色紡紗成色機理的探討

張 毅 王 妮 張瑞云 龔 紅 楊 柳

(1.浙江省常山紡織有限責任公司，浙江衢州，324200；2.東華大學，上海，201620)

色紡紗是由多根不同顏色的纖維經(jīng)并置、穿插、交叉而成的紗線。在一定的視覺距離之外，人眼識別不出各單根有色纖維的色彩，而是感受到有色纖維混和體所呈現(xiàn)的一種新色彩。通常色紡紗多用于基本結(jié)構(gòu)單元為線圈的針織物，其在針織物中形成三維彎曲的空間曲線圍成一個個小面積的色點，在一定距離之外也無法識別其單獨的顏色，并置在一起的色彩會相互影響、擴散，融合到相鄰的色彩上，進而又形成一種新的顏色[1]。由于這種特性，到目前為止紡制色紡紗都采用人工配色和對色，很難用數(shù)字來準確描述其顏色。本文通過紅、黃、藍三色纖維混和和兩色纖維混和成色過程中的RGB值的變化，建立回歸方程分析變化規(guī)律，研究色紡紗的成色機理。

1 色纖維混和成色的特性

1.1 顏色混和的描述

不同顏色混和在一起，能產(chǎn)生新的顏色，這種方法稱為混色法。有加色混和、減色混和和中性混和。中性混和分顏色旋轉(zhuǎn)混和和色彩空間混和[2]。本文將以色彩空間混和模式分析色纖維混和成色的特性。

每個顏色的描述是由三個數(shù)值控制的，分別為R、G、B。當紅(255，0，0)、綠(0，255，0)、藍(0，0，255)三個數(shù)值最大時，顯示為白色(255，255，255)，當三個數(shù)值最小時，顯示為黑色(0，0，0)。

1.2 色彩空間混和

將不同的顏色并置在一起，當它們在視網(wǎng)膜上的投影小到一定程度時，這些不同的顏色刺激就會同時作用到視網(wǎng)膜上非常鄰近部位的感光細胞，以致眼睛很難將它們獨立地分辨出來，從而在視覺中產(chǎn)生色彩的混和，這種混合稱色彩空間混和(以下簡稱空間混和)，又稱色彩并置混和[3]。

空間混合規(guī)律如下：凡互補色關系的色彩按一定比例的空間混和，可得到無彩色系的灰和有彩色系的灰；非互補色關系的色彩空間混和時，產(chǎn)生二色的中間色；有彩色系色與無彩色系色混合時，也產(chǎn)生二色的中間色；色彩在空間混和時所得的新色，其明度相當于所混和的中間明度[4]。

色彩并置產(chǎn)生空間混和的條件是：其一混合色應是細點或細線，同時要求呈密集狀，點與線越呈密集狀，點與線越密，混和的效果越明顯。其二，色彩并置產(chǎn)生空間混和效果與視覺距離有關，必須在一定的視覺距離之外，才能產(chǎn)生混和。

1.3 色纖維混和方式

空間混和與加色混和和減色混和的不同點在于其顏色本身并沒有真正混和(加色混和與減色混合都是在色彩先完成混和以后，再由人眼觀察和感受到)，但它必須借助一定的空間距離來完成，圖1為不同視覺距離色樣色彩效果。

近距離 遠距離

圖1 不同視覺距離布樣色彩效果

1.4 空間混和RGB值測試與計算

1.4.1 空間混和RGB值的測試

將色光三原色，紅(255，0，0)、綠(0，255，0)、藍(0，0，255)，色料三原色青(0，255，255)、品紅(255，255，0)、黃(255，0，255)，共六種顏色，依據(jù)空間混和規(guī)律，先分別將色光三原色或色料三原色3種等量混和，再將色光和色料三原色兩兩等量混和，以及互補色兩兩等量混合，用Photoshop軟件處理后得到新顏色，處理方法如下。

表1Photoshop軟件獲取的RGB值

項目混和顏色新色色光三原色三色混RGB色料三原色三色混RGB色光三原色二色混RGB色光三原色二色混RGB色光三原色二色混RGB互補色RGB互補色RGB互補色RGB色料三原色二色混RGB色料三原色二色混RGB色料三原色二色混RGB(255,0,0)(0,255,255)(255,0,0)(0,255,0)(255,0,0)(255,0,0)(0,255,0)(255,255,0)(0,255,255)(255,255,0)(255,0,255)(0,255,0)(255,0,255)(0,0,255)(0,0,255)(0,255,0)(0,255,255)(255,0,255)(0,0,255)(255,0,255)(0,255,255)(255,255,0)(0,0,255)(255,255,0)(85,85,85)(170,170,170)(128,0,128)(0,128,128)(128,128,0)(128,128,128)(128,128,128)(128,128,128)(128,128,255)(128,255,128)(255,128,128)

