多色网点结构提花织物设计与色彩仿真评价.pdf
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1、第 44 卷 第 7 期2023 年 7 月纺 织 学 报Journal of Textile ResearchVol.44,No.7Jul.,2023DOI:10.13475/j.fzxb.20220405801多色网点结构提花织物设计与色彩仿真评价张爱丹1,2,郭珍妮1,叶婧婧1(1.浙江理工大学 纺织科学与工程学院(国际丝绸学院),浙江 杭州 310018;2.浙江省智能织物与柔性互联重点实验室,浙江 杭州 310018)摘 要 为丰富和改善全彩型提花织物的色彩仿真效果,提出一种由多色网点叠加组合表现的彩色仿真提花织物设计模式。通过对全彩数码图像的原色分离产生多幅分色图,并将其逐一转化为
2、二色值网点图,再重新组合成1 幅 8色以内的网点图像,结合重纬结构进行提花织物样品设计与织造。对织物样品进行多个测色点的颜色数据采集,并将其与原始数码图像进行色差比较分析。结果表明:相较于一般 4 色纬影光组织织物样品,多色网点结构提花织物的总色差均值降低了 14.21%;进一步按明度值、红绿值和黄蓝值进行分项色差比较发现,多色网点结构提花织物的绿、红、蓝和黄等色值的色差均值分别降低了 27.31%、19.72%、13.24%和 9.65%,而明度差均值降低了12.88%,证明多色网点结构设计模式的可行性及其更理想的色彩仿真性能。关键词 多色网点;提花织物;色彩仿真;设计模式;色差;仿真评价中
3、图分类号:TS 145.1;TS 105.1 文献标志码:A 收稿日期:2022-04-18 修回日期:2022-06-30基金项目:中国纺织工业联合会应用基础研究项目(J201802)第一作者:张爱丹(1979),女,副教授,博士。主要研究方向为数码纺织品设计。E-mail:zad.andan 。色彩仿真提花织物按被仿真图像(纹样)色相关系的复杂程度,可分为单彩、双彩、三彩,以及三彩以上的全彩型彩色仿真提花织物。图像的色相数量越多且相互混合过渡越细腻则仿真难度越高,对全彩图像的彩色仿真是色彩仿真提花织物中设计难度最高的一类,因此,其在织物组织结构、纱线色配置,以及图像分色方法等方面有着独特的
4、设计要求。目前,全彩型色彩仿真提花织物的设计思路是充分发挥织物组织对经纬纱线色的调配作用,使用尽可能少的几组纱线色达到最丰富的呈色效果,因此,织物组织的衍化设计和组合应用,成为全彩型色彩仿真提花织物设计研究中最受关注的课题。织物组织的衍化设计主要围绕影光组织库而展开,包括组织库基础组织的选择、组织点加强方向和组织点增加速率等1-2,以及影光组织组合应用过程中的全显色技术点的设计3-4等。此外,为配合影光组织库的设计应用,在图像分色处理方面,表现出以采用CMYK 色彩模式分色为主,辅以其它分色方法的特点5-6。但这种设计模式将图像色彩和织物组织相分离,其优势是一旦建立一个影光组织库,即可应用于所
5、有图像的彩色仿真设计,虽有利于提高设计生产效率,但也隐含着不足之处。影光组织库是相对固定的,而图像的色彩效果却是千变万化,虽然图像都需先经分色处理,不同色彩效果的图像产生的分色图不同,但分色图的作用是为铺设影光组织提供一种依次替换的顺序,最后产生的织物图像色是影光组织库中相对应的某一个影光组织的显色效果,而不是图像本身的色彩效果7。可见,这既不是单纯的图像分色问题,也不是影光组织库的设计问题,而是将二者进行分离的设计模式的问题。本文尝试探讨能直接反映图像色彩真实面貌的设计模式,在这一方面可供借鉴的有扩散仿色8和网点仿真9,二者都致力于由图像色直接决定织物的经纬交织规则,而不是依赖织物组织,尤其
6、是影光组织。其中扩散仿色是将原始图像色彩转化为指定的红、黄、蓝、绿、黑和白 6 种,再进行提花织物的设计织造,其 6 种基本色的形状、分布根据原始图像的色彩自动生成,除指定颜色外,没有其它参数可供设计。网点仿真中的网点,其形状、精细度以及排列形式等都可以变化设计,可为彩色仿真提供更广阔的设计空间;然而网点仿真目前仅应用于对无彩色图像的灰度仿真,本文尝试将这种方法进一步应用于全彩型彩色仿真提花织物的设计,并对其彩色仿真效果进行量化评价,为彩色仿真提花织物设计提供一种新的设计模式和案例参考。纺织学报第 44 卷1 多色网点结构提花织物设计原理1.1 彩色数码图像的网点化设计原理 彩色数码图像的网点
