CN107727581B - 一种天然棉花颜色分类的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天然棉花颜色分类的方法。通过颜色测量仪器采集天然白棉和天然彩棉的光谱信息和色度信息，组织专业人员进行棉花样本的颜色分类评价实验，对目视分级后各类型所有棉花样本的色度值取平均值，建立并优化棉花样本各颜色类型色度值和颜色类型的数学关系式，将棉花样本代入颜色分类公式，对计算结果四舍五入取值确定棉花样本的颜色类型。该方法可以用来代替感官评价对天然彩棉和白棉的类别划分，使用常用的颜色测量仪器就可以快速、准确的对天然棉花颜色进行类别划分，操作简单。

Description

一种天然棉花颜色分类的方法

技术领域

本发明涉及一种天然棉花颜色分类的方法。通过颜色测量仪器采集天然白棉和天然彩棉的光谱信息和色度信息，组织专业人员开展棉花样本的颜色分类实验，建立棉花样本色度值C^*值h^*值和棉花颜色类型的数学关系式，可快速、准确的进行天然棉花样本的颜色类型划分。

背景技术

棉花作为重要的经济作物，在我国有着悠久的种植历史。人们通过生物科技的方法，在白棉的基础上培育出了棉絮生长出来就带有颜色的天然彩棉。其中，已经能够实际应用的彩棉是棕色棉和绿色棉。天然彩棉的应用将减少棉花加工过程中印染带来的污染。

棉花的颜色质量在棉花的收购、流通、销售等过程中，是整体质量评价的主要依据。其中，天然彩棉因其种植成本高且产量低，价格比天然白棉要贵得多。目前并没有天然彩棉和白棉颜色分类的方法和相关标准，实际生产中对彩棉颜色的评价主要采用感官评价，判断棉花是否具有彩色信息。在此情况下，出现了以染色棉冒充天然彩棉的现象，文献“天然彩色棉纤维紫外-可见漫反射光谱特性初探”(于剑锋，张健，赵栋，胡雪峰，章琪超，虞鹤群，唐志荣，[J]，现代纺织技术，2013，(05):17-20)通过对天然彩棉和染色棉的光谱分析，发现紫外-可见漫反射光谱能有效区分天然彩棉和染色棉。文献“天然彩棉与染色棉的鉴别”(吴紫维，陈继智，王克作，陈益人，[J]，武汉纺织大学学报，2013，(03):20-22)提出天然彩棉颜色受Ph值影响会发生变化，而染色棉受Ph值影响较小，用以鉴别天然彩棉和染色棉。

现有对白棉颜色分类和分级的研究比较成熟，我国颁布的国标《GB1103.1-2012棉花第1部分：锯齿加工细绒棉》，在美国棉花标准的基础上结合我国棉花的特点给出了棉花分级的文字描述和等级图。颜色等级图采用尼克森-亨特坐标系统的黄色深度+b来评定棉花的类型，反射率Rd来评定棉花等级。在混纱纺织中，颜色鲜艳的天然彩棉为人们希望的高质量棉，而这与白棉颜色类型中黄色深度大，棉花质量差的标准不符。而且彩棉的颜色比如绿色棉，并不能只以黄色程度来描述其颜色信息。因此，白棉颜色类型划分标准对划分白棉和彩棉并不适用。当彩棉的彩度较低时，很容易和白棉混淆，发生误判，被判别为颜色等级较低的白棉。同样，偏黄的白棉也有可能被判别为彩度较低的彩棉。

发明内容

本发明的目的在于确定一种天然棉花颜色分类的方法，可用来划分白棉和不同彩棉的颜色类型。采用颜色测量仪器采集待测棉花样本的光谱信息和色度信息，通过组织观察者开展白棉和彩棉的颜色分类实验，建立棉花样本颜色类型和色度值间的计算关系，从而确定天然棉花的颜色类型。通过该方法可以快速、准确的判断棉花样本的颜色类型，从而判断棉花样本的质量，更利于棉花的流通。避免了感官评价的主观性和不稳定性对棉花颜色质量评价带来的影响。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种天然棉花颜色分类的方法，包括如下步骤：

