眼鏡架耐光輻照色差評級方法研究

關鍵詞：眼鏡架；耐光輻照；色差評級；數(shù)字圖像分析

太陽光中的紫外線、可見光等不同波段的光線具有不同的能量，當這些光線作用于塑料或有機材料時，會引起一系列的物理和化學變化[1～3]。例如，紫外線能夠破壞材料分子鏈中的化學鍵，使聚合物發(fā)生降解、交聯(lián)等反應，從而改變材料的結構和組成[4～5]。這種變化會導致材料對光的吸收、反射和散射特性發(fā)生改變，最終在視覺上表現(xiàn)為色差[6～7]。

眼鏡架作為日常配戴的物品，長期暴露在自然光環(huán)境下，太陽光輻照會導致其材料發(fā)生老化，進而引起色差變化。金屬、塑料和復合材料等材質(zhì)的眼鏡架對光輻照的敏感程度不同，其色差變化的程度和規(guī)律也存在差異。色差不僅影響眼鏡架的外觀美感，還預示著材料性能的改變。因此，準確評估眼鏡架因光輻照產(chǎn)生的色差對于保證產(chǎn)品質(zhì)量、延長使用壽命以及提升用戶體驗至關重要。

目前，氙燈加速老化試驗是評估材料耐候效果最常用的一種方法[8]。眼鏡架國家標準GB/T 14214-2019中提出了耐光輻照要求，在試驗中使用氙燈輻照裝置，對眼鏡架樣品的鏡腿外表面和前框前表面進行模擬太陽光的輻照，并將輻照后的試樣與鏡架未經(jīng)試驗的部分進行比較，要求色差不大于灰色樣卡3級（見圖1）。

1 色差評級方法現(xiàn)狀

目前對于材料色差的評級方法主要有目測評級法和儀器測量法[9]。

目測評級法是最傳統(tǒng)、最直接的色差評級方法，即由經(jīng)過專業(yè)培訓的評價人員在標準照明條件下，依據(jù)自身的視覺感受和經(jīng)驗，目測試驗前后試樣的色差大小，并與標準灰色樣卡進行對比來評級。根據(jù)國家標準GB/T 250-2008《紡織品 色牢度試驗 評定變色用灰色樣卡》的規(guī)定，標準灰色樣卡分為5個整級檔次（見圖1），并在相鄰整級之間設置半級，即4-5、3-4、2-3、1-2，組成五級九檔。其中，每檔由一對灰色卡片組成，第1組成均為中性灰色，第2組成中只有5級的與第1組成相一致，其他各對的第2組成依次變淺，從5級到1級色差逐級增大，各級觀感色差均經(jīng)色度確定。該評價方法具有操作簡便、成本低廉、無需復雜儀器設備以及適用范圍廣等優(yōu)點。但其局限性同樣明顯：評價結果易受評價者主觀因素影響，不同評價者之間可能存在較大差異，并難以實現(xiàn)精確的量化分析。

由于觀感色差是通過色度確定的，因此利用儀器直接測量色度能夠更準確地獲得樣品的色差值。與目測評級法相比，儀器測量法具有更高的客觀性、精度與重復性。常用的儀器測量法主要包括分光光度計法和色差計法。分光光度計法通過測量材料在不同波長下的反射或透射光譜功率分布，進而計算三刺激值、色度坐標等參數(shù)，并由此推導出色差值；而色差計則是專門用于顏色差異測量的儀器，可直接輸出顏色參數(shù)和色差值，操作簡便，適用于現(xiàn)場快速檢測，但其精度相對分光光度計法略低。

總體而言，這兩種方法均能提供客觀、精確的量化結果。但現(xiàn)有分光光度計法和色差計法對樣品尺寸與表面形態(tài)具有較高要求，因此，難以適用于尺寸較小或形態(tài)不規(guī)則的眼鏡架試樣測試。

在對材料色差要求較高的諸如印刷[10]、紡織行業(yè)[11]中，以上色差評級方法已有較多的研究，但均需選取面積較大且便于制樣的樣品，對尺寸較小且形態(tài)各異的眼鏡架并不適合。此外，在紡織行業(yè)有類似使用數(shù)字影像設備進行色牢度評級的方法[12]，但其照明環(huán)境不符合GB/T 14214-2019要求的灰色樣卡使用條件的要求，且此類方法無法準確溯源。

針對GB/T 14214-2019的測試要求，綜合目測評級法和儀器測量法的優(yōu)點，本文提出了適用于眼鏡架樣品的數(shù)字圖像技術分析方法，即眼鏡架耐光輻照色差評級方法，既方便快捷，又客觀準確，還能對細小復雜的物體進行測量并有效溯源。

