楊志暉，楊紅英，葉華標(biāo)，謝宛姿，張靖晶，崔世忠

(1.中原工學(xué)院 a.紡織服裝產(chǎn)業(yè)研究院; b.紡織學(xué)院，河南 鄭州 450007;2.紡織服裝產(chǎn)業(yè)河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 鄭州 450007)

顏色深度綜合反映色料性能、色料用量和著色效果，是一種色知覺量。顏色深度的功用一般包括五方面：①決定染料強(qiáng)度和染料成本；②是評價染料色牢度的基礎(chǔ)；③是表征和評價提升力、遷移指數(shù)等染色質(zhì)量指標(biāo)的基礎(chǔ)；④可直接用于表征織物等著色物的染色深度；⑤用于色料配方預(yù)測。因此，顏色深度對于色料研究及其應(yīng)用具有深遠(yuǎn)意義。

關(guān)于顏色深度的定義有不同的描述。根據(jù)AATCC(American Association of Textile Chemists and Colorists)標(biāo)準(zhǔn)，顏色深度是指著色物離開白色的距離，常與色料的濃度或上色效率有關(guān)[1]。根據(jù)ISO(International Organization of Standardization)標(biāo)準(zhǔn)，顏色深度是在其他條件(基材、色料、加工方法和觀察條件)不變的情況下，隨色料用量增加而增加的上染質(zhì)量[2]。中國《染料名稱術(shù)語》標(biāo)準(zhǔn)中沒有顏色深度的定義，但給出了“標(biāo)準(zhǔn)深度”的相關(guān)概念，即，“一種公認(rèn)的深度標(biāo)準(zhǔn)系列，并定義中等深度為1/1標(biāo)準(zhǔn)深度；同一標(biāo)準(zhǔn)深度的顏色，在心理感覺上是相等的，使色牢度等可在同一基礎(chǔ)上進(jìn)行比較；目前已發(fā)展為2/1、1/1、1/3、1/6、1/12及1/25共6檔標(biāo)準(zhǔn)深度”[3]。

關(guān)于顏色深度的評價，目前國際上尚無統(tǒng)一、普適、公認(rèn)的方法。本文在前期研究的基礎(chǔ)上，選擇國際上最重要的兩個顏色深度標(biāo)準(zhǔn)，通過實驗以及Matlab編程分析兩者之間的關(guān)系，以及評價幾個常用顏色深度公式的使用效果，為后續(xù)提出、優(yōu)化新的客觀顏色深度公式提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 顏色深度評價標(biāo)準(zhǔn)簡介

目前，國際上通行的顏色深度評價標(biāo)準(zhǔn)主要有兩大類：一類是ISO 105 推薦的主觀評價顏色深度標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)最早始于20世紀(jì)20年代。當(dāng)時為了評價染料的色牢度，德國和瑞士的染料生產(chǎn)商合作制成了第一套評價色牢度用的“輔助標(biāo)準(zhǔn)”，它包括用不同染料在羊毛、棉、絲、粘膠上染成的一定深度、并經(jīng)過目測評定認(rèn)為在視覺上是等深的18只染樣，此即最早的標(biāo)準(zhǔn)深度卡，后來被稱為“Hilfstypen”。這套輔助標(biāo)準(zhǔn)原來僅用于色牢度對比，且只有一個深度，到了1951年，這套標(biāo)準(zhǔn)深度卡被ISO接納采用。

