СПОСОБ КОМПЬЮТЕРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ ОКРАСКИ ТЕКСТИЛЬНЫХ ПОЛОТЕН ПРИ ОЦЕНКЕ ЕЕ УСТОЙЧИВОСТИ К ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЯМ
METHOD FOR COMPUTER-BASED DETERMINATION OF CHANGE IN COLOUR OF TEXTILE FABRIC WHEN ASSESSING RESISTANCE THEREOF TO PHYSICAL AND CHEMICAL ACTION

Изобретение относится к материаловедению производств текстильной и легкой промышленности и предназначено для оценки качества готовых текстильных материалов при их испытаниях на устойчивость окраски к физико-химическим воздействиям, таким как свет, стирка, пот, глажение, воздействиям органическими растворителями и др.
Известен способ, реализуемый в устройстве для испытания материалов на светостойкость [А.с. СССР №976777, МКИ 5 G01N 17/00, G01N 33/36. Устройство для испытания материалов на светостойкость. / Джанашвили М.Е., Анисимов В.М., Карпухин О.Н., Кричевский Г.Е., Мхитаров М.А. (СССР) - №2751401, заявл. 26.04.79; опубл. 23.12.833 с.: ил.], в котором для имитации условий эксплуатации материалов используют светофильтр со спектральными характеристиками, близкими к естественным, что позволяет получить более полную и достоверную информацию о светостойкости материала в зависимости от географической широты местности.
Известен способ, реализуемый с помощью устройства для определения цветовой насыщенности [А.с. СССР №1249345, МКИ 4 G01J 3/46. Устройство для определения цветовой насыщенности. / П.В.Мелентьев, Я.Д.Нухман, Л.Н.Петрова, И.Б.Кузнецова (СССР) - №3825135/31-25; заявл. 14.12.84; опубл. 07.08.86. Бюл. №29. - 2 с.: - ил.], в котором к свернутой в цилиндр вращающейся пластине, окрашенной наполовину по диагонали в эталонный цвет, подводят сравниваемый образец и по совпадению его цвета с эталонным устанавливают степень насыщенности цвета.
Известен способ оценки качества ткани [Патент РФ №2154820, МПК 9 G01N 33/36. Способ оценки качества ткани. / Перепелкин К.Е., Иванов М.Н., Кольцова В.Г., Березовская Т.Н.; заявитель и патентообладатель Санкт-Петербургский государственный университет технологии и дизайна. - №99121309/12; заявл. 06.10.1999; опубл. 20.08.2000. - 6 с.], в котором при оценке качества в соответствии с известными стандартными методиками по показателям ткани (разрывная нагрузка, пиллингуемость, несминаемость, устойчивость окраски, изменение размеров после мокрой обработки) дополнительно предложено определять показатель остаточной загрязненности.
За прототип принят способ испытаний устойчивости окрасок к физико-химическим воздействиям [ГОСТ 9733.0-83. Материалы текстильные. Общие требования к методам испытаний устойчивости окрасок к физико-химическим воздействиям - Введ. 01.01.1986 - М.: Издательство стандартов, 1992], заключающийся в приготовлении проб и/или смежных тканей, обработке и визуальной оценке результатов испытаний по изменению первоначальной окраски проб и степени закрашивания смежных тканей с помощью шкал серых эталонов.
Недостатками аналогов и прототипа являются недостаточные достоверность и объективность результатов испытаний при определении изменения интенсивности окраски текстильных полотен под воздействием физико-химических факторов, низкая производительность и высокая стоимость процесса испытаний.
