淺談棉花顏色級的感官檢驗和儀器化檢驗

文/吳愷力 李丹 黃玉龍

棉花顏色級檢驗始于美國，是建立在孟塞爾（Munsell）顏色空間的10YR平面上，以明度和飽和度評級。在GB 1103.1—2012《棉花 第1部分：鋸齒加工細絨棉》中，顏色級（color grade）定義為棉花顏色的類型和級別，類型依據黃色深度確定，級別依據明暗程度確定。其中，棉花黃色深度（yellowness）表示棉花黃色色調的深淺程度，以+b表示；明暗程度，即反射率（reflectance degree）表示棉花樣品反射光的明暗程度，以Rd表示。依據棉花黃色深度將棉花劃分為白棉、淡點污棉、淡黃染棉、黃染棉4個類型；依據棉花明暗程度將白棉分5個級別，淡點污棉分3個級別，淡黃染棉分3個級別，黃染棉分2個級別，共13個級別。

顏色級檢驗分感官檢驗和纖維快速測試儀檢驗。前者是在符合GB/T 13786的棉花分級室，正確握持棉樣，使樣品表面密度和實物標準表面密度相似，對照顏色級實物標準結合顏色級文字描述確定顏色級。后者即為儀器化檢驗，可選擇USTER公司生產的HVI、陜西長嶺生產的XJ128和印度Premier生產的ART，目前普遍采用HVI1000型和HVI1000C型，按GB/T 20392《HVI棉物理性能試驗方法》檢驗。

1 棉花顏色級的感官檢驗

感官評價可被定義為用于喚起、測量、分析和解釋產品引起的一系列視覺、嗅覺、觸覺、味覺和聽覺所引起反應的一種科學方法[1]。在記錄和總結了我國18世紀中期以前棉花栽培和加工利用成果的《御題棉花圖》中《揀曬圖》配有說明：“棉貴純白，土黃色者亦可織而直賤，水浥者惟供雜用。”可見，我國古代就有棉花顏色感官評價。棉花顏色級感官檢驗的原理是人眼成像：自然界各種物體在光線的照射下，不同顏色可以反射出明暗不同的光線，這些光線透過角膜、晶狀體、玻璃體的折射，在視網膜上顯出景物的影景象（倒立的像），構成光刺激。從人眼成像的原理中可以知道，影響顏色級結果的因素有：自然界的光線、視網膜上的感光細胞和大腦皮層的綜合分析。

（1）自然界的光線。GB/T 13786《棉花分級室的模擬晝光照明》規定了棉花分級室照明器的光照度、色溫、顯示指數要求，以及室內環境灰度和布局要求。標準照明的特性就是人工模擬自然界的中等陰天北向晝光。邵淼[2]討論了自然光照和模擬光照在檢驗棉花品級中的差異在檢驗棉花色澤特征方面的差異。

（2）視網膜上的感光細胞和大腦皮層的綜合分析。網絡上曾經有一張圖片裙子是白金還是藍黑引發眾多網友爭議。明明只是同一張圖，為何大家會看出不同顏色呢？這是因為大家對顏色的敏感度不同。視網膜上的感光細胞由視錐和視桿細胞組成，兩種細胞接受到光線和顏色的信息后，視色素會進行不同的組合，呈現不同的顏色在視網膜上成像，視神經將影像傳入大腦皮層，大腦皮層對影像進行判斷和解讀，任何環節有所偏差，都能造成同一事物所見結果不同。這就解釋了為什么棉花感官檢驗的人為因素影響那么大：在相同條件試驗環境下，由于人的個體差異（感光細胞）和實踐經驗（大腦皮層的綜合分析）不盡相同，得出的結果也就會有差異。通過反復使用在有效期內的棉花顏色級實物標準和檢驗棉樣做對比，來不斷縮小個體差異對顏色級結果的影響；通過多看多練多總結來提高實踐經驗，提高大腦皮層的綜合分析能力，最終提升檢驗人員整體的感官檢驗水平。