1.4.2 空間混和RGB值的計算

空間混和顏色本身并沒有真正混和，仍保持原色，所以混和產(chǎn)生新顏色RGB值可以用下列計算式表示：

R：r1n1+r2n2+r3n3

(1)

G：g1n1+g2n2+g3n3

(2)

B：b1n1+b2n2+b3n3

(3)

n1、n2、n3分別為混和顏色中各組分所占百分比(%)；顏色1(r1，g1、b1)、顏色2(r2，g2、b2)、顏色3(r3，g3、b3)；計算結(jié)果四舍五入后得到混和RGB值。

表1 Photoshop軟件處理后拾色器測得的空間混和的RGB值與計算公式(1)、(2)、(3)所得RGB值是一致的，因此，對于空間混和可以通過混和顏色中各組分所占百分比算出新顏色的RGB值；也可以用Photoshop軟件處理后用拾色器測得的RGB值，推算出混和顏色中各組分的百分比。

1.5 色纖維混和RGB值

不同顏色的纖維混和，形成一種新的顏色，如紅纖維、黃纖維和藍纖維等量混和，生成深棕色的混和纖維如圖2所示。

圖2 紅、黃、藍纖維等量混和

混和纖維的顏色計算RGB(176，114，107)與測試RGB值(127，104，104)差異較大，特別是R值，色偏差高達49，雖然色纖維混和從混色效應來看，具有空間混和的特性，但不完全屬于空間混和，更不是單純地遵循加色混和或減色混和原理，要找到變化規(guī)律，需建立色彩模型，通過試驗來尋找RGB值的變化規(guī)律。

2 基礎數(shù)據(jù)的建立

研究對象：純棉色纖維的混色 。

選定三種色纖維：紅M(RD02)、黃Y(BR21)和藍B(BL01)。

試驗方法：不同顏色、比例色纖維混紡制成紗線，織成布掃描成像后測試顏色值。

三色組成布樣：M+B+Y不同比例組合成36種顏色。

二色組成布樣：M+B、M+Y、B+Y不同比例混和成57種顏色。

2.1 測色方法

測試條件：將制備的試驗樣品折疊4 層鋪平，確保光線不能透過，然后掃描布樣。

測試設備：Canon Ir2004/2204，分辨率300。

測試方法：用計算機Photoshop軟件對布面進行處理，使顏色均勻，測得每組布樣的RGB值[5]。

2.2 測試方案

測試數(shù)據(jù)集排列以基色同比例為一種數(shù)集。由于成紗是由紅R(RD02)、黃Y(BR21)和藍B(BL01)3種顏色組成，本文重點分析基于R、G、B值變化與色紡紗顏色的關系，了解色紡紗成色機理，試驗方案見表2和表3；R、G、B值測試數(shù)據(jù)見圖3～圖12。

表2三種纖維混和比例

藍纖維質(zhì)量比例/%紅纖維質(zhì)量比例/%黃纖維質(zhì)量比例/%101020?80102010?10807070?10

表3兩種纖維混和混和比例

第一種色纖維質(zhì)量比例/%第二種色纖維質(zhì)量比例/%510?959590?5

3 結(jié)果及分析

將不同顏色和不同比例混合后的色樣用Photoshop軟件處理后，測得RGB值，以回歸方程分別對R值、G值和B值的變化進行描述，解析色纖維混和產(chǎn)生的新顏色與各組分顏色之間的關系。

3.1 R值測試結(jié)果及分析

3.1.1 三色纖維混和與R值的關系

圖3是三色纖維混和的36個色樣的顏色R值與其色纖維比例之間的關系。從中可見，在藍色纖維比例確定時，無論黃色纖維(或紅色纖維)比例如何，其最終混色布樣的R值基本呈直線，變化幅度很小。

圖3 色纖維混和測試R顏色值

將圖3中藍色纖維比例相等的列為一組，進一步計算每組R值的平均值、CV值，具體數(shù)據(jù)如表4所示。

表4藍纖維比例與R值的關系

藍纖維比例/%R平均值CV值/%1020304050607080162135118105958576691.751.510.871.081.011.350

表4數(shù)據(jù)顯示，每組變化CV值<2.0，差異非常小。在同比例藍色纖維混和情況下，紅色纖維和黃色纖維比例變化，對所得新顏色中的R值影響很小，說明藍色纖維比例決定了R值。

