專利名稱：織物染色過程動態(tài)仿真方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對染色過程中織物表面顏色進(jìn)行動態(tài)仿真的方法及系統(tǒng)。
現(xiàn)有技術(shù) 現(xiàn)有的各種顏色仿真方法都是在色度學(xué)基礎(chǔ)上定量地描述一種顏色，但它只適用 于顏色靜態(tài)仿真?？椢镌谌緳C(jī)中染色時，其表面顏色是動態(tài)變化，利用現(xiàn)有顏色仿真無法實 現(xiàn)對染色過程的動態(tài)仿真，使得染色工藝設(shè)計人員無法了解工藝參數(shù)對染色質(zhì)量的影響， 不能實現(xiàn)對染色產(chǎn)品質(zhì)量的精確控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種用于對染色過程中織物表面顏色進(jìn)行動態(tài)仿真的 方法。 本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于對染色過程中織物表面顏色進(jìn)行動態(tài)仿真 的系統(tǒng) 本發(fā)明提供的織物染色過程動態(tài)仿真方法，其特征是包括以下步驟 (1)建立包括各種染料的擴(kuò)散系數(shù)D以及各種布類的纖維半徑a的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫； (2)根據(jù)染色動力學(xué)模型、染料平衡上染率模型和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，得到織物染色過程 某一時刻的實時上染率值； (3)根據(jù)染料上染率與織物反射率的方程和得到的上染率值，得到織物反射率 值； (4)根據(jù)織物顏色三剌激值與織物反射率的方程和得到的反射率值，得到三剌激 值； (5)根據(jù)三剌激值向RGB值的轉(zhuǎn)換方程和得到的三剌激值，得到RGB值； (6)根據(jù)RGB值動態(tài)顯示對應(yīng)的顏色。 所述染色動力學(xué)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為<formula>formula see original document page 4</formula>
其中，Mt,n為t時刻第n種染料的上染率，為第n種染料的平衡上染率，Dn為 第n種染料的擴(kuò)散系數(shù)，(b。 ^ b2 b3 b4 b5)為擬合系數(shù)，t為染色時間，a為纖維半徑。
染料平衡上染率模型為
<formula>formula see original document page 4</formula>式中，ii ， v為回歸系數(shù)。 上染率與反射率的方程為<formula>formula see original document page 5</formula> 其中，p A (A = 400 700nm)為反射率:
染料濃度；At， Bt， Ct為三種染料的上染率。 織物顏色三剌激值與織物反射率方程為
P ， Y為回歸系數(shù)；c"C2，C3為三種 <formula>formula see original document page 5</formula> 式中，
<formula>formula see original document page 5</formula> A A為波長間距；^。,y1(),&。為CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的光譜三剌激值，其被 測物體要求人眼觀察的視角在(4° 10° )之間；p(入)為CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)照明體；、。為 歸化系數(shù)；P A ( A = 400 700nm)為樣品的光譜反射率。
織物顏色三剌激值XYZ向RGB值的轉(zhuǎn)換方程為 進(jìn)一步的，在步驟(2)中得到上染率動態(tài)曲線。 本發(fā)明提供的織物染色過程動態(tài)仿真系統(tǒng)，其特征是包括至少具有處理單元、存 儲單元和彩色顯示器的計算機(jī)系統(tǒng)，該計算機(jī)系統(tǒng)包括 響應(yīng)用戶輸入的染料種類和初始濃度值，根據(jù)染色動力學(xué)模型得到織物染色過程 某一時刻的實時上染率值的裝置； 根據(jù)染料上染率與織物反射率的方程和上染率值得到反射率值的裝置；
根據(jù)織物顏色三剌激值與織物反射率的方程和反射率值得到三剌激值的裝置；
根據(jù)三剌激值向RGB值的轉(zhuǎn)換方程和三剌激值得到RGB值的裝置；
根據(jù)RGB值產(chǎn)生顏色顯示信號的裝置；以及
至少一圖形用戶界面，該界面至少包括