1954年，西德Schwen G等[4]給出了比第一套輔助標(biāo)準(zhǔn)淺和深的標(biāo)準(zhǔn)深度染樣。之后，AATCC組織了一個標(biāo)準(zhǔn)深度委員會，進(jìn)一步研討了有關(guān)深色和淺色的標(biāo)準(zhǔn)深度問題。一年以后，ISO TC/38 SCI委員會討論并決定染制中等標(biāo)準(zhǔn)深度(1/1標(biāo)準(zhǔn)深度)之外的其他深度(2/1和1/25標(biāo)準(zhǔn)深度)的深色樣。1957年，西德的Rabe[5]在徳國DIN色空間和Weise建議的基礎(chǔ)上，利用ECE于1955年發(fā)布了一套與Hilfstypen類似的18個樣品的標(biāo)準(zhǔn)深度色樣，統(tǒng)計回歸出一個顏色深度公式 ，之后建立了2/1、1/1、1/3、1/6、1/12和1/25 6檔標(biāo)準(zhǔn)深度，這些標(biāo)準(zhǔn)深度分別用12～18只染樣來表示，同一深度包含多種不同色相，另外制定了藏青和黑色的特殊標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)深度卡原本是染在羊毛(無光)和人造絲(有光)的織物上，后來不再使用人造絲織物染樣。這在后來形成了德國DIN 54000 輔助標(biāo)準(zhǔn)深度色卡的基準(zhǔn)，并被ISO采納和法令化，1972年又被美國AATCC采納[6]。隨后中國、日本等國家在此基礎(chǔ)上制定了本國的顏色深度相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

對于另一類顏色深度標(biāo)準(zhǔn)，1965年，Gall在人眼目測評價的基礎(chǔ)上建立了一套計算顏色深度等級的公式，確定了1/1、1/3、1/9、1/25和1/200 5檔標(biāo)準(zhǔn)深度，這與ISO推薦的2/1、1/1、1/3、1/6、1/12、1/25的6檔標(biāo)準(zhǔn)深度等級不同，后來被德國采納并制定了DIN 53235，這也是德國的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)[7-8]，即采用Gall公式計算評定5檔標(biāo)準(zhǔn)顏色深度。

因此，目前關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)顏色深度的重要標(biāo)準(zhǔn)有兩類：一類是ISO的6個等級的標(biāo)準(zhǔn)顏色深度卡，分織物版和紙版兩種載體，該標(biāo)準(zhǔn)全稱為ISO標(biāo)準(zhǔn)/AATCC標(biāo)準(zhǔn)(ISO 105 -A01-2010AATCC EP4-2011)，也稱主觀評價標(biāo)準(zhǔn)；另一類是德國DIN 53235標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)全稱為德國DIN標(biāo)準(zhǔn)(DIN 53235-2005)，也稱客觀評價標(biāo)準(zhǔn)。這兩類標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)顏色深度等級見表1。

表1 現(xiàn)行國際標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)顏色深度等級

2 實 驗

2.1 標(biāo)樣的選擇

為比較兩種標(biāo)準(zhǔn)的顏色深度，選擇符合ISO標(biāo)準(zhǔn)、由英國染化師協(xié)會(SDC)生產(chǎn)的一套標(biāo)準(zhǔn)深度卡(本文簡稱SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡)和利用Gall公式從Munsell色卡中提取符合DIN標(biāo)準(zhǔn)深度的一套色卡(本文簡稱DIN標(biāo)準(zhǔn)深度卡)。

(1) SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡(紙版)，包含2/1、1/1、1/3、1/6、1/12、1/25 6檔標(biāo)準(zhǔn)顏色深度，每檔深度有18個不同色相的標(biāo)樣，共計108個(不含藏藍(lán)和黑色的各2個標(biāo)樣)。SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡符合ISO 105-A01標(biāo)準(zhǔn)，其最后一批產(chǎn)品產(chǎn)于1992年，據(jù)產(chǎn)品證書上介紹，其產(chǎn)品每兩年被校驗一次。

(2) DIN標(biāo)準(zhǔn)深度卡，為了獲得符合DIN 53235 標(biāo)準(zhǔn)的5個等級的標(biāo)準(zhǔn)顏色深度，將Gall公式的計算結(jié)果B值控制在各自標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)，將B值判定取值誤差控制在10%以內(nèi)。本文參照文獻(xiàn)[9]的B值范圍，利用Gall公式從Munsell色彩圖冊中提取符合-0.6≤B1/1≤0.3、-0.6≤B1/3≤0.6、-0.7≤B1/9≤0.6、-0.8≤B1/25 ≤0.8、0.8≤B1/200≤0.8的全部色卡。

