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1、测配色技术浅析刘林云（东华大学 上海市松江区人民北路 2999 号 201600）摘要：简要介绍了测配色原理，综述了测配色技术与设备、现新发展及目前的主要研究方向，展望了印染测配色技术与设备的发展趋势。关键词：测配色原理；测配色技术与设备1 引言计算机测配色系统是降低染料成本，提高产品质量，缩短生产周期必不可少的手段。随着改革开放的不断深入，越来越多的企业需要应用该系统，同时对测配色提出了新的要求。电脑测配色仪的诸多功能已给印染等行业带来了极大的方便，要参与国际竞争，其颜色质量的评价与控制必须符合国际规范和准则。本文主要简要介绍测配色技术及其原理，综述了测配色技术的设备，展望印染测配色技术与设
2、备的发展趋势。2 电脑测配色原理 1一束光投于不透明纺织品时，除少数表面反射外，大部分光线进入纤维内部，发生吸收和散射，光的吸收主要是染料所致，不同的染料选择吸收的光谱不同， 使得纺织品形成各种颜色。同时染料数量越多，吸收得越强烈，反射出来的光越少，可见在染料浓度和纺织品反射率之间必存在某种关系，1939 年库贝尔卡曼克从完整辐射理论诱导出相对简单的理论， 找出了这种关系。电脑测配色就是依据著名的库贝尔卡曼克理论：( 1)式( 1) 中 为波长，R 为反射率，K 为单元厚度的吸光率 ( 吸收系数) ，S 为散射系数( 单元厚度的漫反射率 ) 。假定所有光的吸收( K) 来自染料，而散射( S)
3、 来自织物，因此 S 与染料浓度无关，而 K/S 值正比于染料的浓度，即( 2)式( 2) 中 C 为染料浓度，为染料特征常数，它代表染料单位浓度时的染色纺织品 K/S 值，K 对固定的波长是个常数，而对不同的波长则是个变量。对不透明的染色纺织品而言，有下式成立：在材质相同的情况下，( K/S) 仅与( K/S)染料 有关。由于染料以分子状态存在于纤维中，染料分子的大小比可见光波长小得多，其散射作用近似为零，所以可以把( K/S) 作为单一数值来进行计算，即在不发生相互干扰的情况下，拼色的 K/S 总值是各个拼染染料 K/S 值之和，如下式：( 3)式( 3) 中 m 为拼色的样品， w 为坯
4、布，1、2、n 为各个染料。将( 2) 带入( 3) ，得：( 4)( 4) 式建立了( K/S) 总值与各染料浓度的关系，( 1) 式是( K/S) 值与反射率的关系，因此，由浓度可算 K/S 值，再算出反射率，反之也可以由反射率推出染料的浓度。3 印染测色技术与设备电子测配色系统 2有硬件和软件两部分组成。硬件部分主要包括测色仪、微机、分光光度计、打印机等;软件部分包括测色、基础数据库、预测处方和修正计算、处方管理等功能模块。使用电子计算机配色时，先根据色样及生产要求，选择工艺及色料，然后指令计算机配色。配色程序可提供多个预测处方，及色差、白度、黄度、同色异谱指数、色深度等量化指标。配色软
5、件的基本框架如图所示。颜色的测量 3根据被测对象的性质不同而分为自发光体颜色的测量和物体色的测量两大类。例如，光源、显示器等所表现的颜色由其自身辐射而成，所以这类颜色的测量主要是确定其光谱功率分布; 而纺织品的颜色则是物体受到光源照明后，经过自身的反射而形成人眼的色觉。后者实际上是物体表面的反射光度特性对照明光源的光谱功率分布进行调制而产生的，因此物体表面色的测量主要是测定物体色的光谱反射比。概而言之，颜色的测量方法有目视法、光电积分法和分光光度法三种。目视测色法已逐渐被淘汰，目前主要是采用仪器的物理测色方法。光电积分法通过把探测器的光谱响应匹配成 CIE 标准色度观察者光谱三刺激值曲线，从而