染料配方選擇/輸入窗口 ，用于選擇/輸入染料種類和初始濃度值； 染色時間顯示窗口，用于顯示染色時間； 織物仿真顏色顯示窗口 ，用于顯示織物仿真顏色。 進(jìn)一步的，所述圖形用戶界面還包括三剌激值顯示窗口，用于顯示織物顏色三剌 激值。 所述圖形用戶界面還包括上染率仿真按鈕，用于輸入激活上染率動態(tài)曲線顯示界 面的操作。 織物染色過程動態(tài)仿真系統(tǒng)還包括上染率動態(tài)曲線顯示界面，當(dāng)上染率仿真按鈕 被操作時，該界面動態(tài)顯示織物上染率動態(tài)曲線。 本發(fā)明的有益效果是利用本發(fā)明提供的方法和系統(tǒng)，可在彩色顯示器上實時顯 示染色過程中織物表面的色澤，實現(xiàn)對該染色過程的動態(tài)顏色仿真。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。


圖1是用于實現(xiàn)織物染色過程動態(tài)仿真方法的計算機(jī)程序流程圖。 圖2是織物染色過程動態(tài)仿真系統(tǒng)的構(gòu)成圖。 圖3是織物染色過程動態(tài)仿真系統(tǒng)的主界面的示意圖。 圖4是織物染色過程動態(tài)仿真系統(tǒng)的上染率動態(tài)曲線顯示界面的示意圖。
具體實施例方式
織物染色過程動態(tài)仿真方法，其基本原理是首先，確定染色工藝參數(shù)，選取對應(yīng) 的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)所建立的染料上染織物的動力學(xué)模型和染料平衡上染率模型，得到染料 的實時上染率。其次，通過上染率與反射率模型進(jìn)一步求取相應(yīng)的反射率，再結(jié)合色度系統(tǒng) 三剌激值計算公式，得到織物表面顏色三剌激值XYZ，并通過XYZ系統(tǒng)向RGB空間的轉(zhuǎn)換方 程得到織物表面顏色的RGB值，最后動態(tài)顯示染色過程中織物表面的不同時刻的顏色，實 現(xiàn)對染色過程的動態(tài)顏色仿真。 以下對織物染色過程動態(tài)仿真方法應(yīng)用的模型、方程進(jìn)行說明
—、染料上染織物的動力學(xué)模型 公知的，擴(kuò)散動力學(xué)模型用于描述染色過程中染料向纖維擴(kuò)散的特性。經(jīng)典的染 色動力學(xué)均建立在菲克第二定律基礎(chǔ)上，假設(shè)的初始條件和邊界條件不同，得到的方程不 同。其中，希爾(Hill)公式較為常見。但由于希爾公式所得結(jié)果為無窮級數(shù)，計算也比較 困難。如果僅取希爾公式的前幾項之和而略去其余各項，計算結(jié)果與原來的結(jié)果會存在偏 差。因此，為了構(gòu)造較為準(zhǔn)確和易于計算的數(shù)學(xué)模型，本發(fā)明在希爾公式原有的函數(shù)關(guān)系的 基礎(chǔ)上，結(jié)合威克斯達(dá)夫(T. Vickerstaff)通過大量的由無限染浴向有限體積圓筒中的擴(kuò) 散實驗得到的實驗數(shù)據(jù)，即Mt/M①與Dt/a2關(guān)系，對Mt/M①與Dt/a2進(jìn)行曲線擬合，構(gòu)建了一 種的染色動力學(xué)模型，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為
6
A A為波長間距；^oJ,。,^為CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的光譜三剌激值，其被 測物體要求人眼觀察的視角在(4° 10° )之間；p(入)為CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)照明體；、。為 歸化系數(shù)；P A ( A = 400 700nm)為樣品的光譜反射率。
五、織物顏色三剌激值XYZ向RGB值的轉(zhuǎn)換方程 根據(jù)Grassman定律，利用線性回歸方法，可得到CIE-XYZ色度系統(tǒng)向RGB三原色 系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換方程。 由XYZ系統(tǒng)向RGB空間的轉(zhuǎn)換方程為 為了利用計算機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)上述的仿真方法，首先建立包括各種染料的擴(kuò)散系數(shù) D以及各種布類的纖維半徑a的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)上述模型、方程編制相應(yīng)的Visual
<formula>formula see original document page 8</formula>
由式(3)、式(4)和式(5)，可得反射率P與上染率Mt及初始濃度C。Z間的關(guān)系 為
<formula>formula see original document page 8</formula>