2.2 測試方法

采用美國X-Rite Color i7分光測色儀，測試條件為d/8、D65照明體，包含鏡面反射，測試孔徑為6 mm(樣品面積不大，故采用此小孔徑)，室溫，不同樣品在同時期測試完成。樣品的不同位置測試n次，以平均值代表樣品的最終測試結(jié)果。其中SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡測試4次，Munsell色卡測試2次。

此外，利用Godlove公式計算時需要獲知樣品的Munsell標(biāo)號(包含色度參數(shù)H、V、C)，本實驗預(yù)采用X-Rite Color i7分光測色儀獲取樣品的Munsell標(biāo)號。為此，先利用該儀器對Munsell色彩圖冊Matt版中的1 270塊色塊進(jìn)行測試，以考察儀器給出的Munsell標(biāo)號與實際標(biāo)號的差異，并預(yù)估借助該儀器獲得樣品Munsell標(biāo)號的準(zhǔn)確度和可行性，以便將實驗誤差控制在較小范圍。

3 結(jié)果與討論

3.1 Munsell標(biāo)號的驗證與分析

將X-Rite Color i7測試得到的1 270塊Munsell色塊的H、V、C值與實際標(biāo)號值進(jìn)行對比，利用Origin軟件畫圖給出兩者的差異，見圖1。利用實際標(biāo)號與測量標(biāo)號的差值計算得到色相偏差DH、明度偏差DV、彩度偏差DC，再分別以Munsell色彩圖冊中相鄰兩色塊相應(yīng)數(shù)值差異的一半為參比做統(tǒng)計分析，測試標(biāo)號與實際標(biāo)號的DH在-1.25～1.25以內(nèi)的有1 237個，占97%，DV在-0.5～0.5以內(nèi)的有1 269個，占99.8%，DC在-1～1以內(nèi)的有1 257個，占98.9%。因此，使用X-Rite Color i7測得的Munsell標(biāo)號的單個色度值的準(zhǔn)確度均在97%以上。故認(rèn)為X-Rite Color i7給出的Munsell標(biāo)號的精度可被接受，決定直接采用該儀器讀取Munsell標(biāo)號，以方便Godlove公式的計算。

(a) Munsell色塊的實測色相偏差 (b) Munsell色塊的實測明度偏差 (c) Munsell色塊的實測彩度偏差圖1 Munsell色卡的實際測量偏差

3.2 SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡與Munsell色卡的測試結(jié)果

SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡的1/1標(biāo)準(zhǔn)的18個色相的色度分布見圖2。從SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡18個色相中剔除了分光反射率曲線混亂、疑似局部污染的4個色相，剩下的14個色相的色度分布見圖3。14種色相的84個色塊的色度坐標(biāo)見圖4。

圖2 SDC 18種色相1/1標(biāo)準(zhǔn)深度色塊的色度分布

圖3 SDC 14種色相1/1標(biāo)準(zhǔn)深度色塊的色度分布

滿足DIN標(biāo)準(zhǔn)深度卡1/1、1/3、1/9、1/25和1/200 5檔標(biāo)準(zhǔn)深度的樣品共計81個色樣，它們的色度坐標(biāo)見圖5。對比圖4與圖5可知，SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡的84個標(biāo)樣和DIN標(biāo)準(zhǔn)深度卡的81個標(biāo)樣在4個象限均有分布，色相分布較均勻，相對而言，符合DIN標(biāo)準(zhǔn)深度卡的81個標(biāo)樣的色度分布更均勻一些。

