用色差儀進(jìn)行織物視覺遮蔽性能檢測的研究

文/劉申瑜 閆暢 趙博研

一般而言，人們對于不同紡織品會有不同的視覺遮蔽性能的要求。在日常的生活環(huán)境中，紡織品都應(yīng)具有良好的視覺遮蔽效果，使內(nèi)衣和皮膚不暴露在外；舞臺服裝和帷幕則根據(jù)藝術(shù)效果需要有較高的透視效果，甚至帷幕都不能影響視覺效果；而車用的窗簾，則需要有較好的單向透視性能，從里面能清楚地看到外面的風(fēng)景，而外部看不到車內(nèi)的環(huán)境，保證了一定的隱秘性。目前隨著審美潮流以及相應(yīng)服裝的流行，對于服裝視覺遮蔽性能的要求也有了差異化的市場需求，因此研究紡織品視覺遮蔽效果有著積極的市場價(jià)值[1]。

影響織物視覺遮蔽性能的因素有很多，比如織物的組織結(jié)構(gòu)、外界的環(huán)境條件等，因此從不同角度對織物視覺遮蔽性能評價(jià)的指標(biāo)也很多，如透光率[2]、光的散射和透射系數(shù)以及織物的厚度等，是從光的透過量角度進(jìn)行分析；能見度、透明度、霧度、遮蓋力[3]、明度、白度等，則從光學(xué)成像和能見度的角度進(jìn)行了分析[4]。之前有人發(fā)現(xiàn)織物表面的散射光、反射光以及織物與背襯材料所形成的二次透射光有關(guān)。從測試原理上來說，織物在背襯黑白板后，會出現(xiàn)有別于自身顏色的另外一種顏色，也就是會形成一定的色差。因此，色差也可以作為分析織物遮蔽性能的參數(shù)之一，但是和其他指標(biāo)一樣，和人眼測試結(jié)論的相關(guān)性還不得而知。正因?yàn)樯婕暗囊蛩刂啵u價(jià)的指標(biāo)范圍也廣，所以在建立通用標(biāo)準(zhǔn)來反映織物遮蔽性能有較大的難度。目前國內(nèi)外針對織物視覺遮光性有一些研究，但對于視覺遮蔽性研究較少，更缺少比較成熟的測試標(biāo)準(zhǔn)，檢測機(jī)構(gòu)由于缺乏統(tǒng)一的檢測方法，無法對該類產(chǎn)品進(jìn)行評價(jià)，無法滿足消費(fèi)者對于該類產(chǎn)品的實(shí)際需求。

明度能夠反映人眼視覺上的色彩和亮度，是從感官上來說明顏色的性質(zhì)。色差是反映試樣背襯黑白板后顏色的差異，也是從人眼對顏色辨識的角度來進(jìn)行測試的參數(shù)。兩者和人眼觀測原理相近，都是從光和顏色的角度進(jìn)行評判，因此和人眼評價(jià)的結(jié)果從理論上來講是最接近的。

色差儀在測試原理上模擬了人眼的感官感受用于測試色差等級，與人眼通過防透視評級卡進(jìn)行遮蔽性能的評級有異曲同工之處，給我們的研究提供了很強(qiáng)的借鑒意義。而且色差儀操作簡便，價(jià)格相對較低，攜帶方便，使用范圍廣，與其他設(shè)備相比有很多應(yīng)用上的優(yōu)勢。本文研究了首先通過人眼主觀判斷確認(rèn)織物的主觀遮蔽性能等級，然后用色差儀對織物進(jìn)行測試，分析明度和色差兩種指標(biāo)與人眼主觀判斷織物遮蔽性能的相關(guān)性，從而最終確定測試參數(shù)，建立織物視覺遮蔽性能的客觀測試和評價(jià)方法。

1 人眼視覺遮蔽性能試驗(yàn)

1.1 試樣準(zhǔn)備

從市面上收集了45塊平紋織物，由棉、麻、絲、滌、錦5類常見纖維組成。其中22塊(分別編號為1#～22#）為白色織物，23塊（分別編號為23#～45#）為有色織物。每塊織物的大小均為1m×1m。白色織物的顏色相同，有色織物的顏色各不相同。這些織物的克重、織物密度、厚度均不相同。

