棉花顏色級(jí)快速檢測方法研究

文/徐守東 周萬懷 梁后軍 李浩 劉從九 吳國新 常郝

1 引言

國家標(biāo)準(zhǔn)GB 1103.1—2012《棉花 第1部分：鋸齒加工細(xì)絨棉》取消了品級(jí)，增加了顏色級(jí)、軋工質(zhì)量指標(biāo)及檢驗(yàn)方法，將色特征級(jí)修改為顏色級(jí)，增加了皮棉顏色級(jí)分級(jí)圖、實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，棉花顏色級(jí)表示棉花顏色的類型和級(jí)別。其中，類型主要由棉花黃色深度確定，級(jí)別主要由棉花明暗程度確定。實(shí)際檢驗(yàn)中，通過感官檢驗(yàn)和纖維快速測試儀檢驗(yàn)棉花顏色級(jí)。

纖維快速測試儀檢驗(yàn)棉花顏色級(jí)的測試方法依據(jù)GB/T 20392《HVI棉纖維物理性能試驗(yàn)方法》，規(guī)定棉花黃色色調(diào)的深淺程度為黃色深度+b（yellowness），棉花反射光的明暗程度為反射率Rd（reflectance degree）。

目前，各級(jí)纖維檢驗(yàn)部門均采用美國烏斯特公司生產(chǎn)的HVI纖維檢測儀檢測棉花顏色級(jí)指標(biāo)。HVI纖維檢測儀通過測試皮棉的Rd和+b參數(shù)，根據(jù)GB 1103.1附錄B顏色分級(jí)圖中所規(guī)定的數(shù)據(jù)，確定皮棉的顏色級(jí)別。

由于HVI儀器體積較大（工作占地面積10m2左右），對(duì)工作環(huán)境要求較高，檢測流程較為復(fù)雜，難以滿足顏色級(jí)的快速檢測要求。尤其是棉花收購現(xiàn)場，顏色級(jí)是棉花收購的重要定價(jià)依據(jù)，需要快速檢測棉花顏色級(jí)。本研究根據(jù)顏色級(jí)的檢測原理，選用了國內(nèi)外幾種常用顏色檢測儀器，嘗試建立這些儀器檢測反射率和黃色深度與標(biāo)稱值之間的回歸函數(shù)，研究使用常用便攜式儀器檢測棉花顏色級(jí)的可行性。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)選用標(biāo)準(zhǔn)皮棉樣品作為測試對(duì)象，分別選擇11、12、13、14、21、22、23、31、41共9個(gè)類型和級(jí)別，每個(gè)類型和級(jí)別選4個(gè)樣品，每個(gè)樣品的反射率和黃色深度分別測試3次后取均值。

2.2 試驗(yàn)儀器

三恩時(shí)公司NS800分光色差儀[1]（照明光源：組合LED光源，照明方式：45?/0?，感應(yīng)器：硅光電二極管，積分球尺寸：Φ58mm，測量波長范圍：400nm～700nm，波長間隔：10nm，反射率測定范圍：0～200%，測量口徑：Φ8mm，標(biāo)準(zhǔn)偏差：≤0.1%，臺(tái)間差：≤ΔE*ab 0.2）；三恩時(shí)公司3NH YS3060光柵分光測色儀[2]主要技術(shù)參數(shù)（照明光源：組合LED光源、UV光源，照明方式：D/8，積分球尺寸：Φ48mm，測量波長范圍：400nm～700nm，波長間隔：10nm，反射率測定范圍：0～200%，標(biāo)準(zhǔn)偏差：≤0.08%，臺(tái)間差：≤ΔE*ab 0.15）。

2.3 一元線性回歸

一元線性回歸[3]是統(tǒng)計(jì)學(xué)中回歸分析預(yù)測理論的一種重要方法。在一元線性回歸中，有兩個(gè)變量，其中x變量是可觀測的，常稱之為自變量或控制變量；y為隨機(jī)變量，常稱之為因變量或相應(yīng)變量。通過散點(diǎn)或計(jì)算相關(guān)系數(shù)判斷x、y之間是否存在顯著線性相關(guān)關(guān)系，即x，y之間存在如下關(guān)系：

本研究中分別將標(biāo)樣的反射率值和黃色深度值設(shè)定為因變量y，將NS800、YS3060檢測的反射率值和黃色深度值設(shè)定為自變量x，并分別建立兩兩之間的一元線性回歸方程。

2.4 差異分析

方差分析（Analysis of Variance, ANOVA）[4,5]可用于檢驗(yàn)兩個(gè)及以上樣本均值總體差異性的重要統(tǒng)計(jì)方法。主要理論基礎(chǔ)：

其中，

本研究使用ANOVA檢驗(yàn)一元線性回歸函數(shù)預(yù)測值與實(shí)際測量值之間的差異性。預(yù)測值為x=｛x1，x2，x3，…，xn｝，測量值為y=｛y1，y2，y3，… ，yn｝，通過分析x和y之間的差異性以確定預(yù)測值和測量值之間是否存在顯著差異。

3 結(jié)果與分析

據(jù)前所述，棉花顏色級(jí)主要由黃色深度+b和反射率Rd決定，試驗(yàn)分別比較了標(biāo)樣和NS800、YS3060對(duì)反射率與黃色深度檢測情況。將標(biāo)樣的反射率和黃色深度視為標(biāo)稱值，使用一元線性回歸分析建立了反射率和黃色深度標(biāo)稱值與NS800、YS3060檢測的棉花反射率和黃色深度之間的一元線性回歸函數(shù)。

