趙春龍,張 鵬

(1.上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院纖維檢驗(yàn)所,上海200040;2.東華大學(xué) 化工學(xué)院,上海201620)

國(guó)內(nèi)外耐沾污性試驗(yàn)方法在污物種類、預(yù)處理和報(bào)告結(jié)果出示上有所不同,但其試驗(yàn)原理趨于一致,且評(píng)價(jià)都為主觀評(píng)價(jià)。對(duì)紡織品防污性能的主觀評(píng)價(jià)依賴于人的判斷,容易出現(xiàn)與判斷過(guò)程相聯(lián)系的某些錯(cuò)誤,常見(jiàn)的錯(cuò)誤包括評(píng)價(jià)太寬或太嚴(yán)、趨中傾向、光環(huán)效應(yīng)、對(duì)比效應(yīng)、近期效應(yīng)。因此,探索便捷且受環(huán)境和人為因素影響較小的紡織品耐沾污性評(píng)級(jí)方法成為新的研究趨勢(shì)。本文旨在建立一種有效檢測(cè)紡織品防親水性液體污漬性能的檢測(cè)方法,具體為對(duì)AATCC變色灰卡進(jìn)行拍照,并計(jì)算灰卡各等級(jí)的灰度值,確定變色各等級(jí)與其對(duì)應(yīng)灰度值的關(guān)系。然后將親水性污液噴淋到試樣上,拍攝污液處理前后樣品圖片,利用軟件對(duì)用液體污漬處理前后的樣品圖片中像素點(diǎn)灰度信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和灰度分析,依據(jù)灰度分析的結(jié)果對(duì)紡織品防污性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。相比于人工目視評(píng)級(jí),基于灰度值的噴淋法防污等級(jí)評(píng)價(jià)方法可以有效地針對(duì)織物褪變色區(qū)域的大小、形狀及均勻性做到更加精細(xì)、客觀和準(zhǔn)確地評(píng)級(jí),具有較高效率和良好的穩(wěn)定性。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與材料

AATCC評(píng)級(jí)灰卡;具有不同防污性能的白色織物;濃度為0.1%的食用赤色2號(hào)水溶液(污液由保土谷化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社提供);電子天平;對(duì)色燈箱(英國(guó)VeriVide有限公司);織物沾水度測(cè)定儀(寧波紡織儀器廠);佳能EOS M5相機(jī);云騰VCT-668RM三腳架。

1.2 試驗(yàn)方案

1.2.1 紡織品污液處理

從織物的不同部位選取3塊試樣,每塊樣品尺寸至少為180 mm×180 mm,且試樣具有代表性,取樣部位無(wú)折皺。將試樣調(diào)濕后,用夾持器夾緊試樣,然后將夾有試樣的夾持器放在噴流裝置底座上,試驗(yàn)時(shí)試樣正面朝上,織物的經(jīng)向或長(zhǎng)度方向與水流方向平行。用食用色素赤色2號(hào)配置100 ml濃度為0.1%的水溶液,將100 ml該污液漬迅速而平穩(wěn)地倒入漏斗,對(duì)樣品表面持續(xù)噴淋25～30 s直至污液流盡。噴淋停止后,立即將夾有試樣的夾持器拿開(kāi),使織物正面向下幾乎成水平,然后對(duì)著一個(gè)固體硬物輕輕敲打一下夾持器,水平旋轉(zhuǎn)夾持器180°后再次輕輕敲打夾持器。

1.2.2 數(shù)字圖像獲取

樣品經(jīng)污液處理后,在對(duì)色燈箱中D65光源下進(jìn)行照片拍攝。對(duì)色燈箱滿足GB/T 250-2008《評(píng)定變色用灰色樣卡》對(duì)照度的要求,采用此方法的原因在于污漬沾在樣品上后改變了樣品的顏色。拍攝時(shí)相機(jī)的距離、角度、位置和拍攝模式對(duì)照片效果產(chǎn)生重要影響,因此需要確定拍攝條件。

依據(jù)人在進(jìn)行紡織品色牢度評(píng)級(jí)時(shí)的觀察狀態(tài),相機(jī)鏡頭與樣品表面中心的直線距離定為40 cm,拍攝角度定為45°。拍攝時(shí),底座放置在燈箱底部中央位置。

本文所用相機(jī)為Canon EOS M5,拍攝時(shí)根據(jù)鏡頭與樣品表面的距離和對(duì)焦?fàn)顟B(tài),焦距設(shè)定為15 mm。由于拍攝對(duì)象為靜物,快門(mén)速度設(shè)定為1/100 s。光圈值F和感光度ISO的組合方式需要由試驗(yàn)來(lái)確定。

為探究合適的光圈值F和感光度ISO來(lái)更多地表現(xiàn)拍攝對(duì)象在D65光源下的細(xì)節(jié),本試驗(yàn)選擇在不同光圈大小和感光度組合方式下,拍攝同一塊樣品被污液污染前后的圖像,并用MATLAB軟件對(duì)圖片進(jìn)行灰度化處理,得到該樣品污染前后的灰度差均值,取灰度差均值最大時(shí)的光圈F和感光度ISO作為固定拍攝模式。光圈值F為7.1,感光度ISO為160時(shí),該樣品污染前后灰度差均值達(dá)到最大,因此,該拍照模式能更多地表現(xiàn)被拍攝對(duì)象表面的細(xì)節(jié),一些細(xì)微的污跡能夠在灰度差均值上得到體現(xiàn)。試驗(yàn)最終選擇拍攝模式為光圈值F為7.1,感光度ISO為160。