(1)选取多个颜色均匀的天然棉花样本，制成均匀的不透光棉层，分别放入容器中保存并编号；

(2)采用颜色测量仪器，采集并记录每个棉花样本的光谱信息和色度信息；

(3)组织专业人员对棉花样本进行颜色分类评价实验，将棉花样本按照颜色外貌分为白棉、绿棉和棕棉；

(4)分别计算白棉、绿棉和棕棉各类型样本的色度值C^*值、h^*值的平均值；

(5)根据步骤(4)，绘制棉花样本颜色类型与色度值平均值的散点图；

(6)建立棉花颜色类型分别与色度值C^*值、h^*值的数学关系，作为棉花颜色分类公式；

(7)将待测棉花样本制成均匀的不透光棉层放入容器中，采用颜色测量仪器，采集并记录待测棉花样本的光谱信息和色度信息；将待测棉花样本的C^*值和h^*值代入步骤(6)建立的棉花颜色分类公式中，根据计算结果确定待测棉花样本的颜色类型。

将步骤(2)中采集的棉花样本的C^*值和h^*值分别代入步骤(6)建立的数学关系中，计算各个棉花样本的颜色类型，所得结果与步骤(3)的目视分类评价实验完全一致。

步骤(1)中，所述的天然棉花样本包括棕棉、绿棉和白棉样本，棕棉、绿棉和白棉样本的个数可分别在5-50个之间(样本数越多越好)；颜色均匀是指感官评价颜色均匀且无杂质，不透光是指在日光下观察，样本并无光透过，以保证颜色测量仪器采集的样本信息不受背景色影响。

步骤(1)中，所述的容器，如图1所示，为黑卡纸制成的纸盒，尺寸为10cm(长)×10cm(宽)×1cm(高)，纸盒中心设置一个放置棉花样本的圆形孔区域，直径为4cm，即为棉花样本颜色信息采集区域。选取颜色均匀的棉花样本各1g，制成厚度1cm左右的均匀不透光棉层，放入容器中保存，以数字对棉花样本进行编号并标记在纸盒上，如1,2,3,……。

步骤(2)中，所述的颜色测量仪器为积分球式分光光度计，其测量条件为D65照明光源，10°视场，包含镜面反射光，测量光谱范围为400nm-700nm，间隔为10nm，照明与观察几何条件为d/8(漫反射光照明，偏离法线方向8°视角探测)。

步骤(2)中，为避免单次测量的误差和不稳定性，需对样本进行多次测量，每次在样本上选择颜色均匀的不同区域采集并记录其光谱信息和色度信息，以多次测量结果的平均值代表待测样本的颜色信息。

步骤(3)中，颜色分类评价实验(目视评价实验)参照CIE规定的标准观察条件，模拟日光D65照明，光源照度在700lx左右，观察背景为L^*＝50的均匀灰色，几何观察条件为45/0。

步骤(3)中，所述的专业人员为色觉正常，从事彩棉培育、质量检测和收购等工作的相关人员。专业人员对棉花样本进行分类评价实验，根据棉花样本的数量和颜色分布范围，将棉花样本按照颜色外貌差异分为白棉、绿棉和棕棉三个类型。

步骤(4)中，对目视分类后各类型中所有棉花样本的C^*h^*色度值计算平均值。

步骤(5)中，分别以数字T＝1,2,3代表白棉、绿棉和棕棉的类型。

步骤(6)中，所述的数学关系式，可采用线性或幂指数的方法，优化建立棉花颜色类型与计算棉花色度值C^*值、h^*值间的数学关系式。以棉花样本的色度值C^*值区分白棉和彩棉，根据C^*值与颜色类型的关系，判断样本是否是白棉；以棉花样本色度值h^*值区分绿色棉和棕色棉，根据h^*值与颜色类型的关系，判断样本是绿色棉或棕色棉。

步骤(7)中，计算待测棉花样本颜色类型时，即在通过棉花颜色分类公式计算待评测棉花样本颜色类型时，采用四舍五入的方法，最终确定棉花样本的颜色类型。

线性拟合或幂指数拟合棉花样本色度值与棉花类型的数学关系式，棉花颜色类型与计算棉花色度值C^*值间的拟合公式1为：Type1＝0.119C^*+0.171，棉花颜色类型与计算棉花色度值h^*值间的拟合公式2为：Type2＝79.84e^-0.045h*。将待测棉花样本的C^*值代入公式1，计算得到Type1<1.5时，样本为白棉；当Type1≥1.5时，样本为彩棉；将待测棉花样本的h^*值代入公式2，当Type2≈2时，为绿棉；当Type2≈3时，样本为棕棉，对计算结果四舍五入取整。

