1.2　顏色理論及織物印花適性的研究狀況

1.2.1　顏色理論研究的歷史與現狀

顏色理論具有代表性的學科是色度學。牛頓是色度學的創始人，他引入了顏色的概念，從而開創了建立顏色圖的思想；他還提出了顏色混合中用重心原理來確定混合色結果的方法。19世紀，科學家格拉斯曼（Grassman）、麥克斯韋（Maxwell）、赫爾姆霍茲（Helmholtz）等對色度學的發展做出了巨大貢獻。奠定現代色度學的科學家有吉爾德（Juild）、賈德（Judd）、麥克亞當（Mac Adam）、亨特（Hunter）、司梯魯斯（Stiles）、萊特（Wright）和維澤斯基（Wyszecki）。從1931年CIE（國際照明委員會）色度學系統建立至今，色度學已取得了巨大成績。在工農業生產、科學技術和文化事業等部門色度學得到廣泛應用，它的理論指導著彩色電視、彩色攝影、彩色印刷、染料、紡織、印花、造紙、交通信號、照明技術等部門的工作，各式各樣的測色儀器都在產品檢驗和生產質量控制中獲得廣泛應用。但CIE色度系統的顏色是心理物理量，尚不能完全反映人們的色知覺。色度學的最終目的是要解決在復雜環境中物體顏色外貌的度量問題，而目前距此目標還尚遙遠，有待進一步研究。

顏色視覺理論是由兩個比較古老的理論發展起來的，其一是楊-赫爾姆霍茲的三色學說；其二是赫林的“對立”顏色學說，即四色學說，現在的階段學說把三色學說和四色學說有機地統一起來。但是目前色度學是建立在三色學說理論基礎上的。

顏色視覺理論認為：顏色可通過其明度、色調、飽和度三個特性來描述。在這方面，國際上共建立了近200個不同的表達系統。目前在工程應用比較簡便的主要有四種：

①CIE1931XYZ標準系統是由RGB系統通過坐標變換而推導出來的。a.規定X、Z只代表色度而沒有亮度，亮度只與三刺激值中的Y成比例，在此系統中三刺激值全為正值。b.光譜軌跡從540nm附近至700nm在RGB色度圖上為直線，新XYZ三角形的XY邊與這段直線重合，可使計算簡便。在CIE色度計算方法中有色度（色相）坐標計算和顏色相加計算。對于織物網點印花不僅要考慮顏色相加計算，還必須考慮色度坐標計算。

②孟塞爾系統。任何顏色都可用孟塞爾系統的色調、明度和彩度坐標的標號來表示，其書寫方式是HV/C（即色調·明度值/彩度）。該系統首先可用《孟塞爾顏色圖冊》確定任何表面色的孟塞爾顏色標號，其次可用于與CIE標準色度系統的相互轉換，亦用于評價標定顏色的表色系統與顏色視覺特性之間的關系。孟塞爾系統可反映物體色的心理規律即色知覺特性。而CIE是基于混色實驗而建立的，其主波長、亮度因數和色純度則更多地反映了顏色物體的物理特性，而不能準確地代表視知覺特性。

③奧斯瓦爾德系統表示的顏色容易復制，只要知道顏色標號，它可指導篩選顏料、染料的組合，使產品獲得滿意的顏色效果。

④自然顏色系統（NCS）利用其對顏色的判別步驟可知顏色色調、含彩量和黑白的含量。

由于CIEYxy顏色空間的不均勻性，從1931年至今，國際顏色工作者曾經推薦了20多個不同的均勻顏色空間。由CIE正式推薦的均勻顏色空間有四個，而我國國家標準局1987年頒布的《均勻色空間和色差公式》（GB/T 7921—2008）國家標準，就是建立在CIE1976LAB和1976LUV均勻顏色空間的色差公式基礎上的。

OSA勻色標（美國光學學會1971年）被認為是目前最均勻的色空間，所以這套色卡在藝術和設計領域具有較好應用價值。

一個顏色系統向另一個顏色系統變換的實質是顏色坐標的變換，主要目的是尋求更均勻的顏色空間。

除此之外，有一個很重要的問題就是同色異譜，即實際不同光譜分布的顏色在某一種光源照射條件下，色的視知覺似乎認為是相同的。同色異譜是在印刷、印花、染整、油漆、繪畫、彩色攝影、彩色電視等行業中經常遇到的問題。可利用CIE對同色異譜的評價方法對織物印花中出現的同色異譜現象進行評價。

1.2.2　三種顏色測量方法

分光光度法、三波段法和等價比對法是三種顏色測量常用的方法。

1.2.2.1　分光光度法

根據分光光度法測量顏色最常見的是將任何一種色感刺激都看成是好多不同波長的光刺激的總和，每個真實的色刺激又都是由相應的光譜刺激相加配色而成。因此，光譜刺激的色刺激值是運用分光光度法的基礎。