圖4 選取的SDC 14種色相的84個標(biāo)準(zhǔn)深度色塊的色度分布

圖5 DIN標(biāo)準(zhǔn)深度卡的81個標(biāo)準(zhǔn)深度色塊的色度分布

3.3 計算結(jié)果與分析

在前期研究的基礎(chǔ)上，利用Godlove、Rabe-Koch、Sato和Berns這4個使用效果較好的顏色深度公式，分別計算SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡的84個色樣的色深值和DIN標(biāo)準(zhǔn)深度卡的81個色樣的色深值。

由于DIN標(biāo)準(zhǔn)深度卡的數(shù)據(jù)是利用Gall公式按照B值±10%從Munsell空間提取得到的，為了檢驗數(shù)據(jù)的離散性，根據(jù)GB/T 4883-2008[10]中的相應(yīng)規(guī)定，使用Grubbs檢驗法檢驗樣品的Gall色深值，其中，確定樣品屬于離群值所使用的顯著水平為α=0.05，確定樣品屬于應(yīng)剔除水平所使用的顯著水平為α=0.01。結(jié)果顯示，在提取的81個樣品中，有8個數(shù)據(jù)屬于離群值，但不符合剔除條件。

由于各公式的計算結(jié)果數(shù)值范圍不同，為客觀對比，統(tǒng)計分析了各公式計算所得顏色深度的平均值A(chǔ)VG、標(biāo)準(zhǔn)差SD和標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)Vσ，結(jié)果見表2。其中Vσ越小，說明它對應(yīng)的公式的評價效果越好，樣品的等深性越好。

表2 兩類標(biāo)準(zhǔn)深度卡的色深值統(tǒng)計數(shù)據(jù)

分析表2各公式評價SDC色卡的Vσ可知：(1)Rabe-Koch公式所對應(yīng)的Vσ平均值最小，其次依次是Sato公式、Godlove公式和Berns公式；(2)各公式不同深度排序之和從小到大的順序也是Rabe-Koch公式、Sato公式、Godlove公式和Berns公式。

分析表2各公式評價符合DIN標(biāo)準(zhǔn)深度卡的Vσ可知：(1)Berns公式所對應(yīng)的Vσ平均值最小，其次依次是Godlove公式、Rabe-Koch公式及Sato公式；(2)從各公式評價不同深度的Vσ可知，Godlove公式在1/1、1/3深度之間的Vσ最小。Rabe-Koch公式在1/1、1/3深度的Vσ最小，說明這個公式比較適合評價較深的顏色深度。Berns公式的表現(xiàn)剛好相反，它更適用于評價淺色。

綜合分析表2可以看出：同一公式在評價不同標(biāo)準(zhǔn)時效果不同。評價SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡效果最好的Rabe-Koch公式在評價DIN標(biāo)準(zhǔn)深度卡時只能排第三；這5個公式中評價SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡效果最差的Berns公式在評價DIN標(biāo)準(zhǔn)深度卡時表現(xiàn)得則比較突出。其他公式在評價不同標(biāo)準(zhǔn)的色卡時排序也會發(fā)生變化，這充分說明顏色深度公式在使用時受到了不同標(biāo)準(zhǔn)的限制，同時，也充分體現(xiàn)了相同公式在評價不同標(biāo)準(zhǔn)時的差異。

對比表2中兩種不同標(biāo)準(zhǔn)的1/1、1/3和1/25深度可知：除了在1/3深度下使用Rabe-Koch公式計算SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡的平均值(5.56)略低于DIN標(biāo)準(zhǔn)深度卡的平均值(5.67)之外，其余公式在評價相同顏色深度時，SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡的平均值均高于DIN標(biāo)準(zhǔn)深度卡。這說明SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡的1/1、1/3、1/25這3個深度明顯較DIN 53235 標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的深一些。同時，利用Berns公式計算DIN 標(biāo)準(zhǔn)深度卡的1/3、1/25色深值的Vσ小于SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡相同色深值的Vσ，其余公式計算的DIN 標(biāo)準(zhǔn)深度卡的Vσ均大于SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡，說明SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡在1/1、1/3、1/25這3個深度的顏色深度下波動小于DIN標(biāo)準(zhǔn)深度卡。

