白度的基礎理論及白度計算方法

白度的基礎理論

在顏色世界里，“白”具有光反射比(明度)高和色飽和度(彩度)低的特殊顏色屬性。基于目視感知而判斷反射物體所能“顯白的程度”，術語上稱之為白度。與其他顏色一樣，白色也是三維空間的量，大多數(shù)色覺正常的觀察者可以將一定范圍內(nèi)的光反射比、色飽和度和主波長不同的白色，按其白度的高低排成一維的白度序列，從而進行定量的評價。從色知覺角度講，白度的評價和測量與高等色度學有關，產(chǎn)品生產(chǎn)及質(zhì)量檢測的實踐表明，確定白度的概念是有意義的。雖然在不同的生產(chǎn)領域里對白度的評價和公式的應用有不同的見解，但是仍然能夠在可靠性和準確性方面均使人滿意的情況下，得出相對統(tǒng)一的白度標。實踐證明，白度標可以與已確立的色度參數(shù)和色知覺參數(shù)聯(lián)系起來。

所謂理想的標準白板是對一切波長的輻射都是無吸收地完全漫射體，即它是反射比對任何波長都等于1 的一種純白物體。白雪或許是唯一的具有世界一致性的純白色代表。但它無法長期保存亦無法隨時隨地取得。故現(xiàn)代的標準白板只能以反射比非常接近1 的一些化學品作為近似的標準白。這種標準白白板也不是一個全漫射反射體，但是已經(jīng)可以作為參照物對被測物質(zhì)作目視的相對比較，至今尚無一種真正意義自然物質(zhì)來作為標準白色。

關于白度的定量評價

現(xiàn)行的基本原則，一般地說當物體表面對可見光譜所有波長的反射比在80 %以上，可認為該物質(zhì)的表面為白色。另外，也有些專家用三刺激值Y(明度)和興奮純度(Pe)來表征白色。Berger 認為：當樣品的表面Y>70，Pe<10 %時可當作白;MacAdam的實驗數(shù)據(jù)則為Y=70～90，Pe=0～10 %;而Grum等則認為物質(zhì)表面的純度在0～12 %和高反射比就看作白。 CIE 色度技術委員會在1986 年制定了白度測量應遵循的共同規(guī)范：

1、應該使用同樣的標準光源(或照明體)來進行視覺的儀器的白度測量，推薦用D65 照明體為近似的CIE 標準光源;

2、在與(1)條不一致的條件下得到的實驗數(shù)據(jù)不能確立或檢驗白度公式;

3、推薦使用白度W=100 的完全反射體(在可見波段光譜反射比都等于1 的理想漫射體。簡稱PRD)作為白度公式的參照標準。確立或檢驗白度公式時都必須歸一或PRD的白度值等于100。

根據(jù)以上規(guī)范，任何白色物體的白度是表示它對于PRD 白色程度的相對值。因此，以PRD為參照基準而標定的標準白板的標準反射比標準以及由此而確定的三刺激值X，Y，Z，或者由此而確定的三刺激值反射比因數(shù)RX，RY，RZ 等都可以作為計量白度標的基礎。

白度評定的公式：我國現(xiàn)行白度評定主要有甘茨白度、藍光白度和亨特白度等幾種評定方法。按CIE 正式推薦的在D65 標準光源下，以完全反射漫射體作為參照標準白。幾種常見白度定量評價公式如下:

甘茨白度

甘茨白度是CIE 白度委員會在1986 年正式公布出版的白度公式。可以寫為WGANZ，其特點是：以物體顏色的三刺激值為依據(jù)作為計算，顏色的三刺激值性質(zhì)決定了對白度的貢獻，它們的等白度表面是等間距的平行面，其白度可以用Y，x，y 的線性公式表示：

W=Y+800(xn- x)+1700(yn- y)

W10=Y10+800(xn- x10)+1700(yn- y10)

TW=900(xn- x)- 650(yn- y)

