基于國際顏色模型（CIELAB）的棉花顏色級測試方法研究

陸永良++袁裕祿++李云飛

摘要：

本文采用一種基于國際顏色模型（CIELAB）的紡織品色度儀，通過對棉花顏色級標準瓷板和標樣的測試，構建基于國際顏色模型（CIELAB）的紡織品色度儀與HVI棉花大容量測試儀顏色測試結果的關聯性，建立一種經濟可行、快速便捷的棉花顏色客觀測試方法。

關鍵詞：顏色級；顏色模型；標準瓷板

1 引言

GB 1103.1—2012《棉花 第1部分：鋸齒加工細絨棉》于2013年9月1日正式實施，此次棉花標準改革的核心內容是將品級改為顏色級，并明確顏色級相關條款為強制性條款。新的棉花標準依據棉花明暗程度和黃色深度將棉花劃分為白棉5個級別，淡點污棉3個級別，淡黃染棉3個級別，黃染棉2個級別，共4大類13個級別。色特征級是美棉的檢驗指標，通過HVI測試棉花的反射率（Rd）、黃色深度（+b）來確定的，有相應的色征圖。美棉按黃度大小劃分為白棉、淡點污棉、點污棉、淡黃染棉、黃染棉5個類型，每種類型又按其灰度大小（即反射率大小，表示棉花明暗程度）劃分為若干等級，目前美國陸地棉有25個正式色征級，另有5個等外級，其中15個色征級有實物標準，其他色征級沒有實物標準，只有描述性標準[1]。

20世紀30年代，Nickerson 和Hunter[2]開始研究棉花的顏色表征問題，研究表明不同棉花（非彩色棉）的顏色在孟塞爾（Munsell）顏色空間的10YR平面上，即不同的棉花色調是相同的，不同的是顏色的明亮程度和色調的深淺程度。在此基礎上，Nickerson 和Hunter[3]開發出一種基于反射率（Rd）和黃色深度（+b）參數的棉花顏色測量工具，并在實踐應用中獲得較好驗證，世界各國逐漸開始使用反射率（Rd）和黃色深度（+b）進行棉花顏色分級。

王銘等[4]研究了棉花人工品級檢驗結果與HVI檢測結果的相關性。陸世棟等[5]對棉花色特征等級線的3種劃分方法作了闡述，討論了水平方向、品級方式這兩種劃分方式存在的問題，及品級方式與右下傾斜方式的辯證關系，并論證了右下傾斜方式的合理性。

Aspland等[6]考慮了將Nickerson- Hunter的（Rd，+b）參數轉換為CIELAB坐標的可能性，將人們熟悉的美國農業部棉花比色圖（Rd，+b）改變為（L，b）格式，Xu等[7-8]介紹了一個成像色度計，它可在Lab系統中測量大范圍的棉花顏色。

Devron等[9]研究了利用現代化的實驗室分光光度計建立常規HVI的顏色系統（使用Rd和+ b參數）和CIELAB的系統之間的積極聯系。研究表明：1）HVI棉顏色測量使用的Rd和+b值與國際公認的CIELAB測量使用美棉AMS瓷板和棉絮直接相關；2）與美棉AMS瓷板相比，棉絮的相關度稍低；3）L值和Rd值之間不統一的斜率是由于L參數的反射率可能是由于反射的L參數與光譜儀的整個可見光譜積分，而Rd參數來自于兩個過濾器覆蓋光譜區只留下一小部分同譜區的讀數。

2 試驗部分

棉花從品級轉向顏色級的主要意義在于改變目前主要依靠檢驗人員感官檢驗的傳統檢驗方式，采用HVI快速檢驗客觀評定和棉花顏色級標樣感官評定的方式評定棉花顏色特征。HVI棉花大容量測試儀本身價格高昂，使用環境要求較高，導致不能在企業大范圍應用，只能配置于專業的纖檢機構。

本文采用一種基于國際顏色模型（CIELAB）的紡織品色度儀，通過對棉花顏色級標準瓷板和標樣的測試，構建基于國際顏色模型（CIELAB）的紡織品色度儀與HVI棉花大容量測試儀顏色測試結果的關聯性，建立一種經濟可行、快速便捷的棉花顏色客觀測試方法。

2.1 試驗材料

試驗所用材料包括：棉花顏色級標準瓷板、棉花顏色級標樣。

2.2 試驗儀器

試驗所用主要儀器包括：紡織品色度儀（D65光源、10°視覺標準）、HVI 1000棉花大容量測試儀。

3.2 棉花顏色級標樣

棉花顏色級實物標樣包括：白棉4個級、淡點污棉2個級、淡黃染棉2個級、黃染棉1個級，均為每一級的底線標準，每個類型的最低級不制作實物標準，棉花顏色級的分布和范圍由顏色分級圖表示。