Техническим результатом изобретения является повышение достоверности и объективности результатов испытаний при определении изменения интенсивности окраски текстильных полотен под воздействием физико-химических факторов, повышение производительности, информативности, снижение затрат на процесс испытаний.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе компьютерного определения изменения окраски текстильных полотен при оценке ее устойчивости к физико-химическим воздействиям, заключающемся в приготовлении образцов текстильных полотен, смежных тканей, обработке и оценке результатов испытаний по изменению первоначальной окраски образцов текстильных полотен и степени закрашивания смежных тканей с помощью шкал серых эталонов, согласно изобретению однократно сканируют шкалы серых эталонов, формируя электронную базу их контрастности, получают отсканированное компьютерное изображение в палитре цветов RGB (R - красный, G - зеленый, В - синий) образцов исследуемой ткани до и после воздействия физико-химическими факторами, а также образцов смежной ткани до и после воздействия этими факторами, выявляют наличие посторонних объектов (ворсинки, фрагменты нитей, сорные примеси и др.) на изображении исследуемых образцов ткани и образцов смежной ткани на основе статистического распределения интенсивности цветовых составляющих точек изображения, принадлежащих посторонним объектам, исключают из рассмотрения изображения посторонних объектов, далее определяют разницу между интенсивностью окраски образцов исследуемой ткани и образцов смежной ткани до воздействия и интенсивностью окраски исследуемых образцов ткани и образцов смежной ткани после воздействия физико-химическим факторами, затем сравнивают результаты анализа изображений до и после воздействия физико-химическими факторами и после исключения из рассмотрения изображений посторонних объектов с электронной базой контрастности шкал серых эталонов, а изменение окраски оценивают по осветлению первоначальной окраски по формуле:
и изменению чистоты цвета по формулам:
0
где: δ - относительное изменение средней интенсивности изображения образца исследуемой ткани в результате воздействия физико-химическими факторами;
,  , - средние значения интенсивности красной, зеленой и синей составляющих изображения образца исследуемой ткани, полученного до воздействия физико-химическими факторами;
- средние значения интенсивности красной, зеленой и синей составляющих изображения образца исследуемой ткани, полученного после воздействия физико-химическими факторами;
ДВ
σ - среднее квадратическое отклонение средних интенсивностей R - красной, G - зеленой, В - синей цветовых составляющих изображения образца исследуемой ткани  до воздействия физико-химическими факторами (чистота цвета);
- средние интенсивности цветовых составляющих изображения образца исследуемой ткани до воздействия физико-химическими факторами;
ПВ
σ - среднее квадратическое отклонение средних интенсивностей R - красной, G - зеленой, В - синей цветовых составляющих изображения образца исследуемой ткани  после воздействия физико-химическими факторами (чистота цвета);
- средние интенсивности цветовых составляющих изображения образца исследуемой ткани после воздействия физико-химическими факторами;
ЧЦ
δ - относительное изменение чистоты цвета образца исследуемой ткани в результате воздействия физико-химическими факторами.
При получении компьютерного изображения исследуемых образцов печатных тканей до и после воздействия физико-химическими факторами выделяют фрагменты изображения рисунка с одинаковой окраской.
При оценке устойчивости окраски к трению получают и анализируют компьютерное изображение только образцов смежной ткани до и после физико-химического воздействия.
При оценке устойчивости окраски к стирке, поту, глажению, сублимации, морской воде, органическим растворителям, мерсеризации и др. получают и анализируют компьютерное изображение образцов только исследуемой ткани до и после физико-химического воздействия.
Указанный технический результат достигается за счет того, что исключается субъективный человеческий фактор визуальной оценки изменения интенсивности окраски, все оценивается техническим средством (компьютером). Кроме того, исключаются из рассмотрения изображения посторонних объектов с изображения исследуемых образцов и/или образцов смежной ткани, т.к. их присутствие на изображении снижает точность оценки. В результате повышается достоверность и объективность результатов испытаний при определении изменения интенсивности окраски текстильных полотен под воздействием физико-химических факторов, сокращается по времени процесс получения результатов испытаний, т.е. повышается производительность за счет получения компьютерного изображения, обработки и сравнивания результатов испытаний с помощью компьютерных программ. Кроме того, повышается информативность за счет ранее неиспользованного показателя чистоты цвета, происходит экономия средств потребителя за счет того, что нет необходимости использовать дорогостоящие шкалы серых эталонов при проведении испытаний, т.к. они сформированы и заложены в базу данных, а также не нужно будет оплачивать услуги эксперта при проведении сравнительных испытаний.
