Stearns-Noechel模型在天然彩色棉混色中的应用

王 泉，姚 佳，李艳清，祝成炎

(浙江理工大学 纺织纤维材料与加工技术国家地方联合工程实验室，浙江 杭州 310018)

Stearns-Noechel模型在天然彩色棉混色中的应用

王 泉，姚 佳，李艳清，祝成炎

(浙江理工大学 纺织纤维材料与加工技术国家地方联合工程实验室，浙江 杭州 310018)

为提高天然彩色棉混色织物的设计效率，采用Datacolor SF600+测试不同比例混合的天然彩色棉散纤维团、混纺纱及其交织物的颜色值；基于Stearns-Noechel模型对混合散纤维团、混纺纱和交织色块进行配色预测，并用CIEDE2000色差公式计算其与实测颜色的色差，从而优化混合纤维团、混纺纱及交织物色块的S-N模型参数，其中参数M的优化值分别为0.096，0.128和0.01，对应色差分别为1.72,3.40和4.90，进而建立了本实验条件下的纤维、纱线、织物间反射率的预测模型。

天然彩色棉纤维；Stearns-Noechel模型；配色预测；色差

不同色系的天然彩色棉纤维以一定比例混合后，经织造工艺可以得到具有丰富自然色泽的天然彩色面料，但天然彩色棉的混色配色系统并不完善，目前企业主要通过反复试纺试织进行配色研究，不仅生产效率极低，而且浪费原料[1-2]。研究天然彩色棉织物的色彩特性及配色模型可以提高天然彩色棉的混色配色精度，从而提高纺纱织造效率。Stearns-Noechel模型(本文简称S-N模型)是常用颜色模型中相对预测精度较高的模型[3]，本文选用最优值法计算了混合散纤维团、混纺纱和混色织物的S-N模型参数M值，建立了从纤维到混色织物颜色的S-N预测模型，为天然彩色棉的混色织物设计提供了一定的参考。

1 S-N模型及最优M值计算

1.1 Stearns-Noechel模型

试样的颜色值取决于试样对入射光的反射率，混色就是将不同颜色的单色样按不同质量比进行混合后的颜色，故混色配色模型就是研究混色样的总反射率与单色样的反射率及混和比例之间的关系[4]。1944年，Stearns和Noechel通过研究羊毛纤维混色情况来寻找混色样的总反射率与其单色样反射率的关系，推导出一个经验公式：

(1)

(2)

式中：f[R(λ)]为S-N模型表达式；M为可变常量参数，不同原料的M值不同；Ri(λ)为波长λ时i组分单色样的反射率；Rblend(λ)是波长λ时混色样的反射率；xi为i组分单色样所占混色样的质量比[5]。

1.2 S-N模型应用及最优M值计算方法

本文采用天然绿色绵、棕色棉与普通白棉设计了17种混合比例的散纤维团与混纺纱，并交织成混色织物，具体规格见表1、2。

表1 最优M值下散纤维团的各组色差值Tab.1 Color difference of mixed fiber under optimization values of M

表2 最优M值下混纺纱的各组色差值Tab.2 Color difference of blended yarns under optimization value of M

由式(1)、(2)可知，M值改变，R(λ)随之变化，即混色样的预测值与实测值间的色差也改变。由此可见，一定存在一个最优M值，使二者的色差达到最小。Aspland J R等[6]应用该模型研究了锦纶纤维的混色匹配,推荐M=0.11。Stearns E I[7]研究了黑色和白色等羊毛纤维的配色情况，认为M=0.15。Burlone D A[8]将该式运用于黑色与白色的涤纶纤维的颜色匹配,认为M=0.189最佳。

用Datacolor测色仪测出普通白棉、天然绿色棉及棕色棉在400～700 nm波长下的吸收系数与反射系数比值(K/S)。设定初始M值，在该模型下常用的M值范围在0～1之间，故使用MatLab进行编程，M值初始取值范围为0.01～1，每间隔0.01区间进行计算。首先由上述公式反推出M值，其次按公式计算出预测的亮度(L′)、红/绿值(a′)、黄/蓝值(b′)、色度值(C′)、色调角(h)，并用CIEDE2000色差公式计算其与实测的颜色值的色差[9-10]。再用最优值法对M值进行循环计算，得出不同的色差，色差最小时的M值即为最优M值。

2 最优参数M值的确定

2.1 散纤维团最优参数M值的确定

根据上述方法得到不同M值下不同混合比例天然彩色棉纤维团的色差，如图1所示。

由图1可知，不同混合比例的散纤维团M值与预测、实测之间的色差呈现相似的规律，M值在0～1之间时，色差基本都是随着M值的增大先减小后增大。当M值在0～0.2之间时，各种混纺比例的混合纤维的预测与实测色彩的色差能取到最小。故对M值在0～0.2之间的区间进行再循环计算，间隔区间为0.001，得到M值与色差的关系如图2所示。