7、化设计是通过将构成图像的多幅原色图分别网点化,再将它们逐一叠加组合,以表现一幅完整的彩色数码图像。其设计原理是将一种混合色,首先按色相分离成红、黄、蓝 3 种原色,并根据该色相的明暗程度,转化成与黑、白 2 种颜色的面积比关系。比如荷叶的绿色由黄、蓝 2 种色点按一定比例配置产生,白色背景和黑色网点具有调节绿色明度及其饱和度的作用,而红色网点的参与使绿色的变化层次更丰富,如图 1 所示。图 1 原图与其六色网点图像Fig.1 Original image(a)and its dot image with six colors(b)这是一种将连续变化的混合色,离散为有限几种颜色并置显色的图像色处
8、理方法。在设计上利用人眼在一定距离外无法分辨小面积色块,因此,在视觉上依旧将其感知为连续变化的混合色。这种色彩知觉特点与提花织物的经纬交织显色有相通之处,为图像色转化为织物组织结构创造了有利的条件。网点结构中网点本身的设计是关键,主要有网点精度(大小)、形状和排列角度等参数。网点精度决定图像网点化后的细腻程度;网点形状有常规的几何形,如圆形、椭圆形、菱形和直线形等,也可以是有机形或组合图形等;网点排列角度的设计是为了尽可能避免多幅原色网点图叠加产生规律性纹理(如莫尔条纹)的设计参数10-11。图像中颜色量的变化,由原色网点面积率的变化而实现;颜色色相的变化则由不同原色网点的叠加组合及其空间混合
9、而获得。彩色图像的网点化设计基本满足了图像色彩在明度、色相及饱和度层面的设计要求。彩色数码图像的网点化处理有如下步骤:1)根据织物品种规格,调整原始图像的长宽像素值,使其符合提花织机的规格要求;2)对原始图像进行原色分离,采用 CMYK 或 RGB 色彩模式进行分色,获得原色图;3)将多幅原色图像分别从连续调转化为二色值网点图像;4)将多幅二色值网点图像重新组合,获得由多色网点叠加组合表现的彩色图像。下面以 CMYK 色彩模式进行图像色的网点化设计为例,其主要设计流程如图 2 所示。图 2 彩色图像的四色网点化设计流程示意图Fig.2 Diagram of four-color dot des
10、ign processfor color images在图 2 所示的设计过程中,从灰度图转化为网点图时,需要确定网点的形状、排列角度和大小。4 幅网点图可以选择同一种形状,也可以各不相同。在排列角度上,采用相同网点形状的应选择不同的角度,建议各幅网点图的排列角度的差距在 15 30之间。网点的大小一般在 30 线/cm 左右为宜,4 幅网点图的线数应保持一致。线数太高会导致叠加后产生的色点过小,不仅影响显色效果,同时会导致经纬交织变化过于频繁,从而影响织物经纬交织平衡。1.2 从图像到织物组织结构的转变 当连续调的彩色数码图像转化为彩色网点图像后,获得了一项新的功能,即规划织物经纬线交织规律
11、。经过网点化处理的彩色图像,一方面原本百万级别的图像色,变成了只有 68 种图像色,从而具备了从图像质变为织物组织结构的一个重要基础;另一方面,彩色网点图像在颜色数量减少的同时,所有图像色的面积大小基本控制在满足提花织物对经纬浮长的设计要求范围之内,因此,从网点图像到织物组织结构的转化,从织物组织设计的角度,只需配置 23 个表组织和 1 个背衬组织即可。彩色网点图像在一定意义上已基本等同于织物组织结构图,解决了过度依靠织物组织对图像色的表现所导致的不能真实反映原图像色彩效果的问题。此外,上述提到的少量几个织物组织的作用,不是出于对图像色的表现,而是用于固结经、纬线,完成多色网点图从图像的性质
12、向织物组织结构的转变。2 实验设计 本文选择了 3 幅全彩数码图像,作为多色网点叠加组合表现的提花织物彩色仿真对象。为考察本文所提设计方法的彩色仿真效果,同时采用影光组织结合组合全显色结构织造 3 幅提花织物作为对比样。2.1 图像网点化设计 对 3 幅数码图像(分别记为 WP、XH 和 DC,见85第 7 期张爱丹 等:多色网点结构提花织物设计与色彩仿真评价 图 3)采用 CMYK 色彩模式进行四原色分离,再分别将每幅图像产生的 4 幅分色图一一转换成黑白网点图像;之后再将黑白网点图像各自赋色成对应的4 种原色的二色值图像,再以正片叠底模式重新组合成一幅由多色网点表现的彩色图像。本文采用的网
