白度的基础理论及白度计算方法

白度的基础理论

在颜色世界里，“白”具有光反射比(明度)高和色饱和度(彩度)低的特殊颜色属性。基于目视感知而判断反射物体所能“显白的程度”，术语上称之为白度。与其他颜色一样，白色也是三维空间的量，大多数色觉正常的观察者可以将一定范围内的光反射比、色饱和度和主波长不同的白色，按其白度的高低排成一维的白度序列，从而进行定量的评价。从色知觉角度讲，白度的评价和测量与高等色度学有关，产品生产及质量检测的实践表明，确定白度的概念是有意义的。虽然在不同的生产领域里对白度的评价和公式的应用有不同的见解，但是仍然能够在可靠性和准确性方面均使人满意的情况下，得出相对统一的白度标。实践证明，白度标可以与已确立的色度参数和色知觉参数联系起来。

所谓理想的标准白板是对一切波长的辐射都是无吸收地完全漫射体，即它是反射比对任何波长都等于1 的一种纯白物体。白雪或许是唯一的具有世界一致性的纯白色代表。但它无法长期保存亦无法随时随地取得。故现代的标准白板只能以反射比非常接近1 的一些化学品作为近似的标准白。这种标准白白板也不是一个全漫射反射体，但是已经可以作为参照物对被测物质作目视的相对比较，至今尚无一种真正意义自然物质来作为标准白色。

关于白度的定量评价

现行的基本原则，一般地说当物体表面对可见光谱所有波长的反射比在80 %以上，可认为该物质的表面为白色。另外，也有些专家用三刺激值Y(明度)和兴奋纯度(Pe)来表征白色。Berger 认为：当样品的表面Y>70，Pe<10 %时可当作白;MacAdam的实验数据则为Y=70～90，Pe=0～10 %;而Grum等则认为物质表面的纯度在0～12 %和高反射比就看作白。 CIE 色度技术委员会在1986 年制定了白度测量应遵循的共同规范：

1、应该使用同样的标准光源(或照明体)来进行视觉的仪器的白度测量，推荐用D65 照明体为近似的CIE 标准光源;

2、在与(1)条不一致的条件下得到的实验数据不能确立或检验白度公式;

3、推荐使用白度W=100 的完全反射体(在可见波段光谱反射比都等于1 的理想漫射体。简称PRD)作为白度公式的参照标准。确立或检验白度公式时都必须归一或PRD的白度值等于100。

根据以上规范，任何白色物体的白度是表示它对于PRD 白色程度的相对值。因此，以PRD为参照基准而标定的标准白板的标准反射比标准以及由此而确定的三刺激值X，Y，Z，或者由此而确定的三刺激值反射比因数RX，RY，RZ 等都可以作为计量白度标的基础。

白度评定的公式：我国现行白度评定主要有甘茨白度、蓝光白度和亨特白度等几种评定方法。按CIE 正式推荐的在D65 标准光源下，以完全反射漫射体作为参照标准白。几种常见白度定量评价公式如下:

甘茨白度

甘茨白度是CIE 白度委员会在1986 年正式公布出版的白度公式。可以写为WGANZ，其特点是：以物体颜色的三刺激值为依据作为计算，颜色的三刺激值性质决定了对白度的贡献，它们的等白度表面是等间距的平行面，其白度可以用Y，x，y 的线性公式表示：

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 为白度值;TW，TW10 为淡色调指数;Y，x10，y10 为在10o 视场下，测得试样值;xn，yn 为在10°视场下D65标准光源的坐标值;xn=0.3138，yn=0.3309。 从公式可以看出，对于任何光谱中性的白度样品，其白度值W都等于三刺激值Y，W值越大，表示白度越高。淡色调指数值可正可负，正值越大表示带淡蓝—绿度越大，负的绝对值越大就表示淡品红—黄度越大。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 的样品。该公式结果与目视的相关性较好，但其级差与目视级差差别较大，对明显带颜色的样品没有意义。

蓝光白度(又称R457白度)

R457白度是一种简易的测量方法，在国际标准ISO2470 纸张漫反射比的测量，以及我国造纸、塑料、建材等一些行业中都使用了R457白度。它规定利用近似的A光源照明，白度仪器的总体有效光谱响应曲线的峰值波长在457nm处，半宽度44 nm。

定义蓝光白度为：Wr=KrΣβ(λ)F(λ)△λ

式中：Kr=100/ΣF(λ)△λ;β(λ)为与标准白板的蓝光白度仪器相同照明观察条件下的光谱亮度因数。ISO关于纸张板白度的最新标准也使用了三刺激值反射比因数的概念和定义。这样一般三刺激值色度 测量仪在D65/10°条件下，利用测量Z值获得R457白度值，其转换方程为：

Wr=0.925×Z+1.16

亨特白度

根据GB/T 5950—1996《建筑材料与非金属矿产品白度测量方法》提出了亨特白度公式：WH=100-[(100- L)2+a2+b2]1/2

式中，WH 为亨特白度;a，b 为亨特色品指数,

a=17.2(1.0547X10-Y10)/Y101/2，

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

L 为亨特明度指数，L=10Y101/2;X10，Y10，Z10为三刺激值。

亨特白度测量条件采用C照明体2 o视场观测条件。此白度值的特点是以色差的形式计算白度，测定结果的白度值较高，级差较小，适合于白度值较高样 品的测定。

Taube白度

该白度为美国材料试验协会(313-73ASTM)使用的TAUBE公式计算出的一个数值，公式为： WT=3.367X-3Y 该公式计算出的白度值的级差与目视感知的级差符合性较好，但只能用于中性样品。有的美国企业使用Y 值来表示测定样品的白度值。

建材与非金属矿产品通用公式

WG=Y10+400x10-1000y10+205.5

这个公式是在GB/T5950-1996《建材及非矿产品白度测量方法》中规定的公式之一，它在考虑了我国白色产品生产情况及产品白色度值的前提下，同时做了向国际标准靠拢的工作，使得该公式在测试方法、 量值评价等方面既符合我国实际情况，又与国际测试水平靠拢。

基于上述白度检测理论种类较多，国家相关标准也不够统一和完善的原因;在加上我国检测设备生产制造技术相对落后。使得目前国内使用的白度仪产品质量参差不齐，使用的检测技术也不尽相同，白准白板一致性也不太理想。故白度检测的规范性和检测结果的准确性都存在问题。要解决这些问题，有待白度仪生产企业、国家标准编辑管理相关技术部门和行业技术专家共同努力。