1.2 試驗(yàn)儀器

防透視評級卡，對色評級燈箱。

1.3 試驗(yàn)方法

人眼視覺評級法是借助防透視評級色卡進(jìn)行了織物遮蔽性能測試的主觀測試方法。該評級樣卡根據(jù)不同字的大小以及深淺不同，分為1～5級，5級字最大，顏色最深；1級字最小，顏色也最淺。將至少20cm×20cm的織物平鋪于評級卡之上，置于對色評級箱中，在D65光源條件下，視線與織物表面垂直，并距離50cm～70cm，以能辨別評級卡上E的正確方向?yàn)槠鹗键c(diǎn)，直到該等級中所有E的方向能全部辨識正確，則該等級為最終的視覺遮蔽評價(jià)等級。級數(shù)越小，表明織物的視覺遮蔽效果越好，反之越差。為了使得目光評價(jià)結(jié)果能有一定的代表性，本測試隨機(jī)邀請了10人進(jìn)行測試，最后將這10人的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，得到每塊織物的平均防透視等級。具體結(jié)果見表1和表2。

2 儀器檢測色差和明度

2.1 試驗(yàn)儀器

3ns色差儀，配套黑白板各一塊。

2.2 試驗(yàn)方法

為了獲得樣品的色差，需要用到色差儀操作界面中的“標(biāo)樣測試”和“試樣測試”兩種模式。“標(biāo)樣測試”是樣品襯墊白板后所測得的數(shù)值，“試樣測試”是樣品襯墊黑板后所測得的數(shù)值。具體操作如下：

（1）先將織物表面用不同織物顏色的記號筆，畫出一個(gè)5cm×5cm大小的正方形作為測試區(qū)域。將A4紙大小的白板平放于試驗(yàn)臺上，用于測試的織物試樣平鋪，完全覆蓋在白板之上，測試區(qū)域也要正好落在白板上，不要出現(xiàn)褶皺。

表2 人眼評價(jià)的結(jié)果（有色織物）

（2）打開色差儀的電源開關(guān)，先進(jìn)行黑白板的自我儀器校準(zhǔn)。

（3）完畢后將測試項(xiàng)目調(diào)整到“標(biāo)樣測試”上，將儀器的測試口緊貼待測織物，按“測試”鍵開始測量，待1秒后儀器測試完成，所測得的織物的顏色參數(shù)會在儀器液晶屏上顯示。

（3）將A4紙大小的黑板平放于試驗(yàn)臺上，用于測試的織物試樣平鋪，完全覆蓋在黑板之上，測試區(qū)域也要正好落在白板上，不要出現(xiàn)褶皺。操作儀器，使其進(jìn)入“試樣測試”，按照步驟（3）進(jìn)行測試。

（4）儀器在測試完畢后，會根據(jù)色差計(jì)算公式，自動得出色差△E的數(shù)值。當(dāng)織物只襯墊白板進(jìn)行測試，則可得到織物的明度L的數(shù)值。具體的數(shù)值結(jié)果見表3和表4。

表3 儀器測試的結(jié)果（白色織物）

3 相關(guān)性分析

3.1 相關(guān)性方法的選取

相關(guān)性分析能客觀反映兩個(gè)變量之間存在的線性相關(guān)程度，用相關(guān)系數(shù)r來表示。相關(guān)系數(shù)的大小所表達(dá)的意義，可以由表5表示，但實(shí)際意義和樣品量的大小、置信度和置信水平等因素有關(guān)[5]。常見的r計(jì)算方法有Pearson、Spearman以及Kendall相關(guān)系數(shù)法。Pearson相關(guān)系數(shù)是最常用的相關(guān)系數(shù)，又稱為積差相關(guān)系數(shù)，取值-1到+1，絕對值越大，說明相關(guān)性越強(qiáng)。該系數(shù)適用于連續(xù)變量的相關(guān)性分析，而且對樣本量和是否成正態(tài)分布有著很高的要求。Spearman相關(guān)系數(shù)，對原始變量的分布不做要求，適用范圍比Pearson相關(guān)系數(shù)廣，尤其是含有等級的變量或者是全部為等級的變量的相關(guān)性分析。Kendall相關(guān)分析法與Spearman相關(guān)分析法比較類似，對樣本量的大小沒有嚴(yán)格要求，都要進(jìn)行變量的秩位排序，但是計(jì)算方法需要排列兩種變量各自的秩位以及總秩位數(shù)，比Spearman相關(guān)分析法來的復(fù)雜。

表4 儀器測試的結(jié)果（有色織物）

考慮到肉眼評級的級數(shù)、樣品的明度值以及色差值之間沒有直接的聯(lián)系，不同類型的數(shù)據(jù)需要通過秩位排序進(jìn)行比較分析，而且樣本數(shù)也不是很多，無法達(dá)到Pearson所要求的30對數(shù)據(jù)，所以Spearman分析法和Kendall分析法更為適合。而這兩種方法，本身在相關(guān)性結(jié)果分析的差異性幾乎沒有，而Spearman分析法的計(jì)算便利性明顯好于Kendall分析法，因此采用Spearman分析法對測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

