CN103645142B - 预测纺织品染色配方的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预测纺织品染色配方的方法，可以更精确预估纺织品染色的配方，同时也提高了预估方法的便利性。其技术方案为：通过建立数学模型，预测最优配方，再通过分段线性插值的方法对配方结果进行优化，以达到更精确预估配方的目的。

Description

预测纺织品染色配方的方法

技术领域

本发明涉及一种染色配方的预测方法，尤其涉及对纺织品的染色配方进行预测的方法。

背景技术

传统的预测纺织品染色配方的方法有归档检索法、反射光谱匹配法以及三刺激匹配法。

色号归档检索就是把已经生产和确认的颜色，按一定规则整理，并将染料处方、工艺、染色条件等汇总，需要时凭借输入标样的测色结果进行检索，将色差范围达到要求的颜色和处方全部输出的方法。这种方法需要大量实际结果积累，需要耗费大量人工和资金，遇到新的颜色时往往只能凭经验判断。

反射光谱匹配法是使产品的反射光谱与标样的反射光谱尽可能一致的配色方法，这种反复只在色样与标样的颜色相同，染色材料一致时才可能办到，实际生产材料复杂，颜色千变万化，很难应用。

三刺激匹配法是通过配色结果的三刺激值与标样匹配，达到条件等色，再通过比对不同光源下的色变情况，得到最优配方的方法。这种方法是目前计算机配色中使用最广的方法，由于三刺激值与染料浓度之间不是线性关系，单色染料的单位浓度K/S值与浓度也不成线性，且需要三刺激XYZ值都匹配，这种方法配色结果的精度往往很不理想。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种预测纺织品染色配方的方法，可以更精确预估纺织品染色的配方，同时也提高了预估方法的便利性。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种预测纺织品染色配方的方法，包括：

第一步，测得标准色样在预设范围的反射率光谱Rs，计算出标准色样的K/S值并记为Fs，其中K为不透明物体的吸收系数，S为不透明物体的散射系数；

第二步，测量空白色样在该预设范围的反射率并记为p，计算出空白色样的K/S值并记为Ft；

第三步，根据不同的浓度档次将待预估的染料产品进行染色以制作基础色样，测得不同浓度的基础色样在该预设范围的反射率，计算基础色样的单位浓度K/S值，并利用分段线性插值方法进行插值以构建分段线性函数；

第四步，利用第三步中的分段线性函数，取一组染料初始浓度，构建单位浓度K/S值的线性关系矩阵T；

第五步，利用第一步测得的标准色样的反射率，计算出标准色样反射率随K/S值变化的速率，进而得到初始浓度C；

第六步，通过第五步得到的初始浓度C和第四步中的单位浓度K/S值的线性关系矩阵T的迭代，重复计算得到修正浓度C1；

第七步，通过分段线性插值方法修正线性关系矩阵T，对修正浓度C1进一步优化以逼近试验条件下的实际值并输出修正后的浓度和对应的色差值。

根据本发明的预测纺织品染色配方的方法的一实施例，第一步中的预设范围为400―700纳米。

根据本发明的预测纺织品染色配方的方法的一实施例，在第一步中，运用KUBELKA-MUNK方程式计算标准色样的K/S值为其中R为可见光下标准色样的反射率。

根据本发明的预测纺织品染色配方的方法的一实施例，在第二步中，运用KUBELKA-MUNK方程式计算空白色样的K/S值为

根据本发明的预测纺织品染色配方的方法的一实施例，在第三步中，分段线性函数的构造公式为：

$S_i\left(x\right)=y_{i-1}\frac{x-x_i}{x_{i-1}-x_i}+y_i\frac{x-x_{i-1}}{x_i-x_{i-1}}$

其中x_i为染料产品在第i个点上的浓度，y_i为染料产品在第i个点上的K/S值减去基材的K/S值后的单位浓度K/S值。

根据本发明的预测纺织品染色配方的方法的一实施例，在第五步中，首先计算D矩阵：

$D=\frac{\mathrm{dR}}{d(K/S)}=\frac{-2R^2}{1-R^2}$

然后利用矩阵公式计算初始浓度：

C=(MpDT)^-1·MpD[Fs-Ft]

其中Mp为特定光源的光谱能量，D为标准色样反射率对K/S值的变化，T为待估染料组合的单位浓度K/S值，Fs为标准色样的K/S值，Ft为基材的K/S值。

根据本发明的预测纺织品染色配方的方法的一实施例，在第六步中，首先将第五步计算得到的初始浓度C代入第三步构建的分段线性函数中，得到修正单位浓度矩阵T1，再代入第五步中的计算初始浓度的公式中得到修正浓度，最后利用重复法迭代C和T多次，期间判断与标准色样的色差是否收敛，若继续收敛则继续迭代，反之则停止迭代计算，得到修正浓度C1。