除此之外，還有一些其他因素影響顏色級感官檢驗，比如品級檢驗思維、棉樣軋工質量、檢驗員手法、實物標準的保管和使用、檢驗員自身素質和心理因素等[3-5]。

2 顏色級的儀器化檢驗

以普遍采用的HVI為例，其顏色級檢驗原理是利用光電轉換原理，通過氙燈照射到棉樣表面，光反射到濾光片及光敏電路板上，由電腦軟件計算測試得出棉花的反射率（Rd）、黃度（+b），根據Rd、+b測試值確定棉花的顏色級。

跟人眼成像原理類似，氙燈模擬自然界的光線，濾光片和光敏電路板模擬角膜、晶狀體、玻璃體和視網膜上的感光細胞，電腦軟件模擬大腦皮層的綜合分析。與人眼不同的是，HVI是精密儀器，制造出來的氙燈、濾光片和光敏電路板等電子元器件差異性非常小，電腦軟件分析得出的顏色級結果一致性也較好。

影響HVI顏色級檢驗的因素主要有以下幾個方面：

（1）顏色級校準瓷板。HVI儀顏色測量使用的Rd和+b值與國際公認的CIELAB測量使用AMS瓷磚直接相關[6]。每臺HVI都會隨機配一套顏色級校準瓷板，一套瓷板包括白色、棕色、黃色、灰色、中心色板5塊，各塊瓷板標有反射率值（Rd）和黃度（+b）值，精確到小數點后兩位。校準瓷板在使用過程中，其標定值會發生變化，需要每年送中國纖維質量監測中心進行重新賦值，才能保證每塊校準瓷板標定值的量值傳遞[7]。瓷板本身易碎，如出現釉面劃傷、脫落甚至裂紋，其標定值已經發生變化，不能繼續使用；同時在使用過程中還應避免指紋、棉花葉屑等污物粘在校準瓷板測試面及HVI圖像采集窗口上而影響測試結果。對于有多臺HVI的實驗室，一定要注意每套校準瓷板的標定值不一樣，需要進行專門的管理。

（2）HVI操作員的手法。同一個棉樣，操作員取樣量的多少（能否覆蓋滿圖像采集窗口）、取樣部位（是否有代表性）和放樣的方式（棉樣橫截面向上或是取樣刀口向上）對測試結果都有著直接影響。

（3）校準檢查。HVI新型號配備的是雙顏色頭（上顏色頭和下顏色頭），檢驗過程中系統的校準檢查只會提示下顏色頭，而不會提示上顏色頭。測試結果是上下兩個顏色頭測試數據的均值，如果上顏色頭測試數據不準，勢必會影響測試結果。在目前系統未進行更新前，需要實驗室安排人員定期對上顏色頭進行核查。

（4）HVI的維保水平、棉樣的一致性、棉樣測試厚度等因素都與顏色級儀器化檢驗結果有關。

3 感官檢驗和儀器化檢驗的比較

影響兩種檢驗方式結果的共因還有棉樣回潮率、棉花品種、棉花生長環境、棉花采摘期和采摘方式、棉花儲存時間等[8]。總體來說，棉花顏色級感官檢驗的優點是成本低、適用廣、方便，特別是對于棉花收購、貿易等環節十分重要，缺點是受人為因素影響較大、對檢驗人員專業性要求較高；棉花顏色級儀器化檢驗（HVI檢驗）的優點是速度快、測試結果穩定、重復性再現性較好、環境干擾小，缺點是投入成本較高、便捷性差、需要專業的團隊支撐。

根據棉花質量檢驗體制改革的要求，儀器化檢驗是大勢所趨。盡管如此，籽棉混軋導致的一致性差、水捂籽棉導致的黃度異常、儲存變異導致的顏色不勻、特殊情況導致的色調偏紅以及鄰近棉樣判定、采集棉樣調圖等情況都離不開感官檢驗。