13、点均为圆形,网点线数为 30 线/cm,其中青、品红、黄和黑四色网点图像的网点排列角度分别为15、75、0和 45。四色网点图叠加组合后产生8 种颜色,根据设计构思将 8 种颜色中面积较少的,且不重要的颜色并入相近颜色,最终将网点图像的颜色控制在 6 种。图 3 3 幅原始图像Fig.3 Three original images.(a)WP original image;(b)XH original image;(c)DC original image2.2 织物样品制备 对经预处理的多色网点图像进行织物规格和纹制 工 艺 设 计,其 中 织 物 规 格 参 数 为:经 密1 100 根/(
14、10 cm),纬密 2 700 根/(10 cm);经组合为22.2/24.4 dtex2 桑蚕丝;纬组合为 83.33 dtex涤纶;经纱为 1 组白色,纬纱 6 组依次分别为白、黄、红、蓝、绿和黑色。纹制工艺设计部分主要对多色网点图像进行织物组织设计。由于图像的网点化设计,已实现大部分原本需要织物组织承担的显色功能,因此,只需将图像的颜色转化为织物组织的性质即可。如图像中黄色网点需要用黄色纬线进行显色,在织物组织配置时,将黄色设定为纬组织点,依此类推,红、蓝、绿三色均设定为 6 组纬中对应的色纬的纬组织点。六色中白色和黑色图像部分,需配置一种织物组织以避免纬浮长过长的可能性,因此,分别铺设
15、了 16 枚 5 飞和 32 枚 5 飞纬面缎纹为表组织。所有纬纱在不显色时统一采用 64 枚 5 飞经面缎纹固结在织物背面。采用影光组织设计方法的织物样品,与多色网点结构织物所不同的是纬密和纬纱颜色的组数,其它参数都相同。其纬密为1 080 根/(10 cm);纬纱4 组依次为蓝、红、黄和黑色。织物组织设计方面,采用 24 枚 7 飞缎纹为基本组织设计 2 组相互配合的影光组织库,组织点加强方向为纬向,每次增加12 个组织点,组织库数量为 43 级。本文织物样品均由杭州宏创纺织有限公司织造生产。2.3 测色点模板设计与测色 为避免测色过程中织物不断发生形变,对 6 幅织物样品进行背面拖裱,之
16、后测量每幅织物样品的实际长宽尺寸,作为绘制测色点模版的外框尺寸。采用美国 X-rite 爱色丽 Color i7 台式分光测色仪测量孔径绘制圆形测色点,本文各测色点的中心间距为 20 mm,规则排列,将测色点模版打印在纸张上,再将测量孔雕空(此处只列举 2 张),如图 4 所示。6 种测色点模版具体的设计参数如表 1 所示。将测色点纸质模版和织物进行固定,采用台式分光测色仪进行织物色采集。数据采集条件:颜色系统为CIELab,观测角度为 10,测量孔径为6 mm,光源为脉冲氙灯 D65。每个测色点连续测 3 次取其平均值。图 4 2 种测色模版Fig.4 Two color measureme
17、nt templates.(a)DC colormeasuring template;(b)XH color measuring template表 1 测色模版设计参数Tab.1 Design parameters of color measurement template模版名称外框尺寸/mm测色点影光网点直径/mm间距/mm数量/个WP251175248182620117XH251176248182620117DC23418423219062099由于多色网点织物样品与影光组织织物样品的织缩不同,且在托裱时织物往往不能绝对的横平竖直,因此,根据托裱后的情况对原始数码图像进行略微拉伸调整,
18、使原始数码图像尽可能与织物样品图95 纺织学报第 44 卷像的测色点保持一致。3 幅原始数码图像经过调整,产生与 6 幅织物样品对应的数码图像,再将 6 幅数码图像上每个测色点单独提取出来并保存,共666 项,之后统一计算所有测色点图像的 Lab 值,作为分析织物样品色差的标准值。3 结果讨论与色彩仿真评价 6 幅提花织物样品中 3 幅影光组织织物见图 5(a),多色网点织物见图 5(b)。从视觉感受层面来看,影光组织织物图像色与原始图像色相差明显,织物图像整体色调偏紫,绿色感较弱。多色网点结构提花织物图像色与原始图像较接近,整体仿真度相对更理想。从织物手感层面而言,多色网点结构提花织物手感厚