3.1.2藍與紅二色纖維、藍與黃二色纖維混和與R值的關系

圖4 藍纖維分別與紅纖維、黃纖維混和時R值

圖4是藍與紅二色纖維、藍與黃二色纖維混和38只色樣測得的R值，兩條曲線基本重合，說明了在一定比例的藍色纖維內(nèi)，R值也不受紅纖維和黃纖維比例的影響，為了進一步論證這個結(jié)論，再進行對比試驗分析，具體方案如下。

方案一：藍纖維定值，紅、黃纖維等比例。

藍纖維比例：10%、20%…80%；

紅纖維比例：45%、40%…10%；

黃纖維比例：45%、40%…10%。

方案二：表4中R值。

方案三：藍纖維比例10%、20%…80%；

紅纖維比例90%、80%…20%。

方案四：藍纖維比例10%、20%…80%；

黃纖維比例90%、80%…20%。

表5四種方案測得的R值

藍纖維比例/%方案一方案二方案三方案四1020304050607080相關系數(shù)概率15312512010897858072162135118105958576690.993 30.761 6154133116104928678700.990 40.576 3155126111103918375650.994 00.025 3

從表5數(shù)據(jù)可見，用方案一數(shù)集與其它數(shù)集進行相關性分析T檢驗(tails=1)，結(jié)果除方案四外，得出的概率都在0.05以上，表明兩組數(shù)據(jù)不存在顯著差異?，F(xiàn)根據(jù)表4數(shù)據(jù)作圖5，建立藍色纖維比例與R值的關系式，其變化規(guī)律為y=0.013x2-2.429 2x+181.7，其中x是藍纖維的比例，y值是新顏色中R值。用測試R值與二次函數(shù)式計算R值，二組數(shù)據(jù)經(jīng)相關性分析T檢驗(tails=1)，相關系數(shù)0.9970，概率0.92。

圖5 藍色纖維比例與R值的關系

圖6是紅、黃二色纖維混和與R值的關系。從圖中可見，R值隨黃纖維比例增加或紅纖維比例減小呈一次線性正相關關系，相關系數(shù)0.967，大于 0.8表示高度相關。

圖6 紅、黃二色纖維混和R值的變化

3.2 G值測試結(jié)果及分析3.2.1 三色纖維混和與G 值的關系

圖7是三色纖維混和36只布樣測試的G值，在藍纖維比例一定時，G值隨黃纖維比例增加而增加，其函數(shù)關系見表6，相關系數(shù)r>0.8，表示高度相關，說明藍纖維在10%、20%…80%比例時，可以用關系式算出紅纖維和黃纖維比例。

圖7 三色纖維混和比例與G值的關系

表6三色纖維混和G值與藍纖維比例關系

3.2.2藍與紅二色纖維、藍與黃二色纖維混和與G值的關系

藍與紅、藍與黃纖維混和測試G值見圖8。

從圖8可看出，藍與紅、藍與黃二色纖維混和38個布樣測得的G值，藍與紅二色纖維混和，G值隨藍色纖維比例增加而增加，呈二次函數(shù)關系；藍與黃二色纖維混和，G值隨藍纖維比例增加而減少，呈二次函數(shù)關系。

3.2.3 紅、黃二色纖維混和與G值的關系

圖9是紅、黃二色纖維混和后19個布樣測得的G值，可見G值與黃色纖維比例呈二次函數(shù)正相關關系，r為0.995 2。

圖9 紅、黃二色纖維混和測試G值

3.3 B值測試結(jié)果及分析

3.3.1 三色纖維混和與B值的關系

三色纖維混和產(chǎn)生新顏色，測試的B值如圖10所示，在藍色纖維一定比例時，新顏色RGB值中B值隨黃色纖維比例的增加而減小，或紅色纖維比例的減少而減少，呈一次線性負相關關系，詳見表7，相關系數(shù)r>0.8，表示高度相關。

圖10 三色纖維混和比例與B值的關系

表7三色纖維混和B值與藍纖維比例關系

藍纖維比例/%函數(shù)關系式相關系數(shù)10203040506070y =-0.269x+89.607y =-0.2607x+92.143y =-0.32x+96.867y =-0.27x+98.9y =-0.18x+100.5y =-0.4x+111y =-0.4x+116-0.987 1-0.991 9-0.994 1-0.999 7-0.948 7-1-1

