棉花的色级是对棉花进行分级或分类的主要质量参数之一。Rd 和+b是HVI测试得到的颜色参数，其中Rd（反射率）衡量了样品的灰度，而+b是衡量了样品的黄度。灰度（或反射百分率）表示样品的亮度或暗度（即：全白时，Rd= 100；全黑，则Rd= 0）。棉花的Rd值通常在40~80之间，黄度通常介于5和17之间，数值越高，表示黄度越大。通常情况下，完全盛开的棉花Rd≥70，+ b的≤9。棉花色级受到棉花品种、棉铃打开后的天气、采棉过程和轧棉工艺的影响。使用色度图可以将灰度和黄度的各种组合转换成基于颜色值Rd和+ b值的色度值。

Rd和+ b参数均来自20世纪30年代和40年代Nickerson 和Hunter的研究。Nickerson使用色度盘测量了棉花的颜色并形成了棉花等级标准，主要用于色值和色度（两种标度）的测量。文献中给出了棉颜色参数详细信息。不透明样本的颜色由相互垂直坐标定义的三维（3 - D）的空间点Rd, +a, 和+b描述。大量的测试表明，单个坐标对于棉花分级的意义不大。Nickerson 和Hunter开发出一种基于Rd 和+b参数的颜色测量工具。多年来，棉花颜色测量已经开始转向使用RD和+b参数进行棉花颜色分级。

Rd和+ b参数在棉花颜色测量中起着重要的作用，它们也是棉花特有的颜色参数。随着当前全球棉花市场的关注，使用更普遍公认的颜色测量标准来测定棉花的颜色是非常可取的。普遍公认的色彩空间系统通常使用三个坐标。一种原始的3-D颜色空间系统的就是三（色）刺激XYZ系统。需要均匀的色彩使空间以允许改进颜色感知，这个需要引起了XYZ色彩空间的非线性转换，也包括3- DL*a*b*的颜色空间。CIE L*a*b*（国际发光照明委员会，CIELAB）是举世公认的国际惯用颜色模型，其作用是描述人眼可见的颜色，正是为了这一特定目的，国际照明委员会开发了这一模型。模型中的三个参数代表了颜色的亮度（L *，其中L * = 0为黑色和L * = 100为白色），介于红和绿色或紫红色和绿色之间的（a*，其中负数值表示绿色，正值表示红色），介于黄色和蓝色之间的（b *，其中负值表示蓝色，正值表示黄色）。

此前，曾有人尝试过测量棉花颜色并用L*a *b*系统给出报告。1988年Aspland等考虑了将Nickerson-Hunter的Rd,+b参数转换为CIELAB坐标的可能性，将人们熟悉的美国农业部棉花比色图改变为L *，b *格式。Xu等介绍了一个成像色度计，它可在L*a*b* 系统中测量大范围的棉花颜色。此外，还对以L*与a*, L*与b*, 以及a*与b*的图形为基础作出颜色等级图的可行性进行了探讨。近来，这些图形中被称为L *〜a*和L *〜* b *的各种颜色等级的分布比较受推崇。此方法可能有助于更准确地辨别棉花颜色等级。

AMS使用HVI装置测量棉花颜色并进行分级。作为Nickerson-Hunter类型的棉花色度计，HVI测量了两个广泛的波长区域以获得Rd 和+b 的值。通常将400~700nm指定为电磁光谱的可见区域。虽然HVI作为棉花的色度计多年来运行情况优良，但是它只能测试棉花特定的颜色参数并且仅有两个明显的可见光区域。现代分光光度计和色度计包含了全部可见光谱区域和使用全球公认的三维颜色系统，如CIE XYZ三色值或Hunter的L * a * b *值系统。

