羊絨數字化測色法精確度比較

文/李吉鵬 衡沖 王府梅

羊絨是一種十分珍貴的天然纖維，纖細柔軟、保暖性好，觸感舒適，因此被譽為“軟黃金”[1]。羊絨種類繁多，產地分布廣，按顏色的差異被分為白絨、青絨、紫絨，不同顏色羊絨的用途和價格都存在一定的差異[2]。隨著羊絨市場的競爭越來越激烈，在生產過程和貿易往來中，客戶要求工廠對羊絨產品色樣的確認速度也越來越快，因此，能夠快速、準確地判斷羊絨的顏色，對國內羊絨貿易、生產都具有十分重要的意義[3]。目前，對于羊絨顏色的測定，業界內標準為GB/T 18267—2013“山羊絨”，常用的方法是人眼辨別的方法，很不客觀而且隨機誤差較大；也有部分企業使用了美國datacolor測色配色儀，對羊絨針織、機織系列產品進行定量化檢測[3]，提高了測色效率以及準確度，不過dataolor測色配色儀價格昂貴，成本較高，而且測試孔徑小，結果代表性小，對樣品大小形狀要求高，也無法提供對混色纖維至關重要的顏色變異性，因此需要更加方便、價格便宜、代表性好的測色方法。

纖維顏色的評測是指通過人工或者儀器化的方法，將纖維顏色進行判別，使其滿足生產貿易中的需求。隨著羊絨生產貿易規模的擴大，羊絨測色需求也越來越高，原有的人工測色方法由于是定性判斷、主觀評測[4]，已經不適應現代化紡織和商貿工作的需求，研究者們在積極探索羊絨顏色定量檢測方法。楊淑麗等通過對不同種纖維的三刺激值、色度值、色差、白度值及其序位相關系數等數據的測試比較，得出天然纖維建議使用L、b及色差值ΔE來評定顏色的結論[5]；馬杰等基于圖像處理技術，提出了一種半自動化的計算機視覺系統對羊絨顏色純度進行測試，較傳統方法結果更加客觀[6]；衡沖等采用數字化方法表征羊絨的顏色類別并測量了羊絨的長度[7]。

為了能夠快速準確地檢測羊絨顏色，課題組基于衡沖的算法研發了數字化羊絨測色系統，本文設計系列試驗，考察該測色系統的準確性、穩定性，評價基準是datacolor850測色配色儀。

1 圖像法測色系統簡介

圖像法測色系統的硬件包括光電檢測器、電腦、試樣桶、加壓塊等輔助器件。光電檢測器和電腦聯機運行。

光電檢測器如圖1所示，彩色CCD用作傳感器，檢測器的光學玻璃試樣窗口上方為無底試樣桶，窗口尺寸和試樣桶橫截面均為12cm×12cm，20g羊絨纖維放入試樣桶內，在纖維上方施加60N的壓力將纖維壓實，而后啟動電腦的測試軟件，電腦控制試樣下方的CCD攝像機構獲取羊絨纖維的反射光RGB圖像后，自動轉入羊絨各項顏色指標的計算。軟件采用了通用的色空間轉換方程和羊絨專用的顏色指標校準方程，試樣桶中部10cm×10cm的圖像用于羊絨顏色指標的計算。

圖1 光電檢測器示意圖[7]

測色系統操作界面完全自主設計。整個系統分為獲取羊絨顏色圖片、計算和結果顯示兩個模塊，圖2為數字化測色操作系統的主界面。

圖2 數字化測色系統主界面

點擊主界面中的“增加”按鈕，創建一個新試樣，依次輸入測試時間、測試者姓名、試樣編號等數據，軟件會自動生成一文件路徑。最后點擊“保存”，存儲以上信息，完成基礎參數設置。再點擊“獲取圖片”進入掃描界面，如圖3。

圖3 獲取圖片界面

在圖3界面中點擊連接檢測器，系統會自動調出光電掃描器界面，如圖4。將預調濕24小時（溫度16℃，濕度65%）的羊絨稱取20g，均勻置于檢測器的正方體試樣桶中，自上而下施加40N壓力，將其壓實。準備掃描。

圖4 光電掃描器界面

光電檢測器設置為：

介質：反射稿；不反相；類型：RGB色彩；分辨率1000 ppi；線性CCD掃描范圍10cm×10cm。

在圖4檢測器界面控制掃描區域，光電檢測器會獲得試樣表面反射光圖片，圖片會顯示在圖3界面下方空白區域以供預覽。

獲取圖片后，點擊保存并關閉，系統自動回到圖2主界面，點擊計算即可獲得纖維的顏色指標L、a、b值及其變異系數等，如圖5所示。

圖5 結果顯示界面

2 試驗設計

為了驗證本測試方法的準確性、穩定性、重現性，選用白絨、青絨、紫絨各4種總計12種纖維進行以下試驗，各種青絨、紫絨的顏色深淺有差別。

每種纖維取3個樣品分別進行上述方法和datacolor測色配色儀的測試，后者被用作基準量，考核新方法的準確性。datacolor測色配色儀透光孔徑采用最大直徑30mm，每次測試結果誤差在1%以內方取，每種試樣同樣測試3次。將兩種測試方法的結果進行對比，驗證圖像法的準確性。