0
0
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведено изображение шкал серых эталонов после сканирования; на фиг.2а - диаграмма сопоставления значений δ шкалы серых эталонов для определения степени изменения первоначальной окраски испытуемых образцов ткани; на фиг.2б - диаграмма сопоставления значений δ шкалы серых эталонов для определения степени закрашивания смежных (белых) материалов; на фиг.3а - результаты оценки устойчивости окраски к многократным стиркам ткани (Бязь Универсал П12); на фиг.3б - результаты оценки устойчивости окраски к многократным стиркам ткани (Сатин Люкс УТ15); на фиг.4 - результаты оценки устойчивости окраски к сухому трению ткани (Бязь Универсал П12); на фиг.5 - результаты оценки устойчивости окраски к многократным стиркам тканей ОАО «Чебоксарский ХБК»; на фиг.6 - изображение образцов тканей, выпускаемых предприятием ОАО «Чебоксарский ХБК», подвергнутых испытаниям; на фиг.7а - графическая интерпретация интенсивности цветовых составляющих постороннего объекта на изображении исследуемого образца ткани или смежного образца; на фиг.7б - цифровое изображение постороннего объекта на изображении исследуемого образца ткани или смежного образца.
Способ осуществляли следующим образом.
0
Готовили образцы текстильных полотен, смежных (белых) тканей, шкалы серых эталонов, однократно сканировали шкалы серых эталонов, формируя электронную базу их контрастности (фиг.1), для сканирования использовали оптический планшетный сканер. Обработка полученных данных с помощью компьютерной программы позволила определить нормативные значения показателей δ для разных уровней устойчивости окраски. В качестве нормативной базы использованы две шкалы серых эталонов (фиг.1 - верхний и нижний ряды). Каждая из этих шкал состоит из пяти элементов, соответствующих от 1 до 5 баллов устойчивости окраски. Каждый элемент шкалы представлен двумя полосками ткани, цвет одной из которых (слева - на фиг.1) остается неизменным, а цвет другой полоски (справа - на фиг.1) изменяется с увеличивающимся контрастом по мере снижения оценки устойчивости окраски (от 5 до 1 балла). Первичные данные о средней интенсивности  шкалы эталонов приведены в таблице 1 и получены раздельно для полоски постоянного цвета (слева) и для полоски изменяющегося цвета (справа).
0
По полученным данным согласно предложенной формуле (1) вычисляли значения δ - относительного изменения средней интенсивности окраски изображения, соответствующего контрасту между левой и правой полосками шкалы серых эталонов, которые представлены в таблице 2.
Таблица 2
Значения δ<sub>0</sub> - относительного изменения средней интенсивности изображения левой и правой полосок для шкал серых эталонов
№ образца
Тип шкалы
Значения δ<sub>0</sub> для полоски, %
1 балл
2 балла
3 балла
4 балла
5 баллов
1
Шкала серых эталонов для опред. степени закрашивания смежных (белых) материалов
-36,5
-26,7
-15,1
-7,0
-0,001
2
Шкала серых эталонов для опред. степени изменения первоначальной окраски
36,9
21,6
10,6
5,0
2,1
0
0
Сопоставление полученных значений δ шкалы серых эталонов (табл.2) с бальной оценкой проводили с помощью диаграммы (фиг.2а, 2б), из которой следует, что каждому уровню устойчивости окраски соответствует определенный диапазон значений δ.
В качестве физико-химического фактора воздействия на испытуемые образцы проб выбирали стирку. Производили отбор и подготовку 10 проб ткани (Бязь Универсал П12) и (Сатин Люкс УТ15). Для анализа использовали компьютерное изображение образцов только исследуемой ткани (без смежной ткани). Получали отсканированное компьютерное изображение в палитре цветов RGB (R - красный, G - зеленый, В - синий) образцов исследуемой ткани до и после пятикратной стирки, выявляли наличие посторонних объектов (ворсинки, фрагменты нитей, сорные примеси и др.) на изображении исследуемых образцов ткани на основе статистического распределения интенсивности цветовых составляющих пикселей изображения, принадлежащих посторонним объектам. При этом за посторонние объекты принимали пиксели изображения, отличающиеся по интенсивности цветовых составляющих более чем на 30% от средней интенсивности цветовых составляющих пикселей рассматриваемого фрагмента изображения. Исключали из рассмотрения изображения посторонних объектов. Эта операция производилась в автоматическом режиме с помощью специальной компьютерной программы. Далее определяли разницу между интенсивностью окраски образцов исследуемой ткани до воздействия и интенсивностью окраски исследуемых образцов ткани после воздействия стирки. В таблице 3 приведены данные о средней интенсивности окраски образцов ткани до () и после () воздействия стирки, рассчитанных по формуле (3) автоматически с помощью специально разработанной программы.
