1.2　颜色理论及织物印花适性的研究状况

1.2.1　颜色理论研究的历史与现状

颜色理论具有代表性的学科是色度学。牛顿是色度学的创始人，他引入了颜色的概念，从而开创了建立颜色图的思想；他还提出了颜色混合中用重心原理来确定混合色结果的方法。19世纪，科学家格拉斯曼（Grassman）、麦克斯韦（Maxwell）、赫尔姆霍兹（Helmholtz）等对色度学的发展做出了巨大贡献。奠定现代色度学的科学家有吉尔德（Juild）、贾德（Judd）、麦克亚当（Mac Adam）、亨特（Hunter）、司梯鲁斯（Stiles）、莱特（Wright）和维泽斯基（Wyszecki）。从1931年CIE（国际照明委员会）色度学系统建立至今，色度学已取得了巨大成绩。在工农业生产、科学技术和文化事业等部门色度学得到广泛应用，它的理论指导着彩色电视、彩色摄影、彩色印刷、染料、纺织、印花、造纸、交通信号、照明技术等部门的工作，各式各样的测色仪器都在产品检验和生产质量控制中获得广泛应用。但CIE色度系统的颜色是心理物理量，尚不能完全反映人们的色知觉。色度学的最终目的是要解决在复杂环境中物体颜色外貌的度量问题，而目前距此目标还尚遥远，有待进一步研究。

颜色视觉理论是由两个比较古老的理论发展起来的，其一是杨-赫尔姆霍兹的三色学说；其二是赫林的“对立”颜色学说，即四色学说，现在的阶段学说把三色学说和四色学说有机地统一起来。但是目前色度学是建立在三色学说理论基础上的。

颜色视觉理论认为：颜色可通过其明度、色调、饱和度三个特性来描述。在这方面，国际上共建立了近200个不同的表达系统。目前在工程应用比较简便的主要有四种：

①CIE1931XYZ标准系统是由RGB系统通过坐标变换而推导出来的。a.规定X、Z只代表色度而没有亮度，亮度只与三刺激值中的Y成比例，在此系统中三刺激值全为正值。b.光谱轨迹从540nm附近至700nm在RGB色度图上为直线，新XYZ三角形的XY边与这段直线重合，可使计算简便。在CIE色度计算方法中有色度（色相）坐标计算和颜色相加计算。对于织物网点印花不仅要考虑颜色相加计算，还必须考虑色度坐标计算。

②孟塞尔系统。任何颜色都可用孟塞尔系统的色调、明度和彩度坐标的标号来表示，其书写方式是HV/C（即色调·明度值/彩度）。该系统首先可用《孟塞尔颜色图册》确定任何表面色的孟塞尔颜色标号，其次可用于与CIE标准色度系统的相互转换，亦用于评价标定颜色的表色系统与颜色视觉特性之间的关系。孟塞尔系统可反映物体色的心理规律即色知觉特性。而CIE是基于混色实验而建立的，其主波长、亮度因数和色纯度则更多地反映了颜色物体的物理特性，而不能准确地代表视知觉特性。

③奥斯瓦尔德系统表示的颜色容易复制，只要知道颜色标号，它可指导筛选颜料、染料的组合，使产品获得满意的颜色效果。

④自然颜色系统（NCS）利用其对颜色的判别步骤可知颜色色调、含彩量和黑白的含量。

由于CIEYxy颜色空间的不均匀性，从1931年至今，国际颜色工作者曾经推荐了20多个不同的均匀颜色空间。由CIE正式推荐的均匀颜色空间有四个，而我国国家标准局1987年颁布的《均匀色空间和色差公式》（GB/T 7921—2008）国家标准，就是建立在CIE1976LAB和1976LUV均匀颜色空间的色差公式基础上的。

OSA匀色标（美国光学学会1971年）被认为是目前最均匀的色空间，所以这套色卡在艺术和设计领域具有较好应用价值。

一个颜色系统向另一个颜色系统变换的实质是颜色坐标的变换，主要目的是寻求更均匀的颜色空间。

除此之外，有一个很重要的问题就是同色异谱，即实际不同光谱分布的颜色在某一种光源照射条件下，色的视知觉似乎认为是相同的。同色异谱是在印刷、印花、染整、油漆、绘画、彩色摄影、彩色电视等行业中经常遇到的问题。可利用CIE对同色异谱的评价方法对织物印花中出现的同色异谱现象进行评价。

1.2.2　三种颜色测量方法

分光光度法、三波段法和等价比对法是三种颜色测量常用的方法。

1.2.2.1　分光光度法

根据分光光度法测量颜色最常见的是将任何一种色感刺激都看成是好多不同波长的光刺激的总和，每个真实的色刺激又都是由相应的光谱刺激相加配色而成。因此，光谱刺激的色刺激值是运用分光光度法的基础。