根据本发明的预测纺织品染色配方的方法的一实施例，在第七步中，利用矩阵公式Ft＋T×C1计算第六步的预估配方的单位浓度K/S值矩阵并记为Fm，再利用K/S值转换成该预设范围内的反射率Rm公式如下：

$R=1+\left(\frac{K}{S}\right)-{\{{[1+\left(\frac{K}{S}\right)]}^2-1\}}^{1/2}$

修正并优化C1，修正公式如下：

dC=(MpDT)^-1·(MpRs-MpRm)。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明通过建立数学模型，预测最优配方，再通过分段线性插值的方法对配方结果进行优化，以达到更精确预估配方的目的。而且本发明的这种预测方法相较于传统技术在实现上更为简便。

附图说明

图1示出了本发明的预测纺织品染色配方的方法的较佳实施例的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1示出了本发明的预测纺织品染色配方的方法的较佳实施例的流程。请参见图1，下面是对本实施例的方法的各个实施步骤的详细描述。

步骤S1：测得标准色样在预设范围的反射率光谱Rs，计算出标准色样的K/S值并记为Fs，其中K为不透明物体的吸收系数，S为不透明物体的散射系数。

在本实施例中，预设范围设定为400―700纳米。

在本步骤中，通过仪器测量得到标准色样在可见光谱400-700nm范围内的反射率光谱，运用KUBELKA-MUNK方程式计算标准色样的K/S值为其中R为可见光下标准色样的反射率。此31点矩阵记为Fs。此为标准样，配方预估的目的为预测已知染料中，通过几种染料配比，能达到标准样的色彩要求。

步骤S2：测量空白色样在该预设范围的反射率并记为p，计算出空白色样的K/S值并记为Ft。

在本步骤中，空白色样例如是白胚布，运用KUBELKA-MUNK方程式计算空白色样的K/S值为此31点矩阵记为Ft。此步骤结果可以在预测同种基材上的染色配方时重复利用。

步骤S3：根据不同的浓度档次将待预估的染料产品进行染色以制作基础色样，测得不同浓度的基础色样在该预设范围的反射率，计算基础色样的单位浓度K/S值，并利用分段线性插值方法进行插值以构建分段线性函数。

本步骤中的实际应用浓度范围一般为0.001%～10%，进行染色后制作基础色样。通过仪器测量得到不同浓度的400-700nm的反射率，运用KUBELKA-MUNK方程式得到基础色样的K/S值。在一定染色浓度范围内，纤维上染料上染量与染浴中使用的染料浓度C成正比，得到各预估染料400-700nm单位浓度的K/S值。

其中k为单位浓度值，c为浓度。

分段线性函数的构造公式为：

$S_i\left(x\right)=y_{i-1}\frac{x-x_i}{x_{i-1}-x_i}+y_i\frac{x-x_{i-1}}{x_i-x_{i-1}}$

其中x_i为染料产品在第i个点上的浓度，y_i为染料产品在第i个点上的K/S值减去基材的K/S值后的单位浓度K/S值。

步骤S4：利用步骤S3中的分段线性函数，取一组染料初始浓度，构建单位浓度K/S值的线性关系矩阵T。

初始浓度进过多少改进和实际验证，我们取0.5%，得到待预估染料组合的单位浓度，由于单位浓度K/S值与浓度未呈线性关系，整个计算过程会对T矩阵进行多次修正。

步骤S5：利用步骤S1测得的标准色样的反射率，计算出标准色样反射率随K/S值变化的速率，进而得到初始浓度C。

在本步骤中，首先计算D矩阵：

$D=\frac{\mathrm{dR}}{d(K/S)}=\frac{-2R^2}{1-R^2}$

得到D矩阵：

$D=\left[\begin{array}{cccc}{d}_{400}& 0& \·\·\·& 0\\ 0& d_{410}& \·\·\·& 0\\ \·& & & \\ \·& & & \\ \·& & & \\ 0& 0& \·\·\·& d_{700}\end{array}\right]$

然后利用矩阵公式计算初始浓度C：

C=(MpDT)^-1·MpD[Fs-Ft]

其中Mp为特定光源的光谱能量，D为标准色样反射率对K/S值的变化，T为待估染料组合的单位浓度K/S值，Fs为标准色样的K/S值，Ft为基材的K/S值。

步骤S6：通过步骤S5得到的初始浓度C和步骤S4中的单位浓度K/S值的线性关系矩阵T的迭代，重复计算得到修正浓度C1。

在本步骤中，首先将步骤S5计算得到的初始浓度C代入步骤S3构建的分段线性函数中，得到修正单位浓度矩阵T1，再代入步骤S5中的计算初始浓度的公式中得到修正浓度，最后利用重复法迭代C和T多次（例如10次），期间判断与标准色样的色差是否收敛，若继续收敛则继续迭代，反之则停止迭代计算，得到修正浓度C1。