1.2.3 圖像灰度差均值的獲取

使用imread()圖像處理功能將該樣品被污液處理前后的圖像導(dǎo)入MATLAB,使用rgb2gray()圖像處理功能將8位RGB真彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像(對(duì)于8位/通道RGB圖像,灰度值介于[0,255]之間)。生成的灰度圖像中的每個(gè)像素均對(duì)應(yīng)一個(gè)灰度值,利用imsubtract()圖像處理函數(shù)將2張灰度圖像相減得到灰度差絕對(duì)值。最后用mean2()函數(shù)計(jì)算灰度差均值。

2 試驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過(guò)MATLAB軟件處理后,樣品污染前后的圖片均被轉(zhuǎn)化為灰度圖,并且每張灰度圖均有250 000個(gè)灰度值,二者相減后得到灰度差值,這些灰度差的產(chǎn)生主要是由于污液的污染,因此灰度差均值的大小可以表征污液在樣品表面污染程度的嚴(yán)重性,灰度差均值較小的表示污染程度較輕,灰度差均值較大的表示污染程度較重。

2.1 樣照?qǐng)D像灰度值分析

國(guó)內(nèi)外檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)紡織品防污性能評(píng)級(jí)大多參考色牢度評(píng)定方法,將試樣與變色灰卡進(jìn)行對(duì)比。因此本文利用數(shù)字圖像拍攝裝置,將AATCC 61—2010《耐水洗色牢度》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的AATCC評(píng)級(jí)變色灰卡進(jìn)行樣照采集,圖像拍攝模式與試樣圖像拍攝模式一致,并用MATLAB軟件對(duì)樣照?qǐng)D像進(jìn)行處理,計(jì)算得到灰卡各等級(jí)的灰度差均值,以此來(lái)確定試樣防污等級(jí)閾值,結(jié)果如表1所示。

表1 變色灰卡各等級(jí)樣照的灰度差均值

根據(jù)變色灰卡的各等級(jí)灰度差均值,來(lái)確定紡織品防污等級(jí)灰度差均值閾值,以兩級(jí)之間的結(jié)果的中值作為兩個(gè)變色等級(jí)的界限,如1級(jí)和1.5級(jí)灰度差均值分別為23.03和15.93,則取19.48作為1級(jí)和1.5級(jí)的分界線,紡織品的防污等級(jí)灰度差均值大于19.48則為1級(jí),小于19.48大于15.93則為1.5級(jí)。具體結(jié)果如表2所示。

表2 紡織品防污等級(jí)的灰度差均值閾值

2.2 防污結(jié)果評(píng)定

用本試驗(yàn)所建立的紡織品防污性能方法對(duì)試樣的防污性能進(jìn)行檢測(cè)評(píng)級(jí),并與目視法對(duì)照AATCC變色灰卡通過(guò)AATCC評(píng)級(jí)程序評(píng)定的變色等級(jí)進(jìn)行對(duì)比,其結(jié)果如表3所示。

由表3數(shù)據(jù)可看出,在評(píng)定試樣防污性能等級(jí)時(shí),視覺(jué)評(píng)級(jí)方法和圖像方法的評(píng)級(jí)結(jié)果的80.0%相同,另外20.0%的評(píng)級(jí)結(jié)果相差0.5級(jí)。評(píng)級(jí)偏差在AATCC 61-2010標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍內(nèi),因而對(duì)灰度值法的評(píng)級(jí)準(zhǔn)確性不構(gòu)成影響。通過(guò)對(duì)比分析,灰度值法和人工視覺(jué)法在評(píng)估樣品防污性能方面具有較高的一致性,表明基于圖像處理的灰度值計(jì)算結(jié)果可以作為紡織品的防污性能等級(jí)。

表3 紡織品防污等級(jí)

3 結(jié)語(yǔ)

為了區(qū)分紡織品對(duì)水溶性液體污物的防護(hù)性能,自行配置污液,并采用噴淋法將污液噴淋至試樣表面。然后將試樣放置在對(duì)色燈箱中D65光源下,用相機(jī)拍攝獲取試樣表面污染前后的圖像,并確定了拍攝距離、角度、模式等拍攝條件。獲取的數(shù)字圖像再經(jīng)過(guò)MATLAB將圖像灰度化,得到試樣被污液污染前后的圖像灰度差均值,依據(jù)變色灰卡在相同方法處理后得到的等級(jí)灰度差均值,制定了紡織品防污性能等級(jí)灰度差均值閾值。最后將樣品分別用目視法和圖像法進(jìn)行防污性能評(píng)級(jí),結(jié)果顯示,通過(guò)目視法和圖像法獲得的結(jié)果中的80.0%完全相同,另外20.0%的評(píng)級(jí)結(jié)果相差0.5級(jí),評(píng)級(jí)偏差在AATCC 61-2010標(biāo)準(zhǔn)的允許范圍內(nèi)。因此,圖像法和人工視覺(jué)法在評(píng)估樣品的防污性能方面具有較高的一致性,并且基于圖像處理的計(jì)算結(jié)果可以用作紡織品的防污性能等級(jí)。