3.3.2藍與紅二色纖維、藍與二黃色纖維混和與B值的關系

圖11是藍與紅色纖維、藍與黃色纖維混和測試B值，其共同的特點就是都隨藍纖維比例的增加而增加，且呈二次函數(shù)關系，r值均大于0.8，表示高度相關。

圖11 藍與紅、藍與黃二色纖維混和測試B值

圖12是紅、黃二色纖維各種比例下測試的B值，B值隨黃纖維比例的增加而減小，遵循二次函數(shù)變化，r值為0.998 2。

圖12 紅、黃二色纖維混和測試B值

4 RGB值計算值與測試值之間的換算

計算新顏色的RGB值依據(jù)各組分纖維質(zhì)量百分比例，為減少纖維結(jié)構(gòu)變化影響顏色值變化[6]，每種色纖維的RGB值以布樣為準，紅(203，71，85)、藍(44，78，147)、黃(230，148，54)，按照比例加權平均法，分別計算R、G、B值。

4.1 建立顏色值計算與測試之間的關系

以藍纖維10%為例，分別繪制紅黃纖維不同比例布樣的R、G、B值測試值與計算值的坐標圖，如圖13～圖15所示，根據(jù)不同混和比例相對應的色樣測試值和計算值的函數(shù)式，通過二個函數(shù)式推導出換算函數(shù)式，其回歸方分別如下。

R：y=0.124 3x+136.716

(4)

G：y=0.006x2-0.464x-73.2

(5)

B：y=-0.057 9x2+3.776x-101.56

(6)

其中，y為換算值；x為計算值。

以此類推，可推導出不同藍纖維比例時R、G、B值的換算式。

圖13 10%藍纖維混色R值

圖14 10%藍纖維混色G值變化

圖15 10%藍纖維混色B值變化

4.2 計算值與測試值之間的相關性

表8是10%藍纖維與黃、紅色纖維不同比例混和后的測試RGB值和由方程(4)、(5)和(6)式得到換算RGB值，比較換算值與測試值。

表8換算值與測試值相關性分析

黃纖維比例/%R值換算 測試G值換算 測試B值換算 測試10203040506070801601611611611621621621631571641631601601621661607478838995102110118738185899610111212086848280777471668585828077737167

其T檢驗(tails=1)概率都在0.05以上，表明換算值與測試值兩組數(shù)據(jù)無顯著差異，也就是說計算的RGB值經(jīng)換算后，可以比較準確地預測混和后新顏色的RGB值。R的檢驗相關系數(shù)0.280 7，概率0.985 4；G的檢驗相關系數(shù)0.995 9,概率0.098 0；B的檢驗相關系數(shù)0.994,概率0.438 1。

5 結(jié)論

通過Photoshop軟件處理色樣，測得色樣的R、G、B值，利用excel圖表分析功能，對三色纖維混和36個色樣和二色纖維混和57個色樣測試，再分別對不同混和比例色樣的特征值(R值、G值、B值)進行分析，了解了三色混和和兩色混和過程中的RGB特征值的變化規(guī)律，建立了色纖維混和后R值、G值和B值變化的函數(shù)關系式，解析色紡紗成色機理,得出以下結(jié)論。

(1)不同色纖維混和產(chǎn)生新顏色的R、G、B值預測，以空間混和法計算為基礎，計算值與測試值之間雖有差異，但可尋找變化規(guī)律。

(2)紅、黃、藍色纖維混和時，R值受藍纖維影響較大，受紅纖維和黃纖維影響較小，在同比例藍纖維的其它色纖維混和時R值為定值，紅和藍、黃和藍二色纖維混和中，R值與藍纖維比例呈二次函數(shù)關系；紅、黃二色纖維混和后R值與黃纖維比例呈正相關關系，為一次函數(shù)線性關系。

(3)紅、黃、藍三色纖維混和，在同比例的藍纖維中G值與黃纖維比例呈二次函數(shù)關系；紅和藍二色纖維、紅和黃二色纖維、藍和黃二色纖維混和后B值也呈二次函數(shù)關系。

(4)紅、黃、藍三色纖維混和，在同比例的藍纖維中B值呈一次函數(shù)關系，與黃纖維比例呈負相關關系，紅和藍二色纖維、紅和黃二色纖維、藍和黃二色纖維混和后B值也呈二次函數(shù)關系。

(5)可建立計算值與測試值之間的換算式，根據(jù)混和纖維各組分的RGB值，可預測色纖維混和后新顏色的RGB值，也可以通過測試混和纖維的RGB值分析色纖維的組分，但準確分析還有待進一步深入研究。