主观评定，又能为后续研究机器视觉的织物光泽客观评价技术，提供符合人眼感知的参考样本。

2 人眼视觉对织物光泽的感知

人眼视觉对织物光泽感知时涵盖了光泽的量与光泽的质，概括为两句话，其一，织物表面产生光泽主要取决于光的反射和分布，包括正反射光、表面反射光及来自内部的反射光的总和，这就是视觉物理量范畴的光泽的量，内涵即是光强与分布。其二，光反射到人的视觉器官，再由视觉产生心理映射，这种具有心理属性的光泽就是视觉心理量范畴的光泽的质感。光泽感特有的属性决定了它是难于量化的，但可通过语言形容或形象化来描述织物光泽，例如，有光泽的、无光泽的、缺乏光泽的属于光泽质感的表述，而玻璃状、金属状、树脂状、乳白状是借用它物来表述光泽质感[7]。

综合织物光泽效应的物理属性和对人的心理映射属性，织物光泽大致可以划分成三类：

(1)强光泽效应：织物表面大面积的正反射光很强，有两个方向的反射光强差异最大，即光强与光弱的对比度最大，这样的光泽效应在人的视觉上辨识度极高，一眼所见便是金光闪闪、耀眼的视觉感，通常用闪亮的或光亮的词语描述，俗称“肥光”、“膘光”的光泽感。

(2)中等光泽效应：织物表面存在的正反射光强度一般，由于各角度微面元的漫反射光的强度相近，能看到显著的光泽效应，这类织物上对光泽的贡献大多是位于织物表面微面元上的漫射光，或者称为散射光，这种光泽感随机分布，称之为分散的。

(3)弱光泽与无光泽效应：织物表面的微面元上没有正反射光，并且漫反射光极少或不可察觉，这种状态在人的视觉上辨识度亦极高，一眼所见便是一种暗淡无光、没有可察光泽的感觉，称之为暗哑的或无光泽的。

3 织物光泽视觉物理量的表征

织物光泽的视觉物理量即从光泽的量上考虑，织物光泽与其反射光光强分布相关，主观客观都有定量化评价结果。由感官观测评价织物光泽是按光强分布再结合爱好程度给出优、良、尚可、不好等等级或给出1～10分等具体的数量尺度。这种方法的缺点是判定标准难以确定，判定结果也易受时间和环境影响。用仪器测量织物的光学物理量时，虽然可以得到具体数值，并可建立判定标准，但测试结果却不能与感官检验中的心理映射部分相关，因此，属于光学物理技术原理的光泽仪不能给出与人感知织物光泽感效果接近的光泽质感。

在前期研究[6]中，笔者将织物光泽主、客观评价等级与数据之间进行相关分析，构建出等级制且加入光泽量化值的光泽评分表，使得评分表融合了主观与客观两方面的评价要素，制定了主客观一致的评分标准。

表1是5级制9档(以0.5级为间隔)的织物光泽评分表。该评分表由光泽等级D和光泽量化值S组成。光泽量化值S与光泽等级D相对应起到量化分数的作用。式(1)为光泽量化值S和光泽度值G(G为光泽度仪测量所得)之间的关系，织物光泽评分表的用法参照文献[6]。

S=0.5634lnG+3.9719

(1)

表1 织物光泽的评分表

4 织物光泽视觉心理量的描述

织物光泽视觉心理量特指织物的光泽感具有的心理属性，不易量化。由于光泽感的形成过程复杂，涉及到三维空间的非线性转换。当人的视觉感受器官接受光学信息的刺激时，便传导至感光神经末稍引起生理反应和大脑的心理判断及知觉产生，即物理学、生理学和心理学的转换。织物光泽感的心理属性特点决定了它难以量化，但可用语言描述。