根據復合輻射[色感刺激函數φ（λ）]的色刺激值可得出以下方程式：

　?。?-1）

式中，、和為三刺激標準原色系統的標準光譜強度函數；X、Y、Z為原色三刺激值；λ為波長，nm；k為常數；φ（λ）為色感刺激函數。

包括兩步：①進行分光光度測量，測定色感刺激函數，即測量射入眼內光線的相對光譜輻射分布；②色度計算，即用標準光譜刺激值、和對測得的值進行數學邏輯運算。

1.2.2.2　三波段法

三波段法（即“明度測色法”）是通過光度測量求色刺激值的一種方法。測量可以用目視法，也可用物理傳感器，但無論用哪種方式，都必須使傳感器具有完全確定的光譜靈敏度。如果要使測量結果直接表示為三刺激值，則必須使傳感器具有完全確定的條件，即所謂的路得（Luther）條件。這些條件可用方程式表示為：

　?。?-2）

式中，S1（λ）、S2（λ）和S3（λ）表示未加濾光片的傳感器的光譜靈敏度，τx（λ）、τy（λ）和τz（λ）表示濾光片的光譜透射函數；Cx、Cy、Cz表示與波長無關的常數。

如果僅用一支傳感器，并在傳感器前分別依次插入濾光片，則S1（λ）=S2（λ）=S3（λ）。 傳感器的光譜靈敏度不必一定與標準光譜刺激值函數、、完全一致，相反，這些函數完全可以做任意線性轉換。這些測量結果也可以用來表示其他原色刺激，但必須換算成標準色刺激系統。

這種方法最適合于進行物理測量。博馬（Bouma）指出，這種方法投資少，并且能獲得與最佳目視測量一樣高的精度。當然，對標準光譜刺激值曲線做必要匹配并不是很簡單的事，所用傳感器的光譜穩定性、直線特性、溫度系數、環境條件以及耐疲勞程度都必須滿足較高要求，這些條件往往又是不易實現的。

三波段測色儀只在個別情況下用于絕對測量，因為它與標準光譜刺激值曲線匹配不夠準確，這種儀器主要用于測量色差。因為在測量較小的色差時不要求十分準確地實現路得條件。眾所周知，在實際工作中色差測量也是很重要的。

1.2.2.3　等價比對法

該法是用人眼睛觀察，將被測色刺激與標準色刺激調成等價值。標準色刺激的顏色測定值必須是已知的，或者是將儀器略經調整就能計算出來的。等價比對法測色只能通過目視判斷，因為只有眼睛才能分辨兩個色刺激是否一樣。

原則上待測試樣可以同相當豐富的顏色樣品進行比較，只不過要已知這些顏色樣品的色測定值。關于這個問題在DIN色圖集已敘述。重要的是：在這樣比對時，要遵守根據照明方向及觀察方向所商定的條件，并且要使用適合于顏色樣品測定值的照明光源。另外，所研究的顏色是所謂的“自然色”，這就是說這些顏色不能受色彩環境及可能存在的表面結構的影響。

由于等價比對法只能借助視覺來進行，所以很費時間，而且測量結果在一定程度上還因每次的觀察人員不同而受到影響。所以用這種方法制作的測色儀器已逐漸淘汰，只是在實驗室里，當探求色度原理時才用到它。

1.2.3　網點呈色研究的歷史與現狀

為了表示復制色（色密度或色度值）與網點色漿面積之間的關系，人們提出過許多方程式。在眾多的方程式中，最著名的有兩個：一是紐介堡方程（The Neugebauer Equations），基于網點的顯微結構而創立的；二是瑪瑞-戴維斯（Murray-Davies）公式。

紐介堡方程從創立到現在，大致經歷了三個發展時期：

創立時期，為20世紀20年代到40年代。此期間，Demichel（1924）計算出加網各色元所占的面積。H.E.Neugebauer（1937）給出了表示生成色與各色元面積之間的方程式。

初步修正與約束求解時期，為20世紀40年代末到60年代末。此間，Yule和Nielsen （1951）在應用Murray-Davies公式計算加網印刷品網點面積時發現計算值與實測值存在較大的差異，他們分析了產生差異的原因（光滲現象、加網線數和承印材料結構性能）并提出了修正方案（將實測色密度被n除，n在1.5～4之間取值）；同年，Yule和Colt則根據Yule Nielsen公式對Neugebauer方程進行了修正，將實測反射率的1/n次冪代入原方程。Pollak（1955a，1955b，1956）通過整個過程中色密度比例性和疊加性，求得了紐介堡方程的約束解，但由于色密度的比例性和疊加性不成立而只停留在理論階段。