表5 相關(guān)系數(shù)所表示的含義

采用Spearman 分析法分析時(shí)，首先對目光評價(jià)的等級由低到高進(jìn)行排序，而色差值則相應(yīng)由高到低進(jìn)行排序，然后進(jìn)行相關(guān)性rs的計(jì)算，結(jié)果分別如圖1和圖2所示。其次對樣品的明度值由高到低進(jìn)行排序，和目光評價(jià)的等級也進(jìn)行相關(guān)性rs的計(jì)算，如圖3和圖4 所示。

圖1 肉眼評級與色差值秩相關(guān)性（白色）

圖2 肉眼評級與色差值秩相關(guān)性（有色）

圖4 肉眼評級與明度值秩相關(guān)性（有色）

3.2 人眼評級、色差值與明度之間的關(guān)系

從圖1的數(shù)據(jù)分析可得，對于白色織物而言，人眼評級與色差值結(jié)果高度相關(guān)（rs=0.8735），因此借助色差儀測得墊襯黑白板后織物的色差值，可以比較好地表征白色織物的視覺遮蔽性能。

從圖2的數(shù)據(jù)分析可得，對于有色織物而言，人眼評級與色差值結(jié)果也是有高度的相關(guān)性（rs=0.9565），借助色差儀測得墊襯黑白板后織物的色差值，甚至比白色織物的相關(guān)性更高，可以說和肉眼的感官有著高度的一致性。因此深色可以比較好地表征白色織物的視覺遮蔽性能。

從圖3的數(shù)據(jù)分析可得，對于白色織物而言，人眼評級與明度值結(jié)果只是中度相關(guān)（rs=0.3924），因此借助色差儀測得墊襯白板后織物的明度值，不能準(zhǔn)確表征白色織物的視覺遮蔽性能。

從圖4的數(shù)據(jù)分析可得，對于有色織物而言，人眼評級與明度值結(jié)果也是高度相關(guān)（rs=0.8498），因此借助色差儀測得墊襯白板后織物的明度值，可以較好地表征有色織物的視覺遮蔽性能。

綜合來看，由于色差值對白色和有色織物與人眼評級相關(guān)性都很高，而明度值僅對有色織物而言與人眼評級相關(guān)度較高，對白色織物的效果較差，因此與明度值相比，選擇色差指標(biāo)來表征織物的遮蔽性能更加合適和準(zhǔn)確。

3.3 人眼評級與色差值的等級劃分

人眼評級與色差之間存在著密切相關(guān)性，因此和人眼評級類似，將色差值也分為1～5級中的9個(gè)等級，1級對應(yīng)色差最大，5級對應(yīng)色差最小，與人眼評級的結(jié)果也能夠一一對應(yīng)。如此一來，色差值不僅可以用來判斷織物顏色的差異程度，也可以同時(shí)進(jìn)行織物防遮蔽性能的評價(jià)。將人眼評級數(shù)為橫坐標(biāo)，色差值為縱坐標(biāo)，繪制曲線，并求得曲線上人眼評級數(shù)對應(yīng)的色差值，具體數(shù)值見表6。

表6 人眼評級數(shù)與色差值對應(yīng)關(guān)系

從表6中可以看到，人眼判定級數(shù)越大，色差值越小，織物的視覺遮蔽性能也越好。而當(dāng)人眼判定級數(shù)越小，色差值就越大，織物的視覺遮蔽性能也越差。當(dāng)遮蔽性能很好，人眼判定級數(shù)大于5級時(shí)，色差值應(yīng)當(dāng)在0～1.75之間，而當(dāng)遮蔽性能很差，人眼判定級數(shù)為1級時(shí)，色差值應(yīng)當(dāng)大于20.77。

4 結(jié)論

（1）色差值與人眼主觀評價(jià)織物的視覺遮蔽性能有著密切的關(guān)系，色差值越大，織物的視覺遮蔽性能越差，色差值越小，織物的視覺遮蔽性能越好，并且色差值是儀器測試結(jié)果，能有效避免人眼主觀判斷引起的誤差，也能夠識別人眼無法察覺的細(xì)微差異。

（2）色差值與人眼評級的關(guān)聯(lián)度要明顯高于明度值與人眼評價(jià)的關(guān)聯(lián)度，最后選用色差值來表征織物的視覺遮蔽性能。

（3）白色織物的明度值都很高，因此不適宜用明度值來初步判斷其視覺遮蔽性能的好壞，而有色織物，其明度值與人眼判斷的相關(guān)性還比較密切，所以可以用明度值來初步判斷有色織物的視覺遮蔽性能的好壞。

（4）根據(jù)人眼主觀評級的級數(shù)，也可以將色差值按照相應(yīng)的級數(shù)進(jìn)行分級，來量化視覺遮蔽性能。

（5）色差儀操作簡便，且價(jià)格便宜，測試時(shí)間短，從成本和時(shí)間考慮，是比較理想的測試儀器。