本研究的目的是利用现代化的实验室分光光度计建立常规HVI的颜色系统（使用Rd和+ b参数）和CIELAB的系统之间的积极联系。需要指出的是，当Katrina飓风袭击新奥尔良时，这项工作被中断，洪水淹没了南部地区的研究中心，很多样品以及原始数据都破坏了。额外的研究工作现在已恢复，并将于稍后公布。

试验部分

这项颜色测量比较研究中使用的样品材料包括10个AMS标准瓷砖色块和一套共12只AMS标准棉絮（见图1）。先前已经根据AMS的标准颜色测量规程使用主色度计测定Rd和+ b值。

 图1 AMS提供的1每套5块瓷砖a）和棉絮b)，每套在分光光度计上测量4次

使用GretagMacbeth色分光光度计对22个样品进行了测试，照明光源为7000A脉冲氙气闪光灯（光源D65光源，10 °观察员），在超过360nm~750nm的光谱范围操作，并记录了在10nm的波长间隔的反射率R（λ）。用R（λ）光谱来计算颜色的三色坐标（X，Y，Z轴）。然后用公式（1）~（3）计算相应的色坐标(L*, a*, b*)。

L*="116（Y/Yn）^1/3―16              (1)

a*="500[X/Xn]1/3―（Y/Yn）^1/3             (2)

b*="200[（Y/Yn）^1/3―(Z/Zn)^1/3]        (3)

其中，Xn, Yn和Zn分别是X, Y和Z的值。

该Gretag-Macbeth分光光度计通过氙气闪光灯照明进行颜色测量，蓬松的样品挤压成约2.54cm的直径，放置于在积分球球形空腔的入口处。该仪器配置为：光源D65光源，10 °观测，视野宽广（LAV），含反射成分（SCI）和不含反射成分（SCE）。SCI和SCE的结果可互相追踪，据观察，对SCI 和SCE来说L*-Rd和b*-(+b)相互关系非常相似。由于SCI是用于仪器的正常转状态下时，只有SCI结果予以报告。每个样品在不同的位置测四次，L * a * b为每个样品测量结果的平均值。所有从样品上反射的光被收集入积分球的内腔并进行光谱分析。由于球腔是与空气相通的，需要用玻璃板将其覆盖以防止外面的异性纤维掺入从棉花样品。

此研究中通常使用一块面积为8cm²厚度为6mm的玻璃用于HVI色度计。为了保持一致性，瓷砖样品也使用了玻璃。在分光光度计正常运行的情况下，不需要使用玻璃校正。当尝试使用供应商提供的玻璃校正因子时，观察到6mm厚的HVI玻璃上结果只有非常小的差异。

结果与讨论

AMS主色度计对瓷砖样品和和棉花测试的Rd和+ b结果见表1。10个瓷砖样品的Rd和+b平均值分别为67.0和8.8。瓷砖样品的Rd和+ b值的标准偏差分别为0.1和0.03。同样地，12只棉花样品的Rd和+b平均值分别为68.6和9.7。棉花样品的Rd和+ b值的标准偏差分别为1.0和0.4。Gretag Macbeth滤色片测色仪7000A上测试的瓷砖和棉花样品的L* 和b*值见表2。10个瓷砖样品的L *和b *平均值分别为82.8和8.0，L *和b *值的标准偏差分别为0.15和0.05。同样地，12只棉花样品的L *和b *平均值分别为82.3和8.4，标准偏差分别为0.5和0.3。请注意，分光光度计测得的标准样和棉花的L*值为均明显高于主色度计测得的Rd值。然而，分光光度计测得的b *值与主色度计测得的+ b值接近。