步骤S7：通过分段线性插值方法修正线性关系矩阵T，对修正浓度C1进一步优化以逼近试验条件下的实际值并输出修正后的浓度和对应的色差值。

在本步骤中，利用矩阵公式Ft＋T×C1计算第六步的预估配方的单位浓度K/S值矩阵并记为Fm，再利用K/S值转换成400－700纳米的31点反射率Rm，公式如下：

$R=1+\left(\frac{K}{S}\right)-{\{{[1+\left(\frac{K}{S}\right)]}^2-1\}}^{1/2}$

修正并优化C1，修正公式如下：

dC=(MpDT)^-1·(MpRs-MpRm)。

其中考虑到单位浓度K/S矩阵T关于C的变化梯度，每次计算时，都将T利用线性插值函数替换成一个新矩阵。同时考虑修正的收敛性，如果不再继续收敛，则不再修正。本方法支持多光源计算，如果有光源色变要求，可以将光源条件加入修正条件，进一步对C1修正。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现和使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书所提到的创新性特征的最大范围。

Claims (8)

1.一种预测纺织品染色配方的方法，包括：

第一步，测得标准色样在预设范围的反射率光谱Rs，计算出标准色样的K/S值并记为Fs，其中K为不透明物体的吸收系数，S为不透明物体的散射系数；

第二步，测量空白色样在该预设范围的反射率并记为p，计算出空白色样的K/S值并记为Ft；

第三步，根据不同的浓度档次将待预估的染料产品进行染色以制作基础色样，测得不同浓度的基础色样在该预设范围的反射率，计算基础色样的单位浓度K/S值，并利用分段线性插值方法进行插值以构建分段线性函数；

第四步，利用第三步中的分段线性函数，取一组染料初始浓度，构建单位浓度K/S值的线性关系矩阵T；

第五步，利用第一步测得的标准色样的反射率，计算出标准色样反射率随K/S值变化的速率，进而得到初始浓度C；

第六步，通过第五步得到的初始浓度C和第四步中的单位浓度K/S值的线性关系矩阵T的迭代，重复计算得到修正浓度C1；

第七步，通过分段线性插值方法修正线性关系矩阵T，对修正浓度C1进一步优化以逼近试验条件下的实际值并输出修正后的浓度和对应的色差值。

2.根据权利要求1所述的预测纺织品染色配方的方法，其特征在于，第一步中的预设范围为400―700纳米。

3.根据权利要求1所述的预测纺织品染色配方的方法，其特征在于，在第一步中，运用KUBELKA-MUNK方程式计算标准色样的K/S值为其中R为可见光下标准色样的反射率。

4.根据权利要求1所述的预测纺织品染色配方的方法，其特征在于，在第二步中，运用KUBELKA-MUNK方程式计算空白色样的K/S值为

5.根据权利要求1所述的预测纺织品染色配方的方法，其特征在于，在第三步中，分段线性函数的构造公式为：

$S_i\left(x\right)=y_{i-1}\frac{x-x_i}{x_{i-1}-x_i}+y_i\frac{x-x_{i-1}}{x_i-x_{i-1}}$

其中x_i为染料产品在第i个点上的浓度，y_i为染料产品在第i个点上的K/S值减去空白色样的K/S值后的单位浓度K/S值。

6.根据权利要求1所述的预测纺织品染色配方的方法，其特征在于，在第五步中，首先计算D矩阵：

$D=\frac{dR}{d(K/S)}=\frac{-2R^2}{1-R^2}$

然后利用矩阵公式计算初始浓度：

C＝(MpDT)^-1·MpD[Fs-Ft]

其中Mp为特定光源的光谱能量，D为标准色样反射率对K/S值的变化，T为待估染料组合的单位浓度K/S值，Fs为标准色样的K/S值，Ft为空白色样的K/S值。

7.根据权利要求6所述的预测纺织品染色配方的方法，其特征在于，在第六步中，首先将第五步计算得到的初始浓度C代入第三步构建的分段线性函数中，得到修正单位浓度矩阵T1，再代入第五步中的计算初始浓度的公式中得到修正浓度，最后利用重复法迭代C和T多次，期间判断与标准色样的色差是否收敛，若继续收敛则继续迭代，反之则停止迭代计算，得到修正浓度C1。

8.根据权利要求7所述的预测纺织品染色配方的方法，其特征在于，在第七步中，利用矩阵公式Ft+T×C1计算第六步的预估配方的单位浓度K/S值矩阵并记为Fm，再利用K/S值转换成该预设范围内的反射率Rm，公式如下：

$R=1+\left(\frac{K}{S}\right)-{\{{\[1+\left(\frac{K}{S}\right)\]}^2-1\}}^{1/2}$

修正并优化C1，修正公式如下：

dC＝(MpDT)^-1·(MpRs-MpRm)。