6、对探测器所接收到的来自被测颜色的光谱能量进行积分测量。该方法测量速度很快，并具有适当的测量精度。光电积分型测色仪器已广泛应用于颜色工业生产和控制过程中。分光光度法通过测定物体的反射光谱功率分布， 并由此计算出被测颜色在各种标准照明体下的三刺激值。这是一种精密的颜色测量方法，由此制成的仪器即为光谱光度计或分光光谱仪，成本较高。在纺织印染应用自动配色时， 必须获得颜色样品的光谱分布或其本身的光度特性， 因此应该采用分光光度法进行颜色测量。光谱光度计包括机械扫描和电子扫描两大类。机械扫描式分光光度仪一般采用卤钨灯照明。光电倍增管接收从单色仪射出的各波长辐射能量， 精度高， 但速度慢。比较典型的有美国
7、的 Hardy Spectrophotometer 及其发展型Diano MatchScan 等。随着半导体技术的进步， 高性能的图像传感器不断开发，出现了采用闪光氙灯和自扫描光电二极管阵列为照明光源和探测器的电子扫描式光谱光度计， 测量速度很快。其代表是美国 MacBeth 的 MS 系列和 CE( Color Eye) 系列。因工业的需求， 近年来出现了基于半导体集成和光纤技术的最新产品， 其代表是瑞士和美国的 DataColor SF 系列光谱光度仪， 它采用MC-90 光电单元， 将光栅和双 128 像元列阵传感器集成在一起，配合光纤使用， 使其光谱测量通道由通常的 40 个增加到 1
8、28 个，显著提高了波长分辨率，并具有很高的测色精度。4 最新发展 4现在的计算机测色配色系统与几十年前相比在数字模型和算法原理上虽变化不大，但测色分光光度仪的测定速度、测色重复性和波长精度等方面发展很快，加上计算机速度和性能的提高，使得操作更加简易，用户界面更加友好，运算速度更快，为大规模应用奠定了的基础。它给使用者带来了生产效率和经济效益。分光光度仪是计算机测色配色系统最重要的硬件部分，只有通过它的测量，才能将得到颜色数据反映给计算机系统进行分析。为满足不同市场的需要，测色分光光度仪形成几个档次系列。一般来说可划分为四个档次：高精度、标准精度、普通精度和便携型。测色分光光度仪的质量，包括内
9、部结构、测量精度、长期稳定性、可靠性和故障率均有很大差异。在高精度的测色分光光度仪中，短期颜色测量(20 次) 重复性误差要求小于 0.01DECIELAB(白板)、同型号仪器间数据交换性平均误差要求小于 0.08DECIELAB、波长测量间隔小于或等于 3nm，目前能达到此标准的有美国 X-Rite 8400，美国 Datacolor 600 系列。反射分辨率高达 0。001%，目前只有美国 X-Rite8400。积分球是测色分光光度仪的重要构成部件，而积分球的制作工艺及保养在很大程度上决定了测色分光光度仪的使用寿命、测量精度和长期重复性。传统喷涂 BaSO4 的积分球存在涂层易受到潮湿或化
10、学气体影响剥落的问题，从而影响了使用的寿命和精度。目前，美国 X-Rite 公司突破了传统喷涂的制作工艺，不采用喷涂法，使用 Spectrolon 专利材料一次成型，克服了重统工艺存在的问题；同时，采用 CCD 数码定位，改革以往必须打开孔径板调整样品定位的困扰，克服了频繁打开孔径板使布纤及尘埃落入积分球的问题，进一步提高了测色分光光度仪的使用寿命和长期重复性。光电技术发展很快。现在的分光光度仪如 X-Rite8000 系列和 Datacolor600系列都已经使用光纤和新型分光器。此新型装置的使用进一步提高了分光仪测量数据的稳定性和准确性。更重要的是，保证了长期测量重复性可以达到一个新的高度
