有關(guān)白度的基本理論及計(jì)算

發(fā)布時(shí)間：2020-02-28 15:38

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1、有關(guān)白度的基本理論

在顏色世界里，人們遇到較多的是白和近白色?！鞍住本哂泄夥瓷浔龋鞫龋└吆蜕柡投龋ú识龋┑偷奶厥忸伾珜傩??；谀恳暩兄袛喾瓷湮矬w所能“顯白的程度”，術(shù)語(yǔ)上稱(chēng)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(jué)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(zhǎng)不同的白色，按其白度的高低排成一維的白度序列，從而進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)。

從色知覺(jué)角度講，白度的評(píng)價(jià)和測(cè)量與高等色度學(xué)有關(guān)，工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)及質(zhì)量檢測(cè)的實(shí)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(lǐng)域里對(duì)白度的評(píng)價(jià)和公式的應(yīng)用有不同的見(jiàn)解，但是仍然能夠在可靠性和準(zhǔn)確性方面均使人滿(mǎn)意的情況下，得出相對(duì)統(tǒng)一的白度標(biāo)。

實(shí)踐證明，白度可以與已確立的色度參數(shù)和色知覺(jué)參數(shù)聯(lián)系起來(lái)。人們知道，所謂理想的標(biāo)準(zhǔn)白板是對(duì)一切波長(zhǎng)的輻射都是無(wú)吸收地完全漫射體，即它是反射比對(duì)任何波長(zhǎng)都等于 1 的一種純白物體。白雪或許是的具有世界一致性的純白色代表。但它無(wú)法長(zhǎng)期保存亦無(wú)法隨時(shí)隨地取得。故現(xiàn)代的標(biāo)準(zhǔn)白板只能以反射比非常接近 1 的一些化學(xué)品作為代表——標(biāo)準(zhǔn)白，而且也不是一個(gè)全漫射反射體，以此對(duì)被測(cè)物質(zhì)作目視的相對(duì)比較，這就是至今尚無(wú)一種白的自然物質(zhì)來(lái)作為白色的緣由。

2、關(guān)于白度的定量評(píng)價(jià)

2.1 現(xiàn)行的基本原則

一般地說(shuō)，當(dāng)物體表面對(duì)可見(jiàn)光譜所有波長(zhǎng)的反射比在80 %以上，可認(rèn)為該物質(zhì)的表面為白色。另外，也有些專(zhuān)家用三刺激值Y（明度）和興奮純度（Pe）來(lái)表征白色。Berger 認(rèn)為：當(dāng)樣品的表面Y>70，Pe<10 %時(shí)可當(dāng)作白；MacAdam的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)則為Y=70～90，Pe=0～10 %；而Grum等則認(rèn)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(shù)委員會(huì)在1986 年制定了白度測(cè)量應(yīng)遵循的共同規(guī)范：

（1）應(yīng)該使用同樣的標(biāo)準(zhǔn)光源（或照明體）來(lái)進(jìn)行視覺(jué)的儀器的白度測(cè)量，推薦用D65 照明體為近似的CIE 標(biāo)準(zhǔn)光源；

（2）在與（1）條不一致的條件下得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能確立或檢驗(yàn)白度公式；

（3）推薦使用白度W=100 的完全反射體（在可見(jiàn)波段光譜反射比都等于1 的理想漫射體。簡(jiǎn)稱(chēng)PRD）作為白度公式的參照標(biāo)準(zhǔn)。確立或檢驗(yàn)白度公式時(shí)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(duì)于PRD 白色程度的相對(duì)值。因此，以PRD為參照基準(zhǔn)而標(biāo)定的標(biāo)準(zhǔn)白板的標(biāo)準(zhǔn)反射比標(biāo)準(zhǔn)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(jì)量白度標(biāo)的基礎(chǔ)。

2.2 白度評(píng)定的公式

我國(guó)現(xiàn)行白度評(píng)定一般分甘茨白度、藍(lán)光白度和亨特白度3 種評(píng)定。

按CIE 正式推薦的在D65 標(biāo)準(zhǔn)光源下，以完全反射漫射體作為參照標(biāo)準(zhǔn)白，白度定量評(píng)價(jià)公式如下:

2.2.1 甘茨白度

甘茨白度是CIE 白度委員會(huì)在1986 年正式公布出版的白度公式?？梢詫?xiě)為WGANZ，其特點(diǎn)是：以物體顏色的三刺激值為依據(jù)作為計(jì)算，顏色的三刺激值性質(zhì)決定了對(duì)白度的貢獻(xiàn)，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(chǎng)下，測(cè)得試樣值；xn，yn為在10°視場(chǎng)下D65標(biāo)準(zhǔn)光源的坐標(biāo)值；xn=0.3138，yn=0.3309。

從公式可以看出，對(duì)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(fù)，正值越大表示帶淡藍(lán)—綠度越大，負(fù)的絕對(duì)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(jié)果與目視的相關(guān)性較好，但其級(jí)差與目視級(jí)差差別較大，對(duì)明顯帶顏色的樣品沒(méi)有意義。

2.2.2 藍(lán)光白度（又稱(chēng)R457白度）

R457白度是一種簡(jiǎn)易的測(cè)量方法，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO2470 紙張漫反射比的測(cè)量，以及我國(guó)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(yīng)曲線的峰值波長(zhǎng)在457nm 處，半寬度44 nm。

定義藍(lán)光白度為：Wr=KrΣβ（λ）F（λ）△λ

式中：Kr=100/ΣF（λ）△λ；β（λ）為與標(biāo)準(zhǔn)白板的藍(lán)光白度儀器相同照

明觀察條件下的光譜亮度因數(shù)。

ISO關(guān)于紙張板白度的新標(biāo)準(zhǔn)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(cè)量?jī)x在D65/10°條件下，利用測(cè)量Z值獲得R457白度值，其轉(zhuǎn)換方程為：

Wr=0.925×Z+1.16

另外一種說(shuō)法為：

在GB/ T5950- 86《建材及非礦產(chǎn)品白度測(cè)量方法》中曾規(guī)定了三色平均值白度公式：Wtr=( B480+G520 +R620)/ 3。這是GB/ T2015- 91 使用的三波長(zhǎng)反射比白度計(jì)算公式。WB=R457

2.2.3 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(cè)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(cè)量條件采用C照明體2 o視場(chǎng)觀測(cè)條件。

此白度值的特點(diǎn)是以色差的形式計(jì)算白度，測(cè)定結(jié)果的白度值較高，級(jí)差較小，適合于白度值較高樣品的測(cè)定。

2.2.4 Taube白度

該白度為美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)(313-73ASTM)使用的TAUBE公式計(jì)算出的

一個(gè)數(shù)值，公式為：WT=3.367X-3Y

該公式計(jì)算出的白度值的級(jí)差與目視感知的級(jí)差符合性較好，但只能用于中性樣品。有的美國(guó)企業(yè)使用Y值來(lái)表示測(cè)定樣品的白度值。

2.2.5建材與非金屬礦產(chǎn)品通用公式

WG=Y10+400x10-1000y10+205.5

這個(gè)公式是在GB/T5950-1996《建材及非礦產(chǎn)品白度測(cè)量方法》中規(guī)定的公式之一，它在考慮了我國(guó)白色產(chǎn)品生產(chǎn)情況及產(chǎn)品白色度值的前提下，同時(shí)做了向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靠攏的工作，使得該公式在測(cè)試方法、量值評(píng)價(jià)等方面既符合我國(guó)實(shí)際情況，又與國(guó)際測(cè)試水平靠攏。