2 眼鏡架耐光輻照色差評級方法

眼鏡架耐光輻照色差評級方法采用自主研制的眼鏡架耐光輻照色差評級測量裝置，該測量裝置由攝像模塊、光源箱和計算機組成，如圖2所示。

攝像模塊經(jīng)顏色校準后，安裝在光源箱頂部，垂直正對試樣位置，鏡頭可通過調(diào)節(jié)焦距放大倍數(shù)和視場范圍，以確保不同尺寸試樣均能清晰成像；光源箱為全封閉結構，內(nèi)壁為均勻的漫射表面，可有效阻隔環(huán)境光線干擾，并采用D65光源，入射光與試樣表面夾角約為45°；試樣評級區(qū)域使用中性灰色（Munsell 色卡 N5）無光澤襯底，測試區(qū)照度大于600Lux，照度均勻性變化小于4%，CIE一般顯色指數(shù)Ra大于95，試樣與襯底置于可360°旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺上，保持與攝像模塊鏡頭平行。

測量裝置由計算機統(tǒng)一控制并完成數(shù)據(jù)分析，配套軟件采用圖形化操作界面，檢驗人員可通過界面調(diào)節(jié)攝像模塊參數(shù)并進行圖像采集。系統(tǒng)內(nèi)置的圖像分析模塊能夠?qū)Σ杉瘓D像進行區(qū)域選取、色域轉(zhuǎn)換與色差計算，最終輸出色差等級。該裝置的測量范圍為0～5 級，測量誤差控制在0.5級以內(nèi)。

眼鏡架耐光輻照色差評級方法采用比較法，即在相同照明條件下，將輻照后的試樣、未經(jīng)處理的原樣及灰色樣卡同時置于拍攝區(qū)域，由攝像模塊一次性拍攝成像。隨后，將試樣與原樣之間的色差與灰色樣卡各級色差進行比對，從而實現(xiàn)測量結果對灰色樣卡的直接溯源。該方法能夠有效避免因攝像模塊或相機頻繁校準、試樣與校驗色卡照明條件不一致等因素造成的偏差，并提升測量結果的可追溯性。

3 試驗驗證

本試驗分別采用眼鏡架耐光輻照色差評級方法、目測評級法、分光光度計法和色差計法對8組具有代表性的樣品進行測試，并對結果進行對比分析。

3.1 試驗樣品

本次試驗選用8種不同樣品，其中包括有光澤和無光澤的紅、黃、藍三色樣品共6種，以及代表眼鏡架零部件的2種樣品（見圖3）。每種樣品均配備一件經(jīng)過模擬太陽光輻照老化的試樣和一件未經(jīng)試驗的原樣。由于樣品7～8尺寸較小，無法使用分光光度計法和色差計法進行測量，因此，僅采用眼鏡架耐光輻照色差評級方法與目測評級法進行對比試驗。

3.2 試驗方法及儀器

目測評級法參照GB/T 250-2008《紡織品 色牢度試驗 評定變色用灰色樣卡》，采用九檔灰色樣卡，由經(jīng)過專業(yè)培訓的評價人員在標準光源箱［型號P60（6），D65光源，照度800 Lux］中進行測試。

由于眼鏡產(chǎn)品色差測試無相關的儀器測量方法標準，分光光度計法和色差計法參照GB/T 32616-2016《紡織品 色牢度試驗 試樣變色的儀器評級方法》。分光光度計法采用Perkin Elmer公司的LAMBDA 1050+型分光光度計（幾何條件為D/8°），色差計法采用HunterLab公司的UltraScan PRO型色差計（幾何條件為45°/0°），兩種方法均采用CIE照明體D65和10°觀察者條件。

試驗中采用的儀器設備均經(jīng)過有效溯源且在有效期內(nèi)。為減少誤差，測量過程中盡量避免觸碰樣品的測試區(qū)域（如有灰塵可用洗耳球吹走），減少對樣品表面形態(tài)的影響，并對每組樣品重復測量3次，取平均值為最終結果。

3.3 數(shù)據(jù)處理方法

根據(jù)下列公式計算不同方法的測量結果相對于目測評級法結果的均方根誤差：

式中X_E為某方法的均方根誤差，x_i和y_i分別為第i種樣品的某方法和目測評級法的評級結果，n為樣品種類數(shù)。X_E越小，表明該方法的測量結果與目測評級法結果的一致性越好。