Таблица 3
Средние интенсивности окраски образцов ткани до (<img file="00000021.tif" he="5" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />) и после (<img file="00000022.tif" he="5" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />) воздействия стирки
№ образца
Средние интенсивности окраски образцов исследуемой ткани до воздействия стирки <img file="00000021.tif" he="5" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
Средние интенсивности окраски образцов исследуемой ткани после воздействия стирки <img file="00000023.tif" he="5" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
1
14,4
14,3
2
14,7
14,6
3
15,2
15,0
4
14,1
14,0
5
14,1
14,0
6
15,2
15,0
7
15,0
14,9
8
14,7
14,5
9
14,3
14,1
10
13,8
13,8
Затем сравнивали результаты анализа изображений до и после воздействия стирки и после исключения с помощью специальной компьютерной программы из рассмотрения изображений посторонних объектов с электронной базой контрастности шкал серых эталонов оценивали изменение окраски по осветлению первоначальной окраски по формуле:
а изменение чистоты цвета по формулам:
0
где: δ - относительное изменение средней интенсивности изображения образца исследуемой ткани в результате воздействия стиркой;
, ,  - средние значения интенсивности красной, зеленой и синей составляющих изображения образца исследуемой ткани, полученного до воздействия стиркой;
- средние значения интенсивности красной, зеленой и синей составляющих изображения образца исследуемой ткани, полученного после воздействия стиркой;
ДВ
σ - среднее квадратическое отклонение средних интенсивностей R - красной, G - зеленой, В - синей цветовых составляющих изображения образца исследуемой ткани  до воздействия стиркой (чистота цвета);
- средние интенсивности цветовых составляющих изображения образца исследуемой ткани до воздействия стиркой;
ПВ
σ - среднее квадратическое отклонение средних интенсивностей R - красной, G - зеленой, В - синей цветовых составляющих изображения образца исследуемой ткани  после воздействия стиркой (чистота цвета);
- средние интенсивности цветовых составляющих изображения образца исследуемой ткани после воздействия стиркой;
ЧЦ
δ - относительное изменение чистоты цвета образца исследуемой ткани в результате воздействия стиркой.
0
ЧЦ
После пяти последовательных стирок на основании выражений (1)÷(6) получены результирующие значения δ и δ для участков изображений исследуемых тканей различных цветов ЗАО «ПК «Нордтекс» (Бязь Универсал П12, Сатин Люкс УТ15), которые представлены в табл.4.
Таблица 4
Значения показателей устойчивости окраски к стирке для тканей, окрашенных различными красителями
Краситель
Значения δ<sub>0</sub>, %
Значения δ<sub>ЧЦ</sub>, %
Бязь Универсал П12
Черный
-5,6
-22,2
Серый
0,5
13,4
Красный светлый
-0,6
2,6
Красный темный
-2,3
1,5
Сатин Люкс УТ15
Серый
3,0
8,4
Голубой
1,5
6,5
0
Графическое сопоставление фактических данных показателя δ с нормативной шкалой приведено на фиг.3а, 3б.
0
0
0
Решение об устойчивости окраски исследуемой ткани к стирке принимается по тому красителю, который имеет наихудшую устойчивость (наибольшее значение δ). Из табл.4 и фиг.3а и 3б видно, что наибольшее значение δ (для образца ткани Бязь Универсал П12) имеет серый краситель, при этом его оценка соответствует пяти баллам. Наибольшее значение δ (для образца ткани Сатин Люкс УТ15) также имеет серый краситель, и его оценка соответствует четырем баллам.
ЧЦ
Устойчивость окраски по показателю δ - относительному изменению чистоты цвета образца исследуемой ткани в результате воздействия стиркой имеет информативный характер в связи с отсутствием достаточной нормативной базы. Он характеризует изменение цвета, не связанное с осветлением первоначальной окраски.
0
Получены также данные по устойчивости окраски после пяти последовательных стирок тканей ОАО «Чебоксарский ХБК», на основании которых с помощью выражений (1) получены значения δ, которые представлены в табл.5.
0
Анализ устойчивости окраски к стирке производили на однотонном участке, подвергнувшемся наибольшему изменению окраски. Таким образом, решение об устойчивости окраски к стирке принимается по результатам контроля наименее устойчивого красителя. Первичные данные об интенсивности окраски получали по исходному образцу и по образцу, подвергнувшемуся пятой стирке, промежуточные стирки не учитывались. Результаты сравнения показателя δ - относительного изменения средней интенсивности изображения образца исследуемой ткани в результате воздействия стиркой с нормативными уровнями шкалы серых эталонов в баллах также приведены в таблице 5.