再對每種絨的3次測量數據進行變異系數的計算，檢驗各測試法的穩定性。

最后，由其他測試人員使用圖像法制樣、操作，再測試一組數據，檢驗圖像法的重現性。

3 結果與分析

3.1 準確性

圖像法與datacolor測試取平均值后進行對比，結果如下：

圖7 兩種方法a值對比

圖6～圖8是圖像法和datacolor測色配色儀3次測試平均值的比較，可以看到，圖像法和datacolor法測試結果整體一致。經過對比分析，圖像法和datacolor測試結果中L值相關系數為0.993，圖像法數值略大；a的相關系數為0.851，圖像法數值略大；b的相關系數為0.940，但是圖像法數值略小。結果顯示，L、a、b值都非常接近，其中L值最接近，a，b值差異相對大。

圖6 兩種方法L值對比

圖8 兩種方法b值對比

在Lab色空間，L代表亮暗，L越大越亮，越小越暗；a代表紅綠，a為正表示偏紅，為負表示偏綠；b代表黃藍，b為正表示偏黃，為負表示偏藍[8]。圖像法結果a偏大、b偏小，說明結果偏紅偏黃。這是由于部分羊絨試樣本身并不是均勻蓬松體，在12cm×12cm的試樣桶內這些試樣很容易形成簇狀堆疊，使攝取的圖像存在由纖維簇之間的小空隙造成的陰影。為避免這種影響，應該改進制樣方法，如將羊絨塊充分撕松再均勻鋪入試樣桶。

3.2 穩定性

通過對圖像法和datacolor法3次測試結果進行計算，得到相應的變異系數，如表1。

由表1可知，圖像法和datacolor法測得的結果計算所得變異系數都很小，其中圖像法的L、a值的變異系數平均值較datacolor法小，b值的變異系數平均值較datacolor法大一些；圖像法12種試樣的最大變異系數都小于datacolor法。這表明圖像法的測試穩定性較datacolor法好。

表1 兩種方法測試結果的變異系數

圖像法掃描過程采用了10cm×10cm的較大掃描范圍，而datacolor法最大僅可選擇直徑30mm透光孔，較大的掃描面積使圖像法對于整體試樣的測試有較好的代表性，但是也容易讓掃描圖片中產生由于羊絨擠壓出現的陰影，影響測試結果穩定性，特別是淺色的白羊絨，掃描面積增大，穩定性受到更大影響。

3.3 重現性

為了保證圖像法在相同條件下，由同一個測試人員所測的結果的準確性，對于其重現性的測試也是相當必要的。

兩位測試人員在不同時間段、同一測試環境下，分別對相同批次的白絨、青絨、紫絨試樣進行測試。兩位測試人員所得測試結果對比見表2。

表2 不同測試者測試結果比較

表2中，試樣1、試樣2、試樣3分別為白絨、青絨和紫絨。由表2可知，對于相同試樣，不同測試人員所測得的結果相差最大為b值的1.228，重現性較好。兩位測試人員獨立取樣、制樣后的測試結果一致，這說明該方法可以保證不同的人操作都能夠獲得穩定的結果。

3.4 羊絨顏色變異系數的應用價值

圖像法是基于掃描圖像每一個像素點的RGB值進行計算，計算結果中也會給出各個像素點顏色差異的變異系數，這個數據在實際中具有一定的應用價值。

圖9是使用該方法獲得的青羊絨光電掃描圖像，從圖6中可以看出各根羊絨纖維顏色并不均勻一致，而是有深淺差異，這是羊絨本身天然顏色特性，關系到成品視覺風格。而現有大多數測色儀器僅僅能夠表現出所測面積內顏色的平均數值，無法展現羊絨的混色情況。

圖9 青羊絨掃描圖

如表3是圖像法對12種羊絨顏色變異系數的計算結果，變異系數能夠展現出所測羊絨的混色情況，以及顏色純度。變異系數越小，所測羊絨顏色越純。

表3 圖像法每張圖片變異系數

4 結論

本文討論基于羊絨表面反射光的RGB圖像研發的羊絨顏色定量測試法與datacolor測色配色儀測試結果的一致性進行試驗分析，驗證了新方法的準確性和穩定性，并得到以下結論：

（1）新測試法與datacolor測色配色儀測試結果接近，結果可信度高，可以滿足顏色檢測需求。但是所測試樣中a值差異較L、b值略大，需要進一步改進。

（2）由于測試面積的優勢，新測試法重復測試結果的離散性小，測試一次即可獲得準確的羊絨顏色。

（3）通過對比發現，不同測試人員使用新測試法在對相同試樣獲得的測試結果中L、a、b值基本一致，重現性好。

（3）新測試法給出的顏色值變異系數可以表達纖維顏色的純度或混色情況。