      表1  AMS主色度计测量的瓷砖和棉花的Rd和+b平均值

表2  Gretag Macbeth滤色片测色仪7000A上测试的瓷砖和棉花样品的L* 和b*值

对主色度计和分光光度计测量的颜色参数之间关系进行了检查。对于AMS瓷砖样品，色度计测得的Rd值和分光光度计测量的L*值之间的关系见图2。这两个参数之间的线性相关度高（R² = 0.990）。斜率为2.26，偏移（-120）与上面讨论的平均值差异一致的。再次，只考虑AMS的瓷砖样品，色度计测量的+ b值和分光光度计测量的b *值之间的关系如图3所示。此两个参数之间也有较高的线性相关性（R² = 0.980），然而，此线性关系给出了统一的斜率（1.06）和较小的偏移（0.34）。这些结果与先前讨论的平均值的小差异是一致的。

图2色度计测得的Rd值和分光光度计测量的L*值之间的关系（AMS瓷砖）

图3 色度计测量的+ b值和分光光度计测量的b *值之间的关系（AMS瓷砖）

用AMS瓷砖颜色参数证明了色度仪和分光光度计结果之间具有良好相关关系后，棉花絮也被考虑在内。对12只棉花样品使用色度计测量的Rd值和分光光度计测量L*值之间的关系见图4。两个参数之间线性相关系数R² = 0.961，斜率为1.61（比上述单独采取瓷砖时的2.26稍小）。此处又有一个明显的负偏移，由色度计测量的+ b值和分光光度计测量的AMS棉絮的b *值之间的关系如图5所示。二者之间的线性相关系数R²= 0.907，斜率为1.10（与上述单独测试瓷砖的1.06非常接近），偏移较小为0.49。

图4 色度计测量的Rd值和分光光度计测量L*值之间的关系（AMS棉絮）

图5色度计测量的+ b值和分光光度计测量的b *值之间的关系（AMS棉絮）

对10只AMS瓷砖和12只棉絮样品用色度计测量的Rd值和分光光度计测量的L *值之间的关系如图6所示。两参数之间的线性相关系数为R²= 0.930，斜率为1.89（比上述采取单独的瓷砖时的2.26稍小）。还有一个明显的负偏移。同时考虑到瓷砖和棉花，色度计测量的+ b值和通过分光光度计测量的b *值之间的关系如图7所示。两者之间的线性相关系数R²= 0.960。斜率为1.08（与单独采用瓷砖测量的值1.06非常接近）斜率因子。偏移量与上述采取单独的瓷砖0.33相比较小，为0.48。 

图7 色度计测量的+ b值和通过分光光度计测量的b *值之间的关系

AMS瓷砖和棉絮的反射光谱如图8和图9所示。棉花和瓷砖的谱图非常相似，表明瓷砖代表了棉絮的反射率和颜色结果。如前所述，HVI色度计使用两个宽滤波器来获得Rd和+ b值，Rd和L *值都是是根据观察到的样品总反射率来获得的。仅使用两个光谱区域测量Rd值，使用整个光谱区测量L *值，导致了观察到的L*值比Rd值高，对于Rd参数来说光谱信息高于550nm也是不可用的。+ b和b *两个参数都是基于两个光谱区域的样品反射率差异。两个HVI的过滤器覆盖了这两个光谱区域，这就解释了所观察到的AMS色块和棉絮的+b 和b*值非常相似，且总体上接近一致。

图8 分光光度计测量的AMS瓷砖的反射率和波长

图9分光光度计测量的AMS棉絮的反射率和波长

结论

这些结果表明，HVI棉颜色测量使用的Rd和+b值与国际公认的CIELAB测量使用AMS瓷砖和棉絮直接相关。与AMS瓷砖相比，棉絮的相关度稍低，这是因为与标准的瓷砖样品相比，棉花样品具有天然多样性，而且对棉花来说，用来将样品固定在分光光度计窗口的压力没有控制。L*值和Rd值之间不统一的斜率是由于L*参数的反射率可能是由于反射的L *参数与光谱仪的整个可见光谱积分，而Rd参数来自于两个过滤器覆盖光谱区只留下一小部分同谱区的读数。这些发现现在开辟了从HVI的测量溯源到国际公认的颜色标准的进一步的研究方式。

（www.aatcc.org）