全面修正與數值求解時期，從20世紀70年代以后開始。此間，提出了對刺激值1/n次冪進行修正，但對四色復制時，存在三個方程組四個未知數的超靜定問題，這一直是困擾著顏色復制技術的一個難題。

1.2.4　織物網點印花適性的研究現狀

織物印花適性主要是指織物與印花色漿在一定環境溫、濕度條件下，隨刮刀角度、印花壓力等條件的變化，轉移到承印織物表面上的色漿量與織物性能的適應關系。

在織物上進行半色調網點印花，實質上是織物被局部染色。所以印花和染色時染料在織物上的固著機理是相同的。不同的印花方法往往需要選擇適當的染料和適當的原糊，以確保印花質量。印花對染料的溶解度要求更嚴格，這不僅因印漿含水量有限，而且固著時在少量蒸汽冷凝水存在下，染料必須能重新溶解，因此，印花用染料的篩選尤為重要。

在半色調網點印花中，原則上能產生素色織物的染料均能在同一類纖維織物上著色。不同織物由不同的纖維組成，不同纖維要求不同染料來進行印花。在印花時適用于同一種纖維的染料有不同的類型，但同一印花圖案（由于有疊色存在）必須選擇同一類型原色染料。

合適的分色加網線數是實現高質量連續調印花的先決條件。不同纖維構成的織物，由于紗線細度、織物密度、織物組織和織物的覆蓋系數等不同，就要求不同大小的網點相對應來再現圖案；由于纖維品種不同，故織物的本色白度就不同，有的偏黃、偏藍或偏其他顏色，本色偏色的不同就決定了分色時的白場定標和對偏色的修正。

蒸化過程中的蒸化溫度和持續時間是保證染料充分上染纖維的主要因素。印花色漿印到織物上，為了使染料從色漿中轉移到纖維上并完成與纖維的物理化學結合，一般要進行汽蒸。在汽蒸過程中，蒸汽先在織物上冷凝，使織物溫度迅速提高，色漿吸收水分，染料和其他化學助劑發生溶解，有的還發生化學反應，染料便從色漿向纖維轉移、擴散入纖維，從而完成上染纖維的過程。故必須確定正確的蒸化溫度和蒸化時間。

半色調網點印花色漿的轉移量與織物回潮率和織物的潤濕性有密切的關系。織物的潤濕（由于織物是一種纖維集合體，且存在很多毛細孔）與纖維的潤濕有一定區別，對單纖維潤濕研究工作主要集中在接觸角、表面自由能和黏附功上，而對織物的表面潤濕研究甚少。

半色調網點印花用原色染料的正確篩選和合理調配是印花工藝革新的主要內容和主要方面。完善原色染料篩選的理論是篩選準確原色染料的基礎。由于染料色漿在織物上的附著上仍有滲化存在，有的還會產生化學結合，往往引起顏色的變化，而不像涂料印花那樣顏色不再變化。英國染化家協會及世界上其他國家的科研人員正在進行大量的實驗研究工作。

1.2.5　網點印花中顏色測量的現狀

印花實際上是一種彩色復制（Colour Reproduction），無論是利用相加混合呈色的彩色電視、彩色底片，還是以減色混合呈色的彩色照片、彩色印刷、網點印花，都是建立在三色學說的基礎上的?？傊?，就是要控制紅、綠、藍三種色光輻射量對人眼的刺激作用，從而使人眼的三種錐體細胞在受到刺激后，產生不同的色彩感覺。因此，三色學說原理是近代顏色科學的基礎。它促進了顏色技術的實踐與發展。

在網點印花中，由于其工藝的特殊性，以及所用材料（織物、色漿）與彩色照片中的染料不同，除了使用三原色色漿（黃、品紅、青）之外，還由于色漿在織物上呈色時的物理、化學和物理化學變化的程度不同，故引入了間色（紅、綠、藍）和復色黑。而間色的使用取決于原色染料的純度。若三原色染料絕對純，間色就可省去。1940年，尤爾（J.A.C.Yule）曾經指出：在彩色復制中采用“灰色成分”替代（Gray Component Replacement，GCR）的設想。限于當時的科學技術水平，尤爾的這一設想無法實現，直到1976年，德國哈拉爾德·庫帕斯（Harald Kuppers）系統地提出了所謂“非彩色結構”（德文Unbunt-Antbau；英文Achromatic Color Construction，ACC）復制理論并在工藝上進行了開發。1982年，聯邦德國赫爾公司推出了“非彩色結構”控制功能的電子分色機。從1983年起，歐洲出現了“非彩色結構”的浪潮。如今，許多國家都在致力于“非彩色結構”工藝的研究，目的在于使“灰色成分替代”這一科學原理能夠在網點印花生產中得以應用。