通过对M值在0～0.2之间的循环计算，得到17种混纺比例的散纤维团的最优M值与相应色差，并寻找到最小色差时对应的M值为0.09左右。

2.2 纺纱最优参数M值的确定

用上述分析方法对不同比例的混纺纱进行预测分析，可得到M值与色差的关系，如图3所示。

由图3可知，混纺纱M值与色差的规律与散纤维团的规律基本保持一致，通过连续循环计算，找到各种比例混纺纱预测与实测色差最小时对应的M值为0.13左右。

图4示出纤维、纱线最优M值箱控图。由图可知，用MatLab计算得到的最优M值较为分散，为了确定天然彩色棉混色S-N模型中最优M值，用Origin软件对17种混纺比例的散纤维系列和混纺纱系列的M值进行统计分析，得到整组的最优M值。如图4所示，散纤维团混纺纱的的最优M值分别为0.096和0.128，由表1、2亦可知在最优M值下17种混合比例的散纤维的最小平均色差为1.72，17种混纺比例的混纺纱的最小平均色差为3.40。

2.3 织物最优参数M值的确定

混色织物由表2所述17种混纺纱采用7种八枚缎纹组织(由纬面缎过渡到经面缎)进行交织得到，其中同一组织浮长下的色块为一系列进行研究分析。用上述方法得出每组色块的最优M值，并计算每组的最小色差。求出所有组的最优M值的中位数，即为本次实验色织物整体的最优M值，为0.01。各色块在不同组织浮长下的亮度差、色度差、色差及平均色差如表3所示。

表3 最优M值下不同组织织物的平均色差Tab.3 Average color difference of different organizational fabrics under optimization values of M

由表3可知，当交织物最优M值为0.01时，7种组织的混色织物的最小平均色差为4.90，可见随着混合状态的复杂性的增加，模型预测准确性有一定的下降。但有研究表明，由于天然彩色棉的特殊性，当△E00<3时表示基本无色差，当3<△E00<5时表示色差基本符合要求[11-12]，证明本实验方法有效。

将上述得到的最优M值分别代入公式(1)并可得到单色样的反射率Ri(λ)，将相应的混合比例以及Ri(λ)代入公式(2)便可得到在本文实验条件下纤维到纱线，纱线到织物以及纤维到织物的反射率预测模型。

3 结 论

本文在对天然彩色棉色彩研究的基础上，选用Stearns-Noechel模型对天然彩色棉的混色进行预测研究，优化混合纤维团、混纺纱及交织物色块的S-N模型参数M值，从而建立从纤维到织物颜色的S-N预测模型，得出以下结论：

1)不同混合比例的散纤维团的M值与预测、实测之间的色差关系呈现相似的规律，M值在0～1之间时，随着M值的增大，色差先减小后增大。混纺纱情况类似。

2)确定了本实验条件下混合纤维团、混纺纱及交织物色块的S-N修正模型，参数M的优化值分别为0.096，0.128和0.01，对应色差分别为1.72,3.40和4.90，均小于5，近一步证实了本模型的可行性。

FZXB

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Application of Stearns-Noechel model on color blending of naturally colored cotton

WANG Quan,YAO Jia,LI Yanqing,ZHU Chengyan

(NationalEngineeringLaborotoryforTextileFiberMaterialsandProcessingTechnology，ZhejiangSci-TechUniversity，Hangzhou，Zhejiang310018，China)

In order to improve the design efficiency for blending fabric of natural colored cotton,Datacolor SF600+ was used to test the color date of mixed fiber,blended yarns and interwoven fabric.The color of loose material group,blended yarns and interwoven fabric was predicted by Stearns-Noechel model,and then CIEDE2000 color difference formula was prepared to calculate the color difference of the prediction and the practice.The model parameters for loose material group,blended yarns and interwoven fabric were optimized.The optimization values ofMare 0.096,0.128 and 0.01,and the corresponding color differences are 1.72,3.40 and 4.90,thus is established the reflectance prediction model amung fiber,yarn and fabric under this experimental condition is established.

naturally colored cotton fiber; Stearns-Noechel model; color forecast; color difference

10.13475/j.fzxb.20150103405

2015-01-16

2015-10-22

国家国际科技合作专项项目(2011DFB51570)；2013年度浙江省公益技术研究工业项目(2013C31047)

王泉(1991—)，男，硕士生。研究方向为现代纺织技术及新产品。祝成炎，通信作者，E-mail：cyzhu@zstu.edu.cn。

TS 116

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