羊绒数字化测色法精确度比较

文/李吉鹏 衡冲 王府梅

羊绒是一种十分珍贵的天然纤维，纤细柔软、保暖性好，触感舒适，因此被誉为“软黄金”[1]。羊绒种类繁多，产地分布广，按颜色的差异被分为白绒、青绒、紫绒，不同颜色羊绒的用途和价格都存在一定的差异[2]。随着羊绒市场的竞争越来越激烈，在生产过程和贸易往来中，客户要求工厂对羊绒产品色样的确认速度也越来越快，因此，能够快速、准确地判断羊绒的颜色，对国内羊绒贸易、生产都具有十分重要的意义[3]。目前，对于羊绒颜色的测定，业界内标准为GB/T 18267—2013“山羊绒”，常用的方法是人眼辨别的方法，很不客观而且随机误差较大；也有部分企业使用了美国datacolor测色配色仪，对羊绒针织、机织系列产品进行定量化检测[3]，提高了测色效率以及准确度，不过dataolor测色配色仪价格昂贵，成本较高，而且测试孔径小，结果代表性小，对样品大小形状要求高，也无法提供对混色纤维至关重要的颜色变异性，因此需要更加方便、价格便宜、代表性好的测色方法。

纤维颜色的评测是指通过人工或者仪器化的方法，将纤维颜色进行判别，使其满足生产贸易中的需求。随着羊绒生产贸易规模的扩大，羊绒测色需求也越来越高，原有的人工测色方法由于是定性判断、主观评测[4]，已经不适应现代化纺织和商贸工作的需求，研究者们在积极探索羊绒颜色定量检测方法。杨淑丽等通过对不同种纤维的三刺激值、色度值、色差、白度值及其序位相关系数等数据的测试比较，得出天然纤维建议使用L、b及色差值ΔE来评定颜色的结论[5]；马杰等基于图像处理技术，提出了一种半自动化的计算机视觉系统对羊绒颜色纯度进行测试，较传统方法结果更加客观[6]；衡冲等采用数字化方法表征羊绒的颜色类别并测量了羊绒的长度[7]。

为了能够快速准确地检测羊绒颜色，课题组基于衡冲的算法研发了数字化羊绒测色系统，本文设计系列试验，考察该测色系统的准确性、稳定性，评价基准是datacolor850测色配色仪。

1 图像法测色系统简介

图像法测色系统的硬件包括光电检测器、电脑、试样桶、加压块等辅助器件。光电检测器和电脑联机运行。

光电检测器如图1所示，彩色CCD用作传感器，检测器的光学玻璃试样窗口上方为无底试样桶，窗口尺寸和试样桶横截面均为12cm×12cm，20g羊绒纤维放入试样桶内，在纤维上方施加60N的压力将纤维压实，而后启动电脑的测试软件，电脑控制试样下方的CCD摄像机构获取羊绒纤维的反射光RGB图像后，自动转入羊绒各项颜色指标的计算。软件采用了通用的色空间转换方程和羊绒专用的颜色指标校准方程，试样桶中部10cm×10cm的图像用于羊绒颜色指标的计算。

图1 光电检测器示意图[7]

测色系统操作界面完全自主设计。整个系统分为获取羊绒颜色图片、计算和结果显示两个模块，图2为数字化测色操作系统的主界面。

图2 数字化测色系统主界面

点击主界面中的“增加”按钮，创建一个新试样，依次输入测试时间、测试者姓名、试样编号等数据，软件会自动生成一文件路径。最后点击“保存”，存储以上信息，完成基础参数设置。再点击“获取图片”进入扫描界面，如图3。

图3 获取图片界面

在图3界面中点击连接检测器，系统会自动调出光电扫描器界面，如图4。将预调湿24小时（温度16℃，湿度65%）的羊绒称取20g，均匀置于检测器的正方体试样桶中，自上而下施加40N压力，将其压实。准备扫描。

图4 光电扫描器界面

光电检测器设置为：

介质：反射稿；不反相；类型：RGB色彩；分辨率1000 ppi；线性CCD扫描范围10cm×10cm。

在图4检测器界面控制扫描区域，光电检测器会获得试样表面反射光图片，图片会显示在图3界面下方空白区域以供预览。

获取图片后，点击保存并关闭，系统自动回到图2主界面，点击计算即可获得纤维的颜色指标L、a、b值及其变异系数等，如图5所示。

图5 结果显示界面

2 试验设计

为了验证本测试方法的准确性、稳定性、重现性，选用白绒、青绒、紫绒各4种总计12种纤维进行以下试验，各种青绒、紫绒的颜色深浅有差别。

每种纤维取3个样品分别进行上述方法和datacolor测色配色仪的测试，后者被用作基准量，考核新方法的准确性。datacolor测色配色仪透光孔径采用最大直径30mm，每次测试结果误差在1%以内方取，每种试样同样测试3次。将两种测试方法的结果进行对比，验证图像法的准确性。