結(jié)合實驗數(shù)據(jù)和回歸建?？纱_定方程中的a ， |3 ， Y系數(shù)矩陣。實驗數(shù)據(jù)可通過 以下實驗獲得(l)選取染料配制成一定濃度的染液，分成若干份分別對選定的織物進(jìn)行 染色，在染色過程的不同時間段，依次將織物從染液中取出，同時測定殘液的吸光度，計算 在染色過程中不同時間的上染率。同時，將取出織物烘干并測量其表面反射率。(2)將選定 的染料按濃度梯度配制成若干份染液，按步驟(1)分別對選定的織物進(jìn)行染色，測定各自 的吸光度，計算對應(yīng)的上染率。同時，將取出織物烘干并測量其表面反射率。
四、織物顏色三剌激值與織物反射率 根據(jù)織物顏色三剌激值XYZ與染色紡織物表面反射率r關(guān)系。<formula>formula see original document page 8</formula>Basic應(yīng)用程序。主程序流程如圖1所示，包括以下步驟 (1)輸入三種染料的初始濃度，判斷輸入數(shù)據(jù)是否全部為0，不是全為0可以繼續(xù)， 否則重新輸入初始濃度值； (2)根據(jù)平衡上染率模型計算三種染料的平衡上染率，并根據(jù)染色動力學(xué)模型、基 礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫和給定的染料初始濃度值，得到織物染色過程某一時刻的實時上染率值；
(3)根據(jù)染料上染率與織物反射率的方程和得到的上染率值，得到反射率值；
(4)根據(jù)織物顏色三剌激值與織物反射率的方程和得到的反射率值，得到三剌激 值； (5)根據(jù)三剌激值向RGB值的轉(zhuǎn)換方程和得到的三剌激值，得到RGB值；
(6)根據(jù)RGB值產(chǎn)生顏色顯示信號，驅(qū)動顯示器動態(tài)顯示對應(yīng)的顏色；
(7)判斷是否退出仿真系統(tǒng)，是則退出，否則重新染料初始濃度，繼續(xù)仿真。
參照圖2，是本發(fā)明提供的織物染色過程動態(tài)仿真系統(tǒng)的一個實施例，用于對染色 過程中染樣的色澤進(jìn)行計算機(jī)動態(tài)測量和仿真。該系統(tǒng)為計算機(jī)系統(tǒng)，具有處理單元、存儲 單元和彩色顯示器，運行Visual Basic應(yīng)用程序。在彩色顯示器上可顯示主界面、上染率 動態(tài)曲線顯示界面等圖形用戶界面。參照圖3，包括染料配方選擇/輸入窗口、染色時間顯 示窗口 、織物仿真顏色顯示窗口 、三剌激值顯示窗口 、上染率仿真按鈕、停止染色按鈕等，用 于顯示織物仿真顏色。通過在染料配方選擇/輸入窗口輸入染料種類和初始濃度值，經(jīng)過 計算機(jī)處理，在織物仿真顏色顯示窗口實時顯示該時刻的織物顏色，同時在三剌激值顯示 窗口顯示織物顏色三剌激值。通過操作上染率仿真按鈕，可激活圖4所示的上染率動態(tài)曲 線顯示界面，實時顯示該時刻的織物上染率動態(tài)曲線。通過操作停止染色按鈕，可在諸如發(fā) 現(xiàn)染色異常和偏差時，產(chǎn)生停止染色的信號，該信號可以通過傳輸裝置傳輸給染機(jī)，實現(xiàn)停 機(jī)操作。 工業(yè)實用性 在工業(yè)應(yīng)用上，可將織物染色過程動態(tài)仿真系統(tǒng)與染機(jī)相結(jié)合，實現(xiàn)對織物染色 過程的流程監(jiān)測和質(zhì)量控制。 上述實施例僅用來進(jìn)一步說明本發(fā)明提出的方法和系統(tǒng)，但本發(fā)明并不局限于實 施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均 屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
織物染色過程動態(tài)仿真方法，其特征是包括以下步驟(1)建立包括各種染料的擴(kuò)散系數(shù)D以及各種布類的纖維半徑a的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；(2)根據(jù)染色動力學(xué)模型、染料平衡上染率模型和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，得到織物染色過程某一時刻的實時上染率值；(3)根據(jù)染料上染率與織物反射率的方程和得到的上染率值，得到織物反射率值；(4)根據(jù)織物顏色三刺激值與織物反射率的方程和得到的反射率值，得到三刺激值；(5)根據(jù)三刺激值向RGB值的轉(zhuǎn)換方程和得到的三刺激值，得到RGB值；(6)根據(jù)RGB值動態(tài)顯示對應(yīng)的顏色。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物染色過程動態(tài)仿真方法，其特征是所述染色動力學(xué)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，Mt,n為t時刻第n種染料的上染率，Mw,n為第n種染料的平衡上染率，Dn為第n 種染料的擴(kuò)散系數(shù)，(b。 ^ b2 b3 b4 b5)為擬合系數(shù)，t為染色時間，a為纖維半徑。 