本发明的天然棉花颜色分类的方法，通过统一制作待测白棉样本和彩棉样本，采用积分球式分光光度计采集白棉样本和彩棉样本的光谱信息和色度信息。组织专业人员进行棉花样本的颜色分类实验，进而建立棉花色度值C^*值h^*值与棉花颜色类型的数学关系式，可快速、准确的进行棉花的颜色类型划分。

通过本发明的天然棉花颜色分类方法，可代替感官评价，对棉花颜色进行客观评价、分类，为棉花流通过程中的质量评价提供了有力依据。

附图说明

图1是制作的白棉和天然彩棉待测样本实物图。

图2是天然棉花样本分类实物图。

图3-1和图3-2是白棉和天然彩棉样本颜色类型和各类型样本平均色度值散点分布图，其中，图3-1：棉花类型与样本色度值C^*值的散点分布图；图3-2：棉花类型与样本色度值h^*值的散点分布图。

图4是白棉和天然彩棉计算类型与目视类型散点分布图。

具体实施方式

本发明为一种天然棉花颜色分类的方法，统一制作白棉样本和天然彩棉样本，使用积分球式分光光度计采集白棉样本和天然彩棉样本的光谱信息和色度信息。组织专业人员开展天然棉花颜色分类实验，计算分类实验后各类型中待测棉花样本的色度值平均值，优化建立棉花色度值与棉花类型1，2，3间的数学关系。测量棉花样本的色度值，代入上述数学关系式，可对各待测棉花样本进行颜色类型的划分。

使用积分球式分光光度计测量天然棉花的光谱能量分布和色度值，根据各类型棉花的色度值，划分待测棉花样本的颜色类型，具体步骤如下：

(1)选取颜色均匀的天然棉花样本(包括白棉、绿棉和棕棉)各1g，制成厚度1cm左右的均匀不透光棉层，放入容器中保存并编号，编号分别为1,2,3……78。

(2)使用X-Rite SP64分光光度计分别采集、记录1-78号棉花样本的色度信息和光谱信息，每次选择测量区域范围内颜色均匀的三个区域测量，每个样本共测量四次，12次测量的平均L^*C^*h^*色度值如表1所示。

表1白棉和天然彩棉样本的色度值

(3)组织专业人员对棉花样本进行分类评价实验，将待评价棉花样本的顺序随机打乱，要求专业人员将现有棉花样本按照颜色外貌分为白棉、绿棉和棕棉。取所有参与分类实验人员对每个样本进行分类的平均值，作为最终的分类结果，如表2所示，其中白棉类型为1，绿棉类型为2，棕棉类型为3，分类实物图如图2所示：

表2白棉、绿棉和棕棉目视分类结果

(4)计算目视分类后，各类型所有棉花样本的色度平均值，如类型1白棉样本中计算NO.72,73……78样本的L^*C^*h^*色度平均值，类型2绿棉样本中计算NO.56，67......71样本的L^*C^*h^*色度平均值，类型3棕棉样本中计算NO.1，2......55样本的L^*C^*h^*色度平均值。计算平均值如表3所示；

表3各类型棉花样本L^*C^*h^*平均值

(5)根据步骤(4)计算的棉花样本色度值平均值，绘制棉花样本色度值平均值与颜色类型的散点分布图，如图3-1和图3-2所示，图3-1是棉花类型与样本色度值C^*值的散点分布图；图3-2是棉花类型与样本色度值h^*值的散点分布图。

(6)线性拟合或幂指数拟合棉花样本色度值和棉花类型的数学关系式，图3中的拟合公式1为：Type1＝0.119C^*+0.171，拟合公式2为：Type2＝79.84e^-0.045h*。将样本C^*值代入公式1，计算得到Type1<1.5时，样本为白棉；当Type1≥1.5时，样本为彩棉，将样本h^*值代入公式2，当Type2≈2时，为绿棉；当Type2≈3时，样本为棕棉(对计算结果四舍五入取整)。