3.4 試驗結果及討論

試驗所選用的8種樣品，通過4種方法的色差評級結果如表1所示。

表1 不同方法的色差評級結果（單位：級）

由表1可見，除樣品8（有色不透明零部件樣品）外，眼鏡架耐光輻照色差評級方法與目測評級法的結果基本一致；分光光度計法與目測評級法的結果在除有光澤樣品外亦較為一致；而色差計法與目測評級法普遍存在約半級的差異。此外，對于有光澤樣品，色差計法與分光光度計法之間也呈現(xiàn)出一定程度的差異。

對于光澤度較高的樣品，由于儀器幾何條件的差異，樣品的反射特性及探測器接收到的光通量會發(fā)生變化，同時與人眼觀察角度不同，從而對色差評級結果產(chǎn)生較大影響。而眼鏡架耐光輻照色差評級方法采用與目測評級法一致的觀察角度，并通過與灰色樣卡同時拍攝，將二者在相同照明條件下進行比較，從而獲得與目測評級結果較為一致的評級效果。

然而，在對深色不透明樣品進行測試時，由于人眼對低亮度物體的顏色分辨能力較弱，其色差靈敏度低于眼鏡架耐光輻照色差評級方法，因此兩種方法的測試結果存在差異。對此，是否需要對眼鏡架耐光輻照色差評級方法進行相應修正，仍待進一步探討。

4 總結與展望

通過對8組樣品的色差評級試驗分析可知，眼鏡架因光輻照產(chǎn)生的色差具有多種評價方法，各自存在優(yōu)缺點。目測評級法操作簡單、直觀，且不受樣品尺寸和形態(tài)限制，但易受評價人員主觀因素影響，對深色樣品的色差分辨能力較弱；分光光度計法與色差計法具有較高重復性，但易受樣品尺寸、形態(tài)及表面光澤度影響，不同幾何條件的儀器間也可能產(chǎn)生結果偏差。相比之下，本文提出的眼鏡架耐光輻照色差評級方法與目測評級法結果一致性較好、重復性良好，且可適用于較小尺寸或形狀不規(guī)則的樣品測量。

本文為眼鏡架零部件采取的耐光輻照色差評級提出了一種科學且可行的新方法，為后續(xù)類似場景的色差評價研究提供了新思路。同時，本方法在其他表面形態(tài)復雜或具有紋理特征的樣品中的適用性仍有待進一步探索與驗證。

參考文獻

[1] 劉波，劉建中，劉濤等.不同電磁波譜響應的添加劑對PVC木塑制品耐候性的影響[J].合成材料老化與應用，2019，48（2）：10-14.

[2] Lian Liu，Haitao Duan，Wen Zhan，et al.Effects of UV irradiation time on the molecular structure of typical engineering plastics and tribological properties under heavy load[J].High Performance Polymers，2022，34（3）：352-362.

[3] 孫琦偉，王韜，陳宇宏等.紫外加速老化對聚碳酸酯力學和光學性能的影響.材料工程，2021，49（11）：83-89.

[4] 張彩利，王懷毅，李天豪，等.改性水性環(huán)氧樹脂彩色涂層抗紫外線研究[J].應用化工，2024，53（9）：2052-2056.

[5] Zhongmeng Shi，Chao Zou，F(xiàn)eiyu Zhou，Jianping Zhao.Analysis of the Mechanical Properties and Damage Mechanism of Carbon Fiber/Epoxy Composites under UV Aging[J]. Materials，2022，15（8）：2919-2937.

[6] Redjala S.，Ait Hocine N.，F(xiàn)erhoum R.，et al.UV Aging Effects on Polycarbonate Properties[J].Journal of Failure Analysis and Prevention，2020，20（6）：1907-1916.

[7] 劉秋堂，余曉容，李倩.紫外光輻照對注射成型聚碳酸酯制品光學性能和拉伸性能的影響[J].材料科學與工程學報，2018，36（4）：621-625.

[8] 馮德才，黃牧，葉坤豪等.不同條件下尼龍材料光老化行為的研究[J].塑料工業(yè)，2021，49（3）：91-94.

[9] 陳永輝.織物色差檢測系統(tǒng)研究[D].陜西：西安工程大學，2018.

[10] 吳桂兵，丁碧軍，程曉地，等.基于包裝材料數(shù)字圖像的RGB顏色空間色差評價方法研究[J].包裝工程，2024，45（15）：169-179.

[11] 王亞斌，黃燁，劉建勇.紡織品顏色在線檢測研究進展[J].天津紡織科技，2017，05：51-55.

[12] 冉友廷，鄧中民. 基于計算機視覺的紡織品 色牢度檢測方法[J].針織工業(yè)，2012（08）：65-68.

本研究依托項目：廣州市市場監(jiān)管局科技項目《耐光輻照色差評級測量裝置研制》（編號：2023KJ06）。

作者單位：廣州計量檢測技術研究院