基于灰度值的噴淋法防污等級評定

趙春龍,張 鵬

(1.上海市質量監督檢驗技術研究院纖維檢驗所,上海200040;2.東華大學 化工學院,上海201620)

國內外耐沾污性試驗方法在污物種類、預處理和報告結果出示上有所不同,但其試驗原理趨于一致,且評價都為主觀評價。對紡織品防污性能的主觀評價依賴于人的判斷,容易出現與判斷過程相聯系的某些錯誤,常見的錯誤包括評價太寬或太嚴、趨中傾向、光環效應、對比效應、近期效應。因此,探索便捷且受環境和人為因素影響較小的紡織品耐沾污性評級方法成為新的研究趨勢。本文旨在建立一種有效檢測紡織品防親水性液體污漬性能的檢測方法,具體為對AATCC變色灰卡進行拍照,并計算灰卡各等級的灰度值,確定變色各等級與其對應灰度值的關系。然后將親水性污液噴淋到試樣上,拍攝污液處理前后樣品圖片,利用軟件對用液體污漬處理前后的樣品圖片中像素點灰度信息進行統計和灰度分析,依據灰度分析的結果對紡織品防污性能進行評價。相比于人工目視評級,基于灰度值的噴淋法防污等級評價方法可以有效地針對織物褪變色區域的大小、形狀及均勻性做到更加精細、客觀和準確地評級,具有較高效率和良好的穩定性。

1 試驗部分

1.1 儀器與材料

AATCC評級灰卡;具有不同防污性能的白色織物;濃度為0.1%的食用赤色2號水溶液(污液由保土谷化學工業株式會社提供);電子天平;對色燈箱(英國VeriVide有限公司);織物沾水度測定儀(寧波紡織儀器廠);佳能EOS M5相機;云騰VCT-668RM三腳架。

1.2 試驗方案

1.2.1 紡織品污液處理

從織物的不同部位選取3塊試樣,每塊樣品尺寸至少為180 mm×180 mm,且試樣具有代表性,取樣部位無折皺。將試樣調濕后,用夾持器夾緊試樣,然后將夾有試樣的夾持器放在噴流裝置底座上,試驗時試樣正面朝上,織物的經向或長度方向與水流方向平行。用食用色素赤色2號配置100 ml濃度為0.1%的水溶液,將100 ml該污液漬迅速而平穩地倒入漏斗,對樣品表面持續噴淋25～30 s直至污液流盡。噴淋停止后,立即將夾有試樣的夾持器拿開,使織物正面向下幾乎成水平,然后對著一個固體硬物輕輕敲打一下夾持器,水平旋轉夾持器180°后再次輕輕敲打夾持器。

1.2.2 數字圖像獲取

樣品經污液處理后,在對色燈箱中D65光源下進行照片拍攝。對色燈箱滿足GB/T 250-2008《評定變色用灰色樣卡》對照度的要求,采用此方法的原因在于污漬沾在樣品上后改變了樣品的顏色。拍攝時相機的距離、角度、位置和拍攝模式對照片效果產生重要影響,因此需要確定拍攝條件。

依據人在進行紡織品色牢度評級時的觀察狀態,相機鏡頭與樣品表面中心的直線距離定為40 cm,拍攝角度定為45°。拍攝時,底座放置在燈箱底部中央位置。

本文所用相機為Canon EOS M5,拍攝時根據鏡頭與樣品表面的距離和對焦狀態,焦距設定為15 mm。由于拍攝對象為靜物,快門速度設定為1/100 s。光圈值F和感光度ISO的組合方式需要由試驗來確定。

為探究合適的光圈值F和感光度ISO來更多地表現拍攝對象在D65光源下的細節,本試驗選擇在不同光圈大小和感光度組合方式下,拍攝同一塊樣品被污液污染前后的圖像,并用MATLAB軟件對圖片進行灰度化處理,得到該樣品污染前后的灰度差均值,取灰度差均值最大時的光圈F和感光度ISO作為固定拍攝模式。光圈值F為7.1,感光度ISO為160時,該樣品污染前后灰度差均值達到最大,因此,該拍照模式能更多地表現被拍攝對象表面的細節,一些細微的污跡能夠在灰度差均值上得到體現。試驗最終選擇拍攝模式為光圈值F為7.1,感光度ISO為160。