再对每种绒的3次测量数据进行变异系数的计算，检验各测试法的稳定性。

最后，由其他测试人员使用图像法制样、操作，再测试一组数据，检验图像法的重现性。

3 结果与分析

3.1 准确性

图像法与datacolor测试取平均值后进行对比，结果如下：

图7 两种方法a值对比

图6～图8是图像法和datacolor测色配色仪3次测试平均值的比较，可以看到，图像法和datacolor法测试结果整体一致。经过对比分析，图像法和datacolor测试结果中L值相关系数为0.993，图像法数值略大；a的相关系数为0.851，图像法数值略大；b的相关系数为0.940，但是图像法数值略小。结果显示，L、a、b值都非常接近，其中L值最接近，a，b值差异相对大。

图6 两种方法L值对比

图8 两种方法b值对比

在Lab色空间，L代表亮暗，L越大越亮，越小越暗；a代表红绿，a为正表示偏红，为负表示偏绿；b代表黄蓝，b为正表示偏黄，为负表示偏蓝[8]。图像法结果a偏大、b偏小，说明结果偏红偏黄。这是由于部分羊绒试样本身并不是均匀蓬松体，在12cm×12cm的试样桶内这些试样很容易形成簇状堆叠，使摄取的图像存在由纤维簇之间的小空隙造成的阴影。为避免这种影响，应该改进制样方法，如将羊绒块充分撕松再均匀铺入试样桶。

3.2 稳定性

通过对图像法和datacolor法3次测试结果进行计算，得到相应的变异系数，如表1。

由表1可知，图像法和datacolor法测得的结果计算所得变异系数都很小，其中图像法的L、a值的变异系数平均值较datacolor法小，b值的变异系数平均值较datacolor法大一些；图像法12种试样的最大变异系数都小于datacolor法。这表明图像法的测试稳定性较datacolor法好。

表1 两种方法测试结果的变异系数

图像法扫描过程采用了10cm×10cm的较大扫描范围，而datacolor法最大仅可选择直径30mm透光孔，较大的扫描面积使图像法对于整体试样的测试有较好的代表性，但是也容易让扫描图片中产生由于羊绒挤压出现的阴影，影响测试结果稳定性，特别是浅色的白羊绒，扫描面积增大，稳定性受到更大影响。

3.3 重现性

为了保证图像法在相同条件下，由同一个测试人员所测的结果的准确性，对于其重现性的测试也是相当必要的。

两位测试人员在不同时间段、同一测试环境下，分别对相同批次的白绒、青绒、紫绒试样进行测试。两位测试人员所得测试结果对比见表2。

表2 不同测试者测试结果比较

表2中，试样1、试样2、试样3分别为白绒、青绒和紫绒。由表2可知，对于相同试样，不同测试人员所测得的结果相差最大为b值的1.228，重现性较好。两位测试人员独立取样、制样后的测试结果一致，这说明该方法可以保证不同的人操作都能够获得稳定的结果。

3.4 羊绒颜色变异系数的应用价值

图像法是基于扫描图像每一个像素点的RGB值进行计算，计算结果中也会给出各个像素点颜色差异的变异系数，这个数据在实际中具有一定的应用价值。

图9是使用该方法获得的青羊绒光电扫描图像，从图6中可以看出各根羊绒纤维颜色并不均匀一致，而是有深浅差异，这是羊绒本身天然颜色特性，关系到成品视觉风格。而现有大多数测色仪器仅仅能够表现出所测面积内颜色的平均数值，无法展现羊绒的混色情况。

图9 青羊绒扫描图

如表3是图像法对12种羊绒颜色变异系数的计算结果，变异系数能够展现出所测羊绒的混色情况，以及颜色纯度。变异系数越小，所测羊绒颜色越纯。

表3 图像法每张图片变异系数

4 结论

本文讨论基于羊绒表面反射光的RGB图像研发的羊绒颜色定量测试法与datacolor测色配色仪测试结果的一致性进行试验分析，验证了新方法的准确性和稳定性，并得到以下结论：

（1）新测试法与datacolor测色配色仪测试结果接近，结果可信度高，可以满足颜色检测需求。但是所测试样中a值差异较L、b值略大，需要进一步改进。

（2）由于测试面积的优势，新测试法重复测试结果的离散性小，测试一次即可获得准确的羊绒颜色。

（3）通过对比发现，不同测试人员使用新测试法在对相同试样获得的测试结果中L、a、b值基本一致，重现性好。

（3）新测试法给出的颜色值变异系数可以表达纤维颜色的纯度或混色情况。