根据复合辐射[色感刺激函数φ（λ）]的色刺激值可得出以下方程式：

　　（1-1）

式中，、和为三刺激标准原色系统的标准光谱强度函数；X、Y、Z为原色三刺激值；λ为波长，nm；k为常数；φ（λ）为色感刺激函数。

包括两步：①进行分光光度测量，测定色感刺激函数，即测量射入眼内光线的相对光谱辐射分布；②色度计算，即用标准光谱刺激值、和对测得的值进行数学逻辑运算。

1.2.2.2　三波段法

三波段法（即“明度测色法”）是通过光度测量求色刺激值的一种方法。测量可以用目视法，也可用物理传感器，但无论用哪种方式，都必须使传感器具有完全确定的光谱灵敏度。如果要使测量结果直接表示为三刺激值，则必须使传感器具有完全确定的条件，即所谓的路得（Luther）条件。这些条件可用方程式表示为：

　　（1-2）

式中，S1（λ）、S2（λ）和S3（λ）表示未加滤光片的传感器的光谱灵敏度，τx（λ）、τy（λ）和τz（λ）表示滤光片的光谱透射函数；Cx、Cy、Cz表示与波长无关的常数。

如果仅用一支传感器，并在传感器前分别依次插入滤光片，则S1（λ）=S2（λ）=S3（λ）。 传感器的光谱灵敏度不必一定与标准光谱刺激值函数、、完全一致，相反，这些函数完全可以做任意线性转换。这些测量结果也可以用来表示其他原色刺激，但必须换算成标准色刺激系统。

这种方法最适合于进行物理测量。博马（Bouma）指出，这种方法投资少，并且能获得与最佳目视测量一样高的精度。当然，对标准光谱刺激值曲线做必要匹配并不是很简单的事，所用传感器的光谱稳定性、直线特性、温度系数、环境条件以及耐疲劳程度都必须满足较高要求，这些条件往往又是不易实现的。

三波段测色仪只在个别情况下用于绝对测量，因为它与标准光谱刺激值曲线匹配不够准确，这种仪器主要用于测量色差。因为在测量较小的色差时不要求十分准确地实现路得条件。众所周知，在实际工作中色差测量也是很重要的。

1.2.2.3　等价比对法

该法是用人眼睛观察，将被测色刺激与标准色刺激调成等价值。标准色刺激的颜色测定值必须是已知的，或者是将仪器略经调整就能计算出来的。等价比对法测色只能通过目视判断，因为只有眼睛才能分辨两个色刺激是否一样。

原则上待测试样可以同相当丰富的颜色样品进行比较，只不过要已知这些颜色样品的色测定值。关于这个问题在DIN色图集已叙述。重要的是：在这样比对时，要遵守根据照明方向及观察方向所商定的条件，并且要使用适合于颜色样品测定值的照明光源。另外，所研究的颜色是所谓的“自然色”，这就是说这些颜色不能受色彩环境及可能存在的表面结构的影响。

由于等价比对法只能借助视觉来进行，所以很费时间，而且测量结果在一定程度上还因每次的观察人员不同而受到影响。所以用这种方法制作的测色仪器已逐渐淘汰，只是在实验室里，当探求色度原理时才用到它。

1.2.3　网点呈色研究的历史与现状

为了表示复制色（色密度或色度值）与网点色浆面积之间的关系，人们提出过许多方程式。在众多的方程式中，最著名的有两个：一是纽介堡方程（The Neugebauer Equations），基于网点的显微结构而创立的；二是玛瑞-戴维斯（Murray-Davies）公式。

纽介堡方程从创立到现在，大致经历了三个发展时期：

创立时期，为20世纪20年代到40年代。此期间，Demichel（1924）计算出加网各色元所占的面积。H.E.Neugebauer（1937）给出了表示生成色与各色元面积之间的方程式。

初步修正与约束求解时期，为20世纪40年代末到60年代末。此间，Yule和Nielsen （1951）在应用Murray-Davies公式计算加网印刷品网点面积时发现计算值与实测值存在较大的差异，他们分析了产生差异的原因（光渗现象、加网线数和承印材料结构性能）并提出了修正方案（将实测色密度被n除，n在1.5～4之间取值）；同年，Yule和Colt则根据Yule Nielsen公式对Neugebauer方程进行了修正，将实测反射率的1/n次幂代入原方程。Pollak（1955a，1955b，1956）通过整个过程中色密度比例性和叠加性，求得了纽介堡方程的约束解，但由于色密度的比例性和叠加性不成立而只停留在理论阶段。