TW10=900(xn- x10)-650(yn- y10)

W10 為白度值;TW，TW10 為淡色調(diào)指數(shù);Y，x10，y10 為在10o 視場下，測得試樣值;xn，yn 為在10°視場下D65標準光源的坐標值;xn=0.3138，yn=0.3309。 從公式可以看出，對于任何光譜中性的白度樣品，其白度值W都等于三刺激值Y，W值越大，表示白度越高。淡色調(diào)指數(shù)值可正可負，正值越大表示帶淡藍—綠度越大，負的絕對值越大就表示淡品紅—黃度越大。公式主要用于W(或W10)值大于40、小于(5Y- 280)或小于(5Y10- 280)，TW(或TW10)值大 于- 3、小于+3 的樣品。該公式結果與目視的相關性較好，但其級差與目視級差差別較大，對明顯帶顏色的樣品沒有意義。

藍光白度(又稱R457白度)

R457白度是一種簡易的測量方法，在國際標準ISO2470 紙張漫反射比的測量，以及我國造紙、塑料、建材等一些行業(yè)中都使用了R457白度。它規(guī)定利用近似的A光源照明，白度儀器的總體有效光譜響應曲線的峰值波長在457nm處，半寬度44 nm。

定義藍光白度為：Wr=KrΣβ(λ)F(λ)△λ

式中：Kr=100/ΣF(λ)△λ;β(λ)為與標準白板的藍光白度儀器相同照明觀察條件下的光譜亮度因數(shù)。ISO關于紙張板白度的最新標準也使用了三刺激值反射比因數(shù)的概念和定義。這樣一般三刺激值色度 測量儀在D65/10°條件下，利用測量Z值獲得R457白度值，其轉(zhuǎn)換方程為：

Wr=0.925×Z+1.16

亨特白度

根據(jù)GB/T 5950—1996《建筑材料與非金屬礦產(chǎn)品白度測量方法》提出了亨特白度公式：WH=100-[(100- L)2+a2+b2]1/2

式中，WH 為亨特白度;a，b 為亨特色品指數(shù),

a=17.2(1.0547X10-Y10)/Y101/2，

b=6.7(Y10- 0.9318Z10)/Y101/2;

L 為亨特明度指數(shù)，L=10Y101/2;X10，Y10，Z10為三刺激值。

亨特白度測量條件采用C照明體2 o視場觀測條件。此白度值的特點是以色差的形式計算白度，測定結果的白度值較高，級差較小，適合于白度值較高樣 品的測定。

Taube白度

該白度為美國材料試驗協(xié)會(313-73ASTM)使用的TAUBE公式計算出的一個數(shù)值，公式為： WT=3.367X-3Y 該公式計算出的白度值的級差與目視感知的級差符合性較好，但只能用于中性樣品。有的美國企業(yè)使用Y 值來表示測定樣品的白度值。

建材與非金屬礦產(chǎn)品通用公式

WG=Y10+400x10-1000y10+205.5

這個公式是在GB/T5950-1996《建材及非礦產(chǎn)品白度測量方法》中規(guī)定的公式之一，它在考慮了我國白色產(chǎn)品生產(chǎn)情況及產(chǎn)品白色度值的前提下，同時做了向國際標準靠攏的工作，使得該公式在測試方法、 量值評價等方面既符合我國實際情況，又與國際測試水平靠攏。

基于上述白度檢測理論種類較多，國家相關標準也不夠統(tǒng)一和完善的原因;在加上我國檢測設備生產(chǎn)制造技術相對落后。使得目前國內(nèi)使用的白度儀產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，使用的檢測技術也不盡相同，白準白板一致性也不太理想。故白度檢測的規(guī)范性和檢測結果的準確性都存在問題。要解決這些問題，有待白度儀生產(chǎn)企業(yè)、國家標準編輯管理相關技術部門和行業(yè)技術專家共同努力。