3.1 反射率檢測結(jié)果對(duì)比分析

3.1.1 反射率檢測

試驗(yàn)分別使用NS800、YS3060（分有濾光片和無濾光片兩種模式，分別對(duì)應(yīng)YS3060SCI和YS3060SCE）檢測標(biāo)樣反射率，檢測結(jié)果如表1所示：

表1 各儀器檢測反射率結(jié)果對(duì)比

3.1.2 通過散點(diǎn)圖初判是否存在線性關(guān)系

將反射率標(biāo)稱值分別與NS800、YS3060檢測反射率結(jié)果組合繪制散點(diǎn)圖，觀察反射率標(biāo)稱值與NS800、YS3060檢測反射率結(jié)果之間是否存在線性關(guān)系，其結(jié)果如圖1～圖3所示。3.1.3 一元線性回歸分析

圖1 反射率標(biāo)稱值與NS800檢測結(jié)果之間的關(guān)系

圖2 標(biāo)稱值與YS3060SCI檢測結(jié)果之間的關(guān)系

圖3 標(biāo)稱值與YS3060SCE檢測結(jié)果之間的關(guān)系

可見，反射率標(biāo)稱值與NS800、YS3060檢測反射率結(jié)果之間具有較好的線性關(guān)系。因此，進(jìn)一步分別對(duì)反射率標(biāo)稱值與NS800、YS3060檢測反射率結(jié)果進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果如表2所示?？梢钥闯觯瓷渎蕵?biāo)稱值與NS800、YS3060檢測反射率結(jié)果之間線性相關(guān)系數(shù)不低于0.899，具有較強(qiáng)的正相關(guān)性。

表2 各儀器檢測反射率與標(biāo)稱值之間線性相關(guān)分析結(jié)果

3.1.4 測量值與預(yù)測值之間的差異顯著性分析

通過ANOVA分別分析各組測量值與預(yù)測值（反射率）之間的差異顯著性，得到分析結(jié)果如表3所示，預(yù)測值和測量值之間均無顯著差異。

表3 反射率測量值與預(yù)測值之間的差異顯著性分析結(jié)果

3.2 黃色深度檢測結(jié)果對(duì)比分析

3.2.1 黃色深度檢測

同理，試驗(yàn)分別使用NS800、YS3060（分有濾光片和無濾光片兩種模式，分別對(duì)應(yīng)YS3060SCI和YS3060SCE）檢測標(biāo)樣黃色深度，檢測結(jié)果如表4所示：

表4 各儀器檢測黃色深度結(jié)果對(duì)比

3.2.2 通過散點(diǎn)圖初判是否存在線性關(guān)系

將黃色深度標(biāo)稱值分別與NS800、YS3060檢測黃色深度結(jié)果組合繪制散點(diǎn)圖，觀察黃色深度標(biāo)稱值與NS800、YS3060檢測黃色深度結(jié)果之間是否存在線性關(guān)系，其結(jié)果如圖4～圖6所示。

圖4 黃色深度標(biāo)稱值與NS800檢測結(jié)果之間的關(guān)系

圖5 黃色深度標(biāo)稱值與YS3060SCI檢測結(jié)果之間的關(guān)系

圖6 黃色深度標(biāo)稱值與YS3060SCE檢測結(jié)果之間的關(guān)系

3.2.3 一元線性回歸分析

可見，黃色深度標(biāo)稱值與NS800、YS3060檢測黃色深度結(jié)果之間具有較好的線性關(guān)系。因此，進(jìn)一步分別對(duì)黃色深度標(biāo)稱值與NS800、YS3060檢測黃色深度結(jié)果進(jìn)行線性回歸分析，結(jié)果如表5所示。可以看出，黃色深度標(biāo)稱值與NS800、YS3060檢測黃色深度結(jié)果之間線性相關(guān)系數(shù)不低于0.971，也均具有較強(qiáng)的正相關(guān)性。

3.2.4 測量值與預(yù)測值之間的差異顯著性分析

同理，通過ANOVA分別分析各組測量值與預(yù)測值（黃色深度）之間的差異顯著性，得到分析結(jié)果如表6所示，預(yù)測值和測量值之間均無顯著差異。

表6 黃色深度測量值與預(yù)測值之間的差異顯著性分析結(jié)果

4 結(jié)論

本研究以標(biāo)準(zhǔn)棉花樣品反射率和黃色深度為標(biāo)稱值，分別分析了NS800、YS3060檢測棉花反射率和黃色深度與標(biāo)稱值之間的關(guān)系。結(jié)果表明：NS800、YS3060檢測的反射率和黃色深度均與反射率和黃色深度的標(biāo)稱值具有較高的正線性相關(guān)性，反射率相關(guān)系數(shù)不低于0.899，黃色深度相關(guān)系數(shù)不低于0.971。研究分別建立了NS800、YS3060檢測的反射率和黃色深度值與反射率和黃色深度標(biāo)稱值之間的一元線性回歸函數(shù)。本研究成果為進(jìn)一步研究和開發(fā)快速、便捷的棉花顏色級(jí)檢測儀器奠定了基礎(chǔ)。

表5 各儀器檢測黃色深度與標(biāo)稱值之間線性相關(guān)分析結(jié)果

參考文獻(xiàn)：

[1]NS800分光測色儀45?/0°[EB/OL].http://www.3nh.com/Product/136.html,2017.

[2]光柵分光測色儀YS3060[EB/OL].http://www.3nh.com/Product/329.html,2017.

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