11、。5 计算机测配色领域目前主要研究方向5.1 对 Kubelka-Munk 理论的修正 Kubelka-Munk 理论有 3 个假设：样品界面上的折射率无变化;光线在介质内被足够地散射，以致成完全扩散状态; 光线在介质内的运动方向即所谓的通道只考虑两个，一个朝上，一个朝下，并垂直于界面。由于纺织品并不完全满足 Kebelka-Munk 理论的假设，K/S 值对浓度作图并不总成线性关系，需要根据每一种染料在不同浓度时的实际 K/S 值进行修正计算。这方面 Saunderson5等做了一些工作。也有人报道了用数学方法修正 K/S 值与浓度的非线性关系：如马仁汀在其学位论文中指出了用和染料浓度曲线进
12、行分段拟合的效果 6;王大溪等介绍了他们在对混纺织物进行配色过程中使用分段 3 次样条插值的原因及好处 7，指出用分段样条插值可模拟混纺织物实际染色过程。5.2 混纺织物的配色由于我国以混纺织物居多，对混纺织物的配色，国内也有较多研究。但由于有染料的配伍性、纤维的共存性、沾色效应和混纺比 4 个效应影响纺织物的配色精度，使混纺织物的配色较困难 89。基础数据的好坏是计算机测配色的关键。例如涤、棉两种纤维混纺，则分别制备基础数据，一套分散染料染涤纶的基础数据;一套活性染料染棉的基础数据，在配色计算中再考虑其它因素。混纺织物的基础数据制备很麻烦，也是制约其配色的重要因素 8910。5.3 底物转移
13、目前流行的配色软件都有底布转化模块。因计算机测配色针对大生产，而基础数据的小样制备一般只对一至二套底物，但是底物化学成分不同;纤维织法不同; 前处理、后处理的方法、助剂不同都影响到织物的上染，所以要进行底物转移。流行的软件基本沿用的方式是对力份的校正，但结果并不理想，这方面的工作还有待进一步的研究。6 展望当今信息时代，颜色的数字化管理已呈必然趋势，这给测色设备的仪器台间的重复性提出更高要求; 而半导体图像传感器特别是如电荷耦合器件(CCD) 等的发展，又为低成本、高分辨光谱光度计的设计注入新的元素，使其性价比大大提高。因此，未来的分光测色仪器将向更高精度和更低价格发展现代的计算机测配色系统与
14、几十年前相比， 在光学原理、数学模型和软件算法方面变化并不大， 但分光光谱仪的颜色测量速度、重复精度以及波长准确性等指标不断改善，软件的操作界面更加友好，对用户的要求不断下降， 计算效率更高， 售价却逐渐降低。在先进的工业国家， 计算机测配色系统已是纺织印染行业的基本生产工具。中国的纺织印染产品要参与国际竞争，其颜色质量的评价与控制必须符合国际规范和准则。7 结论综上所述，电脑测配色具有速度快、试染次数少、提供处方多、降低成本等优点，是配色人员的有力工具。因此，中国传统的纺织工业必须引入先进的设备和方法才能产生新的动力和活力。参考文献1 李永光，崔玉梅，刘颖. 电脑测配色系统染料数据库的建立及
15、实践D .广西纺织科技 2008 年 第 3 期2 陈东辉，李戎，车江宁. 计算机测配色D. 世界科学，1999-06-303 徐海松. 印染测色配色技术与设备的进展D. 印染 2003 年 第 12 期4 李戎. 测配色系统的最新发展.纺织信息周刊J. 2005-04-115 徐行,潘忠诚 . 颜色测量在纺织工业中的6 马仁汀. 中国纺织大学硕士学位论文. 19977 王大溪. 模拟染色过程的混纺织物配色算法. 印染, 1998,38 尹世同等 . 国产 SRICI 测色配色系统应用技术的研究 . 染整技术.1996,39 王汩, 关于国产电子计算机测色配色软件研制的探讨, 纺织学报.1994,710 染色一体化为整个染色控制提供了前景. International Dyer1996,1