19、实,而影光组织提花织物手感相对较柔软。从织物纹理层面而言,近距离观看多色网点结构提花织物时纹理粗犷,而影光组织提花织物纹理整体较细腻。图 5 2 组提花织物样品图Fig.5 Two groups of jacquard fabric samples.(a)Shaded weave fabric;(b)Multi-color dot fabric 虽然通过视觉比较可以判断多色网点结构提花织物的彩色仿真效果更佳,但无法定量其比影光组织织物样品在彩色仿真度上的提高程度。为了提供量化数据,本文将 2 组织物样品图像色的数据分别与各自原始图像色的数据进行色差计算,作为评价色彩仿真度的依据。3.1 单幅织
20、物图像测色点的总色差比较 首先对 6 幅提花织物样品进行总色差(Eab)比较分析。采用 CIE1976 Lab总色差公式,将6 幅提花织物的测色点与各自的原始图像测色点的颜色数据一一进行总色差计算,再分别统计 6 组测色点总色差数据的均值,结果如表 2 所示。表 2 2 组提花织物图像测色点的总色差均值Tab.2 Average total color differences of color measurementpoints for two groups of jacquard fabrics织物类别图像测色点总色差均值WPXHDC影光组织织物16.4729.9216.82多色网点织物14
21、.3124.0916.10色差值越大则表明色彩仿真效果越差,反之则仿真效果越好。从表 2 可知,相对于 3 幅影光组织织物与原图像的总色差均值,3 幅多色网点织物与原图像的总色差均值分别降低了 2.16、5.83 和0.72,换言之,后者的色彩仿真度较前者提高了13.11%、19.49%和 4.28%,表明多色网点设计方法总体上较影光组织设计方法,在色彩仿真效果方面具有一定的优势。3.2 织物图像测色点的分项色差比较 将 3 幅多色网点织物和 3 幅影光组织织物的测色点数据各自汇总成 1 组,每组 333 项数据,再分别进行总色差、明度差、红绿值差和黄蓝值差的计算,之后取得各色差项的均值,结果
22、如表 3 所示。表 3中总色差和明度差的统计数据为 333 项,而红绿值和黄蓝值色差的样品数据具体为:影光组织织物的红值组 121 项,绿值组 212 项,黄值组 287 项,蓝值组 46 项;多色网点织物的红值组 120 项,绿值组213 项,黄值组 283 项,蓝值组 50 项。从表 3 可知,多色网点织物的 6 项色差数据都较影光组织织物有06第 7 期张爱丹 等:多色网点结构提花织物设计与色彩仿真评价 不同程度的降低,其中降低最显著的是绿值差,为27.31%,其次是红值差、蓝值差、总色差、明度差,最后 是 黄 值 差,分 别 降 低 了 19.72%、14.21%、13.24%、12.
23、88%和 9.65%。可见,采用多色网点设计方法较影光组织设计方法,有利于提升提花织物对图像色彩的仿真度。表 3 2 组提花织物样品的 6 种色差数据Tab.3 Six types of color difference data for twogroups of jacquard fabric samples织物类别EabLa-ab-b影光组织织物21.3911.185.0217.108.5010.20多色网点织物18.359.744.0312.437.688.85 注:Eab为总色差,L 为明度差,a 为红值差,-a 为绿值差,b 为黄值差,-b 为蓝值差。从总体上比较了多色网点与影光组织
24、织物样品的色差情况后,分别按明度值、红绿值和黄蓝值对多色网点织物在色彩仿真特性方面作进一步考察。以原始图像测色点的明度值为自变量,以原始图像与多色网点织物图像的对应测色点的总色差(Eab)为因变量,采用 3 级多项式回归方程进行拟合,结果如图 6 所示。图 6 根据明度值的总色差拟合Fig.6 Total color difference fitting according to lightness从图 6 可知,测色点明度值在 50 左右时色差最低,向高明度区或低明度区延伸的测色点的色差较高,而高明度色相对于低明度色而言,色差又略低一些。同样以原始图像的红绿值和黄蓝值为自变量,以总色差为因变
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