(7)将各待测棉花样本的C^*值和h^*值代入(6)中的数学关系式，计算待评测棉花样本的颜色类型，如表4所示。

表4棉花样本计算分类情况

如表4所示，样本的计算颜色分类结果与目视颜色分类结果一致。

在进行天然棉花颜色分类时，只需要将待测的棉花样本按照上述方法制成均匀的不透光棉层，放入容器中；采用X-Rite SP64分光光度计，采集并记录待测棉花样本的光谱信息和色度信息；将待测棉花样本的C^*值和h^*值分别代入本发明建立的棉花颜色分类公式中，根据计算结果确定待测棉花样本的颜色类型。本发明根据计算结果判定待测天然棉花样本颜色分类的结果与目视分类评价结果一致性好。

本发明的天然棉花颜色分类的方法，统一制作待测白棉样本和彩棉样本，采用颜色测量仪器采集白棉样本和天然彩棉样本的光谱信息和色度信息，通过组织观察者开展白棉和彩棉的颜色分类实验，对目视分级后各类型所有棉花样本的色度值取平均值，建立并优化棉花样本颜色类型和色度值间的数学关系式，将棉花样本代入颜色分类公式，对计算结果四舍五入取值，从而确定天然彩棉颜色类型。该方法可以用来代替感官评价对天然彩棉和白棉的类别划分，使用常用的颜色测量仪器就可以快速、准确的对天然棉花颜色进行类别划分，操作简单。

Claims (6)

1.一种天然棉花颜色分类的方法，包括如下步骤：

(1)选取多个颜色均匀的天然棉花样本，制成均匀的不透光棉层，分别放入容器中保存并编号；

(2)采用颜色测量仪器，采集并记录每个棉花样本的光谱信息和色度信息；

(3)组织专业人员对棉花样本进行颜色分类评价实验，将棉花样本按照颜色外貌分为白棉、绿棉和棕棉；

(4)分别计算白棉、绿棉和棕棉各类型样本的色度值C^*值、h^*值的平均值；

(5)绘制棉花样本颜色类型与色度值平均值的散点图；

(6)建立棉花颜色类型分别与色度值C^*值、h^*值的数学关系，作为棉花颜色分类公式；

采用线性或幂指数的方法，优化建立棉花颜色类型与计算棉花色度值C^*值、h^*值间的数学关系式；

根据色度值C^*值与颜色类型的关系，判断样本是否是白棉；根据色度值h^*值与颜色类型的关系，判断样本是绿色棉或棕色棉；

天然棉花颜色类型与色度值C^*值间的拟合公式1为：Type1＝0.119C^*+0.171，棉花颜色类型与色度值h^*值间的拟合公式2为：Type2＝79.84e^-0.045h*；将待测棉花样本的C^*值代入拟合公式1，计算得到Type1<1.5时，样本为白棉；当Type1≥1.5时，样本为彩棉；将待测棉花样本的h^*值代入拟合公式2，当Type2≈2时，为绿棉；当Type2≈3时，样本为棕棉，对计算结果四舍五入取整；

(7)将待测的棉花样本制成均匀的不透光棉层放入容器中；采用颜色测量仪器，采集并记录待测棉花样本的光谱信息和色度信息；将待测棉花样本的C^*值和h^*值代入步骤(6)建立的棉花颜色分类公式中，根据计算结果确定待测棉花样本的颜色类型。

2.根据权利要求1所述的天然棉花颜色分类的方法，其特征在于：所述的天然棉花样本包括棕棉、绿棉和白棉样本。

3.根据权利要求1所述的天然棉花颜色分类的方法，其特征在于：所述的容器为黑卡纸制成的纸盒，纸盒中心设置一个放置棉花样本的圆形孔区域。

4.根据权利要求1所述的天然棉花颜色分类的方法，其特征在于：选取1g颜色均匀的棉花样本，制成厚度1cm的均匀不透光棉层。

5.根据权利要求1所述的天然棉花颜色分类的方法，其特征在于：所述的颜色测量仪器为积分球式分光光度计，其测量条件为D65照明光源，10°视场，包含镜面反射光，测量光谱范围为400nm-700nm，间隔为10nm，照明与观察几何条件为d/8。

6.根据权利要求1所述的天然棉花颜色分类的方法，其特征在于：所述的颜色分类评价实验参照CIE规定的标准观察条件，模拟日光D65照明，光源照度为700lx，观察背景为L^*＝50的均匀灰色，几何观察条件为45/0。

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