應用紡織品色度儀（D65光源、10°視覺標準）與棉花大容量測試儀HVI1000對棉花顏色級標樣分別進行測試，每個試樣測試2次，取平均值，得到紡織品色度儀（L，b）和HVI1000（Rd，+b）測試值。

圖3所示為L與Rd線性相關性分析圖，L與Rd相關系數的平方R2為0.929，圖4所示為b與+b線性相關性分析圖，b與+b相關系數的平方R2為0.961。

3.3 基于Lab顏色體系計算模型的棉花顏色分級圖

基于Nickerson- Hunter的反射率（Rd）和黃色深度（+b）棉花顏色表征體系，是上世紀50年代發展起來的。經過半個多世紀的發展，CIE（國際發光照明委員會）（L，a，b）體系計算模型是目前公認的國際慣用顏色模型，L代表了顏色的亮度（L=0為黑色和L=100為白色），a表示介于紅色和綠色或紫紅色和綠色之間的數值（a負數值表示綠色，正值表示紅色），b表示介于黃色和藍色之間的數值（b負值表示藍色，正值表示黃色），應當探討建立基于Lab顏色體系的棉花顏色分級體系，使棉花顏色分級評價體系更具普適性。

圖5所示為基于國際顏色模型（CIELAB）的紡織品色度儀測試棉花顏色級標樣數據（L，b）的散點分布圖。

圖6所示為基于國際顏色模型（CIELAB）的紡織品色度儀測試顏色級標樣數據（L，a，b）的三維曲面分布圖，L值介于（78.3186.80），a值介于（-0.292.78），b值介于（9.4515.62），a值絕對值和波動區間要小于L值和b值的波動區間，但并不是如Nickerson 和Hunter所述棉花的顏色在孟塞爾（Munsell）顏色空間的10YR平面上，還是存在一定程度的差異，新的棉花顏色分級體系需要考慮到這一點。

4 結語

綜上所述，可以得出下列結論：

1）針對棉花顏色級標準瓷板，基于國際顏色模型（CIELAB）的紡織品色度儀測試結果（L，b）與HVI棉花大容量測試儀測試結果（Rd，+b），具備較高的線性相關性，其中L與Rd相關系數的平方R2為0.992，b與+b相關系數的平方R2為0.982；

2）針對棉花顏色級標樣，紡織品色度儀測試結果（L，b）與HVI棉花大容量測試儀測試結果（Rd，+b），同樣具備較高的線性相關性，其中L與Rd相關系數的平方R2為0.929，b與+b相關系數的平方R2為0.961；

3）考慮到棉花顏色級標樣的均勻性要低于棉花顏色級標準瓷板，因此基于棉花顏色級標準瓷板測試結果的相關性要高于棉花顏色級標樣；

4）可以利用國際顏色模型（CIELAB）的紡織品色度儀測試結果（L，b）與HVI棉花大容量測試儀測試結果（Rd，+b）的相關性，轉換相互之間的測試結果；

5）CIELAB顏色體系計算模型是舉世公認的國際慣用顏色模型，應當探討建立基于CIELAB顏色體系的棉花顏色分級圖，使棉花顏色分級評價體系更具普適性，也能擺脫專用棉花顏色級測試儀器（HVI棉花大容量測試儀）的局限性。

參考文獻：

[1] 徐水波.中美棉花標準異同分析及棉花質量檢驗體制改革情況[R].中國棉花協會，2004.

[2] Nickerson，D.，Journal of the Optical Society of America[J].1931（21）：640-642.

[3] Nickerson，D.，R.Hunter， and M.Powell.Journal of the Optical Society of America[J].1950，（40）：446-449.

[4] 王銘等.棉花品級檢測中HVI與人工檢測法相關度分析[J].中國纖檢，2012，（5）：52-55.

[5] 陸世棟.論棉花色特征等級線方向（斜率）[J].中國纖檢，2010，（13）：26-31.

[6] Aspland，J.Richard，Clarence Rogers，and Tod Waldrop[J].Textile Chemist and Colorist.1988，20（9）： 68-70.

[7] Xu，B.，Textile Research Journal[J].1998，68（5）： 351-358.

[8] Xu，B.，R.Huang，and M.D.Watson.Textile Research Journal[J].2001，（71）：1010-1015.

[9] Devron Tibodeaux，James Rodgers，Jacqueline Campbell， James Knowlton.顏色標準與國際色差測算公式（CIELAB）坐標的相關可行性分析[J].中國纖檢，2010，（23）：60-63.

[作者單位：國家紡織產品質量監督檢驗中心（江陰）]