分析表2中其他顏色深度可以看出，利用各公式計算的SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡的1/12深度與DIN標(biāo)準(zhǔn)深度卡的1/9深度的結(jié)果的平均值比較接近。因此，可以認(rèn)為，SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡比DIN標(biāo)準(zhǔn)深度卡整體上偏深一點。

利用Gall公式計算評價SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡的色深等級見表3。文獻(xiàn)[7, 9]提供了利用Gall公式評價1/1、1/3、1/9、1/25和1/200 5個顏色深度等級的計算參數(shù)，而SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡具有2/1、1/1、1/2、1/6、1/12和1/25 6個深度等級。在計算SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡的2/1深度時，只好就近采用DIN標(biāo)準(zhǔn)1/1深度的參數(shù)，其結(jié)果也大都落在了DIN標(biāo)準(zhǔn)1/1深度等級。

表3中，“眾數(shù)”表示14個色相的樣品中多數(shù)樣品所在的等級，“一致比”是14個色相樣品色深等級與眾數(shù)等級一致的比例分?jǐn)?shù)，其百分?jǐn)?shù)表示即一致率。鑒于Gall分級(即客觀評價標(biāo)準(zhǔn))沒有2/1、1/6和1/12，而SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡之1/6等級的Gall評價結(jié)果又正好6個是1/3、6個是1/9，因此其眾數(shù)取了中間值1/6，并認(rèn)為1/3和1/9這兩種結(jié)果均與1/6相一致。從表3的數(shù)據(jù)看，84個樣品的色深等級與眾數(shù)等級的一致率為82.14%，不一致的情況都是B值超過其取值范圍而無法得到計算結(jié)果的情況?？紤]到SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡和Gall公式深度標(biāo)準(zhǔn)的不同，可以認(rèn)為Gall公式的評價結(jié)果與SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡色深等級大體上一致。

表3 采用DIN標(biāo)準(zhǔn)評價 SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡的結(jié)果(色深等級)

注：“-”表示無輸出結(jié)果。

4 結(jié) 語

顏色深度客觀評價的重要性和難度為業(yè)界所共識。本文借助4個顏色深度公式，測算和統(tǒng)計分析符合ISO 105 A01標(biāo)準(zhǔn)的6個不同深度等級的SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡，以及利用Gall公式提取的符合DIN 53235 標(biāo)準(zhǔn)的5個不同顏色深度等級的Munsell色卡，獲得以下主要結(jié)論：

(1) 評價這兩個國際上最重要的顏色深度標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)深度時，4個顏色深度公式的評價結(jié)果存在一定的差異。以數(shù)理統(tǒng)計量Vσ越小表示公式的評價效果越好來衡量，在評價SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡時，Rabe-Koch公式表現(xiàn)最優(yōu)，其次依次是Sato公式、Godlove公式和Berns公式；在評價DIN 標(biāo)準(zhǔn)的顏色深度時，Berns公式的Vσ平均值最小，其次依次是Godlove公式、Rabe-Koch公式和Sato公式。

(2) 同一公式評價同一標(biāo)準(zhǔn)的不同顏色深度時也存在明顯差異。Rabe-Koch公式比較適合評價DIN標(biāo)準(zhǔn)中較深的顏色，而Berns公式則在評價DIN標(biāo)準(zhǔn)中較淺顏色深度時更具有優(yōu)勢。

(3) ISO推薦的SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡要比DIN標(biāo)準(zhǔn)的相同深度的標(biāo)準(zhǔn)深度卡顏色更深一些，SDC標(biāo)準(zhǔn)深度卡的1/12深度與DIN標(biāo)準(zhǔn)的1/9深度比較接近。

致謝:感謝國家自然科學(xué)基金(61440064)、教育部留學(xué)回國人員科研啟動基金(ROCS, SEM)和河南省功能性紡織面料重點學(xué)科開放實驗室的資助。