全面修正与数值求解时期，从20世纪70年代以后开始。此间，提出了对刺激值1/n次幂进行修正，但对四色复制时，存在三个方程组四个未知数的超静定问题，这一直是困扰着颜色复制技术的一个难题。

1.2.4　织物网点印花适性的研究现状

织物印花适性主要是指织物与印花色浆在一定环境温、湿度条件下，随刮刀角度、印花压力等条件的变化，转移到承印织物表面上的色浆量与织物性能的适应关系。

在织物上进行半色调网点印花，实质上是织物被局部染色。所以印花和染色时染料在织物上的固着机理是相同的。不同的印花方法往往需要选择适当的染料和适当的原糊，以确保印花质量。印花对染料的溶解度要求更严格，这不仅因印浆含水量有限，而且固着时在少量蒸汽冷凝水存在下，染料必须能重新溶解，因此，印花用染料的筛选尤为重要。

在半色调网点印花中，原则上能产生素色织物的染料均能在同一类纤维织物上着色。不同织物由不同的纤维组成，不同纤维要求不同染料来进行印花。在印花时适用于同一种纤维的染料有不同的类型，但同一印花图案（由于有叠色存在）必须选择同一类型原色染料。

合适的分色加网线数是实现高质量连续调印花的先决条件。不同纤维构成的织物，由于纱线细度、织物密度、织物组织和织物的覆盖系数等不同，就要求不同大小的网点相对应来再现图案；由于纤维品种不同，故织物的本色白度就不同，有的偏黄、偏蓝或偏其他颜色，本色偏色的不同就决定了分色时的白场定标和对偏色的修正。

蒸化过程中的蒸化温度和持续时间是保证染料充分上染纤维的主要因素。印花色浆印到织物上，为了使染料从色浆中转移到纤维上并完成与纤维的物理化学结合，一般要进行汽蒸。在汽蒸过程中，蒸汽先在织物上冷凝，使织物温度迅速提高，色浆吸收水分，染料和其他化学助剂发生溶解，有的还发生化学反应，染料便从色浆向纤维转移、扩散入纤维，从而完成上染纤维的过程。故必须确定正确的蒸化温度和蒸化时间。

半色调网点印花色浆的转移量与织物回潮率和织物的润湿性有密切的关系。织物的润湿（由于织物是一种纤维集合体，且存在很多毛细孔）与纤维的润湿有一定区别，对单纤维润湿研究工作主要集中在接触角、表面自由能和黏附功上，而对织物的表面润湿研究甚少。

半色调网点印花用原色染料的正确筛选和合理调配是印花工艺革新的主要内容和主要方面。完善原色染料筛选的理论是筛选准确原色染料的基础。由于染料色浆在织物上的附着上仍有渗化存在，有的还会产生化学结合，往往引起颜色的变化，而不像涂料印花那样颜色不再变化。英国染化家协会及世界上其他国家的科研人员正在进行大量的实验研究工作。

1.2.5　网点印花中颜色测量的现状

印花实际上是一种彩色复制（Colour Reproduction），无论是利用相加混合呈色的彩色电视、彩色底片，还是以减色混合呈色的彩色照片、彩色印刷、网点印花，都是建立在三色学说的基础上的。总之，就是要控制红、绿、蓝三种色光辐射量对人眼的刺激作用，从而使人眼的三种锥体细胞在受到刺激后，产生不同的色彩感觉。因此，三色学说原理是近代颜色科学的基础。它促进了颜色技术的实践与发展。

在网点印花中，由于其工艺的特殊性，以及所用材料（织物、色浆）与彩色照片中的染料不同，除了使用三原色色浆（黄、品红、青）之外，还由于色浆在织物上呈色时的物理、化学和物理化学变化的程度不同，故引入了间色（红、绿、蓝）和复色黑。而间色的使用取决于原色染料的纯度。若三原色染料绝对纯，间色就可省去。1940年，尤尔（J.A.C.Yule）曾经指出：在彩色复制中采用“灰色成分”替代（Gray Component Replacement，GCR）的设想。限于当时的科学技术水平，尤尔的这一设想无法实现，直到1976年，德国哈拉尔德·库帕斯（Harald Kuppers）系统地提出了所谓“非彩色结构”（德文Unbunt-Antbau；英文Achromatic Color Construction，ACC）复制理论并在工艺上进行了开发。1982年，联邦德国赫尔公司推出了“非彩色结构”控制功能的电子分色机。从1983年起，欧洲出现了“非彩色结构”的浪潮。如今，许多国家都在致力于“非彩色结构”工艺的研究，目的在于使“灰色成分替代”这一科学原理能够在网点印花生产中得以应用。