人们采用形象的语言刻画物体的光泽感，不同行业通常采用类比的方法描述物体的光泽感，比较通用的语言有玻璃光泽、金属光泽、珍珠光泽、象牙光泽、水晶光泽、钻石光泽等[7]。与纸、油漆、涂料、搪瓷等表面平整的物体不同，织物是纤维、纱线的集合体，属于表面凹凸不平的结构相，织物表面毛羽、纱线的捻向与屈曲起伏、组织点的分布与结构和排列的密度与紧度，都会对光泽的属性产生影响，故用来描述织物光泽效应的语言十分丰富。不同类织物所用的描述语言也不尽相同。如毛纺厂常用膘光、极光、珠光、绉光等比较抽象的术语来形容毛纺产品[8]；对棉织物的形容则会用淳朴质感、色泽均匀、亮丽、光洁、柔和等[9]；一些学者认为丝绸产品光泽柔和且亮丽，呈珍珠般光泽，色泽鲜艳且幽雅，有的甚至用高贵华丽来形容；此外，还有学者用肥光、柔和光、金属光和电光等语言来形容织物的光泽感[10]。

如图1所示，本文参照已有的一些描述织物光泽感的用语，结合SD法，首先选取5个心理性的形容词作为语意词，对应1～5级的评分等级依次为：“暗哑的”、“缺乏光泽的”、“分散的”、“光亮的”和“闪亮的”。然后用建立主观评分表时的分级样品，引入评定专家用主观评分表分级所掌握的评分标准与评判依据，对每个语意词给出物理和心理属性的解释：①暗哑的—织物表面整体暗淡没有光泽，无反射光、无漫射光；②缺乏光泽的—织物表面没有反射光，可察觉到较弱的漫射光，整体较为暗淡；③分散的—织物表面有微弱的反射光，有较强的漫射光均匀分布在微面元上，整体不柔和也不暗淡；④光亮的—织物表面反射光较强，且集中分布，整体光泽感明显，漫射光较为柔和；⑤闪亮的—织物表面有极强的反射光，闪耀明亮，漫射光均匀、柔和。最后以“如……”，把光泽感与一种人们所熟悉物质相类比，从而进一步描述，丰富语意量词，加强人们的认同感。例如：暗哑的织物给人的感觉犹如泥土般暗沉；缺乏光泽的整体光泽看起来较为暗淡，如乳白状光泽；分散的光泽来源于漫射光，随机分布比较均匀，但反射光较差，如半金属光泽；光亮的织物反射光强，光泽感较强，有闪烁的光感，呈现珍珠般的光泽；闪亮的织物光泽犹如镜面晃动，反射光强，闪耀明亮，类似金刚石般闪烁的光泽。

图1 语意范围划分示意图

5 织物光泽视觉物理量与视觉心理量的关系

本文针对织物光泽视觉物理量的表征和视觉心理量的描述是感官评价织物光泽的两个切入点，是对以往主观评定法的改进。前者采用数据形式给出5级9档的等级评价，表示织物光强分布的量化值；后者采用语意量词描述织物光泽质感，两者殊途同归，皆是解释共同的“标的”。所以，两者组合使用更能全面刻画织物光泽感，表2为语意量表。

在表2中，光泽等级D是综合表1和图1形成的，相应的描述语言主要依据反射光的组成、强弱及分布来定义的。总体的原则是入射光在0o～180o的变角内，测得的整体反射光越强，反光量越大，织物光泽的等级越高，暗哑的织物的反射光量几乎为零。为了使评定结果分配准确，按照目光评级惯例，在5个整数等级中插入0.5级，分成5级9档，并定义相应的语意概念，给出对应的物理量和心理量的解释及类比光泽。

建立该语意量表，对感官法评定织物光泽和后续研究机器识别织物光泽，都具有十分现实的意义。理由包括：①织物光泽的感官评定时，不再只是简单的用好坏辨别，可采用“语意量表”，有据可依，标准统一。等级制评价及详细的语意类比分类的应用，既能使评定的织物光泽等级有争议时，用织物光泽评分表中的光泽量化值S校准，又可以从对应的织物光泽语意量词的描述中互为验证，实现用数据和语言结合辨别织物光泽量和织物光泽质上的差异。②由于机器无法识别上述人类的语言含义，因此，通过把光泽度进行等级划分，将织物的光泽度量化为若干个等级，给定机器相应的判断条件，机器可以实现自动识别和评价。机器经过判断分析输出光泽度等级，用户可以根据相应的等级确定该等级所对应的语意描述。