浅谈棉花颜色级的感官检验和仪器化检验

文/吴恺力 李丹 黄玉龙

棉花颜色级检验始于美国，是建立在孟塞尔（Munsell）颜色空间的10YR平面上，以明度和饱和度评级。在GB 1103.1—2012《棉花 第1部分：锯齿加工细绒棉》中，颜色级（color grade）定义为棉花颜色的类型和级别，类型依据黄色深度确定，级别依据明暗程度确定。其中，棉花黄色深度（yellowness）表示棉花黄色色调的深浅程度，以+b表示；明暗程度，即反射率（reflectance degree）表示棉花样品反射光的明暗程度，以Rd表示。依据棉花黄色深度将棉花划分为白棉、淡点污棉、淡黄染棉、黄染棉4个类型；依据棉花明暗程度将白棉分5个级别，淡点污棉分3个级别，淡黄染棉分3个级别，黄染棉分2个级别，共13个级别。

颜色级检验分感官检验和纤维快速测试仪检验。前者是在符合GB/T 13786的棉花分级室，正确握持棉样，使样品表面密度和实物标准表面密度相似，对照颜色级实物标准结合颜色级文字描述确定颜色级。后者即为仪器化检验，可选择USTER公司生产的HVI、陕西长岭生产的XJ128和印度Premier生产的ART，目前普遍采用HVI1000型和HVI1000C型，按GB/T 20392《HVI棉物理性能试验方法》检验。

1 棉花颜色级的感官检验

感官评价可被定义为用于唤起、测量、分析和解释产品引起的一系列视觉、嗅觉、触觉、味觉和听觉所引起反应的一种科学方法[1]。在记录和总结了我国18世纪中期以前棉花栽培和加工利用成果的《御题棉花图》中《拣晒图》配有说明：“棉贵纯白，土黄色者亦可织而直贱，水浥者惟供杂用。”可见，我国古代就有棉花颜色感官评价。棉花颜色级感官检验的原理是人眼成像：自然界各种物体在光线的照射下，不同颜色可以反射出明暗不同的光线，这些光线透过角膜、晶状体、玻璃体的折射，在视网膜上显出景物的影景象（倒立的像），构成光刺激。从人眼成像的原理中可以知道，影响颜色级结果的因素有：自然界的光线、视网膜上的感光细胞和大脑皮层的综合分析。

（1）自然界的光线。GB/T 13786《棉花分级室的模拟昼光照明》规定了棉花分级室照明器的光照度、色温、显示指数要求，以及室内环境灰度和布局要求。标准照明的特性就是人工模拟自然界的中等阴天北向昼光。邵淼[2]讨论了自然光照和模拟光照在检验棉花品级中的差异在检验棉花色泽特征方面的差异。

（2）视网膜上的感光细胞和大脑皮层的综合分析。网络上曾经有一张图片裙子是白金还是蓝黑引发众多网友争议。明明只是同一张图，为何大家会看出不同颜色呢？这是因为大家对颜色的敏感度不同。视网膜上的感光细胞由视锥和视杆细胞组成，两种细胞接受到光线和颜色的信息后，视色素会进行不同的组合，呈现不同的颜色在视网膜上成像，视神经将影像传入大脑皮层，大脑皮层对影像进行判断和解读，任何环节有所偏差，都能造成同一事物所见结果不同。这就解释了为什么棉花感官检验的人为因素影响那么大：在相同条件试验环境下，由于人的个体差异（感光细胞）和实践经验（大脑皮层的综合分析）不尽相同，得出的结果也就会有差异。通过反复使用在有效期内的棉花颜色级实物标准和检验棉样做对比，来不断缩小个体差异对颜色级结果的影响；通过多看多练多总结来提高实践经验，提高大脑皮层的综合分析能力，最终提升检验人员整体的感官检验水平。

除此之外，还有一些其他因素影响颜色级感官检验，比如品级检验思维、棉样轧工质量、检验员手法、实物标准的保管和使用、检验员自身素质和心理因素等[3-5]。

2 颜色级的仪器化检验

以普遍采用的HVI为例，其颜色级检验原理是利用光电转换原理，通过氙灯照射到棉样表面，光反射到滤光片及光敏电路板上，由电脑软件计算测试得出棉花的反射率（Rd）、黄度（+b），根据Rd、+b测试值确定棉花的颜色级。

跟人眼成像原理类似，氙灯模拟自然界的光线，滤光片和光敏电路板模拟角膜、晶状体、玻璃体和视网膜上的感光细胞，电脑软件模拟大脑皮层的综合分析。与人眼不同的是，HVI是精密仪器，制造出来的氙灯、滤光片和光敏电路板等电子元器件差异性非常小，电脑软件分析得出的颜色级结果一致性也较好。

影响HVI颜色级检验的因素主要有以下几个方面：

（1）颜色级校准瓷板。HVI仪颜色测量使用的Rd和+b值与国际公认的CIELAB测量使用AMS瓷砖直接相关[6]。每台HVI都会随机配一套颜色级校准瓷板，一套瓷板包括白色、棕色、黄色、灰色、中心色板5块，各块瓷板标有反射率值（Rd）和黄度（+b）值，精确到小数点后两位。校准瓷板在使用过程中，其标定值会发生变化，需要每年送中国纤维质量监测中心进行重新赋值，才能保证每块校准瓷板标定值的量值传递[7]。瓷板本身易碎，如出现釉面划伤、脱落甚至裂纹，其标定值已经发生变化，不能继续使用；同时在使用过程中还应避免指纹、棉花叶屑等污物粘在校准瓷板测试面及HVI图像采集窗口上而影响测试结果。对于有多台HVI的实验室，一定要注意每套校准瓷板的标定值不一样，需要进行专门的管理。

（2）HVI操作员的手法。同一个棉样，操作员取样量的多少（能否覆盖满图像采集窗口）、取样部位（是否有代表性）和放样的方式（棉样横截面向上或是取样刀口向上）对测试结果都有着直接影响。

（3）校准检查。HVI新型号配备的是双颜色头（上颜色头和下颜色头），检验过程中系统的校准检查只会提示下颜色头，而不会提示上颜色头。测试结果是上下两个颜色头测试数据的均值，如果上颜色头测试数据不准，势必会影响测试结果。在目前系统未进行更新前，需要实验室安排人员定期对上颜色头进行核查。

（4）HVI的维保水平、棉样的一致性、棉样测试厚度等因素都与颜色级仪器化检验结果有关。

3 感官检验和仪器化检验的比较

影响两种检验方式结果的共因还有棉样回潮率、棉花品种、棉花生长环境、棉花采摘期和采摘方式、棉花储存时间等[8]。总体来说，棉花颜色级感官检验的优点是成本低、适用广、方便，特别是对于棉花收购、贸易等环节十分重要，缺点是受人为因素影响较大、对检验人员专业性要求较高；棉花颜色级仪器化检验（HVI检验）的优点是速度快、测试结果稳定、重复性再现性较好、环境干扰小，缺点是投入成本较高、便捷性差、需要专业的团队支撑。

根据棉花质量检验体制改革的要求，仪器化检验是大势所趋。尽管如此，籽棉混轧导致的一致性差、水捂籽棉导致的黄度异常、储存变异导致的颜色不匀、特殊情况导致的色调偏红以及邻近棉样判定、采集棉样调图等情况都离不开感官检验。