1.2.3 圖像灰度差均值的獲取

使用imread()圖像處理功能將該樣品被污液處理前后的圖像導入MATLAB,使用rgb2gray()圖像處理功能將8位RGB真彩色圖像轉換為灰度圖像(對于8位/通道RGB圖像,灰度值介于[0,255]之間)。生成的灰度圖像中的每個像素均對應一個灰度值,利用imsubtract()圖像處理函數將2張灰度圖像相減得到灰度差絕對值。最后用mean2()函數計算灰度差均值。

2 試驗與數據分析

經過MATLAB軟件處理后,樣品污染前后的圖片均被轉化為灰度圖,并且每張灰度圖均有250 000個灰度值,二者相減后得到灰度差值,這些灰度差的產生主要是由于污液的污染,因此灰度差均值的大小可以表征污液在樣品表面污染程度的嚴重性,灰度差均值較小的表示污染程度較輕,灰度差均值較大的表示污染程度較重。

2.1 樣照圖像灰度值分析

國內外檢測標準中對紡織品防污性能評級大多參考色牢度評定方法,將試樣與變色灰卡進行對比。因此本文利用數字圖像拍攝裝置,將AATCC 61—2010《耐水洗色牢度》標準對應的AATCC評級變色灰卡進行樣照采集,圖像拍攝模式與試樣圖像拍攝模式一致,并用MATLAB軟件對樣照圖像進行處理,計算得到灰卡各等級的灰度差均值,以此來確定試樣防污等級閾值,結果如表1所示。

表1 變色灰卡各等級樣照的灰度差均值

根據變色灰卡的各等級灰度差均值,來確定紡織品防污等級灰度差均值閾值,以兩級之間的結果的中值作為兩個變色等級的界限,如1級和1.5級灰度差均值分別為23.03和15.93,則取19.48作為1級和1.5級的分界線,紡織品的防污等級灰度差均值大于19.48則為1級,小于19.48大于15.93則為1.5級。具體結果如表2所示。

表2 紡織品防污等級的灰度差均值閾值

2.2 防污結果評定

用本試驗所建立的紡織品防污性能方法對試樣的防污性能進行檢測評級,并與目視法對照AATCC變色灰卡通過AATCC評級程序評定的變色等級進行對比,其結果如表3所示。

由表3數據可看出,在評定試樣防污性能等級時,視覺評級方法和圖像方法的評級結果的80.0%相同,另外20.0%的評級結果相差0.5級。評級偏差在AATCC 61-2010標準的允許范圍內,因而對灰度值法的評級準確性不構成影響。通過對比分析,灰度值法和人工視覺法在評估樣品防污性能方面具有較高的一致性,表明基于圖像處理的灰度值計算結果可以作為紡織品的防污性能等級。

表3 紡織品防污等級

3 結語

為了區分紡織品對水溶性液體污物的防護性能,自行配置污液,并采用噴淋法將污液噴淋至試樣表面。然后將試樣放置在對色燈箱中D65光源下,用相機拍攝獲取試樣表面污染前后的圖像,并確定了拍攝距離、角度、模式等拍攝條件。獲取的數字圖像再經過MATLAB將圖像灰度化,得到試樣被污液污染前后的圖像灰度差均值,依據變色灰卡在相同方法處理后得到的等級灰度差均值,制定了紡織品防污性能等級灰度差均值閾值。最后將樣品分別用目視法和圖像法進行防污性能評級,結果顯示,通過目視法和圖像法獲得的結果中的80.0%完全相同,另外20.0%的評級結果相差0.5級,評級偏差在AATCC 61-2010標準的允許范圍內。因此,圖像法和人工視覺法在評估樣品的防污性能方面具有較高的一致性,并且基于圖像處理的計算結果可以用作紡織品的防污性能等級。