Таблица 5
Результаты измерений устойчивости окраски к стирке образцов тканей ОАО «Чебоксарский ХБК»
№ образца
Средние значения <img file="00000017.tif" he="5" wi="4" img-content="undefined" img-format="tif" />
Значения показателей устойчивости окраски
образца до стирки <img file="00000036.tif" he="5" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
образца, подвергшегося 5-й стирке <img file="00000037.tif" he="5" wi="7" img-content="undefined" img-format="tif" />
δ<sub>0</sub>, %
Баллы
1
12,2
12,7
4,5
4
2
19,3
19,6
1,4
5
3
10,0
10,4
4,7
4
Графическое сопоставление результатов со шкалами серых эталонов приведено на фиг.4, где показано графическое сопоставление значений показателей устойчивости окраски тканей, выпускаемых предприятием ОАО «Чебоксарский ХБК», со значениями тех же показателей шкал серых эталонов
При этом при получении компьютерного изображения исследуемых образцов печатных тканей до и после воздействия физико-химическим фактором - стиркой выделяли фрагменты изображения рисунка с одинаковой окраской.
0
При оценке устойчивости окраски к воздействию физико-химическим фактором - сухим трением получали и анализировали компьютерное изображение образцов только смежной ткани до и после этого физико-химического воздействия. Испытания проводились на приборе ПТ-4 по ГОСТ 9733.27. На основании полученных данных по ткани Бязь Универсал П12 определены значения δ для черного и красного красителя. Результаты оценки приведены в таблице 6.
Таблица 6
Значения показателей устойчивости окраски к сухому трению образца ткани Бязь Универсал П12, окрашенного черным и красным красителями
Краситель
Значение δ<sub>0</sub> для образца
Баллы
Красный
-3,9
4
Черный
-4,6
4
0
Графическое сопоставление полученных данных со значениями показателя δ шкалы серых эталонов представлено на фиг.5. В результате оценки можно заключить, что ткань Бязь Универсал П12 по устойчивости окраски к сухому трению соответствует четырем баллам.
По полученным данным определялась достоверность и объективность результатов испытаний при определении изменения интенсивности окраски текстильных полотен под воздействием физико-химических факторов в сравнении с прототипом и на основании оценки независимого квалифицированного эксперта, представленные в таблице 7.
Таблица 7
Данные по достоверности и объективности результатов испытаний
Номер испытания
Способ
По эталону (квалифицированный эксперт)
Характер совпадений эталона
Прототип
Заявляемый
с прототипом
с заявляемым способом
1
3
4
4
Не совпадает
Совпадает
2
4
5
5
Не совпадает
Совпадает
3
3
4
4
Не совпадает
Совпадает
4
4
3
3
Не совпадает
Совпадает
5
4/5
5
5
Не совпадает
Совпадает
6
4/5
5
4
Не совпадает
Не совпадает
Из таблицы 7 можно сделать вывод, что достоверность и объективность результатов использования предлагаемого способа высока, т.к. в пяти из шести случаев результаты оценки квалифицированного эксперта совпадают с оценкой по заявляемому способу.
Сравнивалась также продолжительность времени испытания по способу-прототипу и предлагаемому для определения скорости проведения испытаний и быстродействия. Результаты приведены в таблице 8.
Таблица 8
Данные сравнения по продолжительности испытания
Вид ткани
Количество проб
Продолжительность времени испытания (минут) по способу
Увеличение быстродействия, разы
прототипа
заявляемого решения
1
10
30
5
6,0
2
10
40
6
6,7
Из таблицы 8 видно, что продолжительность времени испытания по предлагаемому способу в сравнении со способом-прототипом меньше в 6÷7 раз, т.е. скорость испытания и быстродействие увеличиваются.
Достигается также экономия средств потребителей при использовании предлагаемого способа за счет того, что нет необходимости использовать дорогостоящие шкалы серых эталонов при проведении испытаний, т.к. они сформированы и заложены в базу данных, а затраты на их однократное приобретение относятся к расходам заявителя способа, кроме того, не нужно будет оплачивать услуги эксперта при проведении испытаний.