所述染料平衡上染率模型為<formula>formula see original document page 2</formula>式中，il ， v為回歸系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物染色過程動態(tài)仿真方法，其特征是上染率與反射率的 方程為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，pA(A = 400 口 700咖)為反射率；a， e， Y為回歸系數(shù)；q，C2，C3為三種染料 濃度；At， Bt， Ct為三種染料的上染率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物染色過程動態(tài)仿真方法，其特征是織物顏色三剌激值 與織物反射率方程為=A:10 .AXH及式中，<formula>formula see original document page 3</formula>A入為波長間距；^),^),^為CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)色度觀察者的光譜三剌激值，其被測物 體要求人眼觀察的視角在(4° 10° )之間；p(入)為CIE規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)照明體；、。為歸化 系數(shù)；P a ( A = 400 700nm)為樣品的光譜反射率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的織物染色過程動態(tài)仿真方法，其特征是織物顏色三剌激值 XYZ向RGB值的轉(zhuǎn)換方程為<formula>formula see original document page 3</formula>
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的織物染色過程動態(tài)仿真方法，其特征是在步驟(2)中得到 上染率動態(tài)曲線。
7. 織物染色過程動態(tài)仿真系統(tǒng)，其特征是包括至少具有處理單元、存儲單元和彩色 顯示器的計算機(jī)系統(tǒng)，該計算機(jī)系統(tǒng)包括響應(yīng)用戶輸入的染料種類和初始濃度值，根據(jù)染色動力學(xué)模型得到織物染色過程某一 時刻的實時上染率值的裝置；根據(jù)染料上染率與織物反射率的方程和上染率值得到反射率值的裝置； 根據(jù)織物顏色三剌激值與織物反射率的方程和反射率值得到三剌激值的裝置； 根據(jù)三剌激值向RGB值的轉(zhuǎn)換方程和三剌激值得到RGB值的裝置； 根據(jù)RGB值產(chǎn)生顏色顯示信號的裝置；以及 至少一圖形用戶界面，該界面至少包括染料配方選擇/輸入窗口 ，用于選擇/輸入染料種類和初始濃度值； 染色時間顯示窗口，用于顯示染色時間； 織物仿真顏色顯示窗口 ，用于顯示織物仿真顏色。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的織物染色過程動態(tài)仿真系統(tǒng)，其特征是所述圖形用戶界面 還包括三剌激值顯示窗口 ，用于顯示織物顏色三剌激值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的織物染色過程動態(tài)仿真系統(tǒng)，其特征是所述圖形用戶界面 還包括上染率仿真按鈕，用于輸入激活上染率動態(tài)曲線顯示界面的操作。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的織物染色過程動態(tài)仿真系統(tǒng)，其特征是還包括上染率動態(tài) 曲線顯示界面，當(dāng)上染率仿真按鈕被操作時，該界面動態(tài)顯示織物上染率動態(tài)曲線。
全文摘要
織物染色過程動態(tài)仿真方法及系統(tǒng)，包括確定染色工藝參數(shù)，選取對應(yīng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，根據(jù)所建立的染料上染織物的動力學(xué)模型和染料平衡上染率模型，得到染料的實時上染率；通過上染率與反射率模型進(jìn)一步求取相應(yīng)的反射率，再結(jié)合色度系統(tǒng)三刺激值計算公式，得到織物表面顏色三刺激值XYZ，并通過XYZ系統(tǒng)向RGB空間的轉(zhuǎn)換方程得到織物表面顏色的RGB值，最后動態(tài)顯示染色過程中織物表面的不同時刻的顏色，實現(xiàn)對染色過程的動態(tài)顏色仿真。
文檔編號G06F19/00GK101719192SQ20091011288
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月17日
發(fā)明者周麗春, 湯儀平, 金福江 申請人:華僑大學(xué)