白度测量方法有哪些？白度计算公式有几个？

白度表征的是物体的洁白程度，是纸张、纺织等行业评价产品外观质量的一项重要指标，对样品白度进行量化，是管控产品质量的重要手段。那么，白度测量方法有哪些？白度计算公式有几个？本文对白度测量方法及白度计算公式做了介绍。

白度的测量方法：

过去是用目视法判断哪个物体更白、物体是不是达到工农业生产中对白度的要求，这种方法具有很大的误差；现在是利用光电检测的方法测量物体的白度，这样白度变成了一个可准确测量的值，并且利用这种方法可减小测量误差、提高测量速度，满足了工农业生产的需要。白度测量方法大致可分为以下三种：

1.单光谱反射率测量法

通过对单光谱的反射率测量来判断物体的白度，这种方法一般是利用主波长为457nm±0.5nm，半峰宽度为44nm的蓝光来测定样品的反射比，用测得的反射比来表示样品的白度。这种方法由于是用一个波长的滤光片进行测量的，往往会带来较大的误差（这是由于一个波长的滤光片覆盖的波长区太窄所致）。

2.光电积分式测色法

光电积分式测色法是模拟人眼的三刺激值特性，采用光电积分效应，直接测量颜色的三刺激值。此方法使用滤光片，对所用的光电探测器的光谱响应进行滤色修正，使它与CIE 标准观察者一致。这种测色系统一般都由光源、探测器、数据处理和输出单元等组成。光源多为稳定性光源，多数使用卤钨灯。探测器为三个或四个经过滤色修正的硅光电二极管或光电管。这种测色系统与下面所述的分光式测色系统相比较而言价格低廉，并且适用性广泛，与后者相比更适应工农业生产的需要。

3.分光式测色法

这种方法也是一种基于三刺激值的测量方法，不过这种方法不是不是直接测量颜色的三刺激值，而是测量物体的光谱反射或透射特性，即测量物体的光谱辐度因数或光谱透射比，通过积分计算求得颜色的三刺激值。这种测量方法一般以（5～20）nm的等距波长间隔，在（380～780）nm的波段内测得各波长的光谱反射率。光谱信号采集是单通道（波长）按顺序逐个扫描取得。这决定了它的测量速度较慢。这种测量系统主要由光源、单色器、光电探测器、数据处理和输出装置等组成。光源一般采用稳定性光源（如卤钨灯、氙灯等）；单色器是整个仪器的核心，分为棱镜分光式、光栅分光式和滤光片分光式等；探测器为光电倍增管、光电管。由于系统的扫描机构和光路复杂，使得整个系统的体积较大，成本也较高，使得它的使用受到很大的局限。

总体来说白度测量方法大致可分为两类：一是通过对单光谱的反射率测量来判断物体的白度，这种方法是用测得的反射比来表示样品的白度，优点是测定方法简单，仪器便宜；但这种方法由于是用一个波长的滤光片进行测量的，往往会带来较大的误差（这是由于一个波长的滤光片覆盖的波长区太窄所致）。第二类是基于三刺激值的测量方法，这种方法主要是先测得被测物体的三刺激值，然后利用与三刺激值相关的白度公式计算出白度值。

白度计算公式的类型：

关于白度计算的公式有很多，目前根据不同行业的特点，以下几个公式得到了相对广泛的认可。

1.单波段白度公式

我们已经知道对任何一种白色物质的表面都可以用色度坐标三个参数（X，Y，Z）按照颜色的三个基本属性（光反射比、色饱和度和主波长）来表示。但是现实中人们都不停地探索着用距离理想白度的百分比来简单表示，即用一个或两个参数表示。

蓝光白度（又称R457白度）是一种单波段白度公式被广泛应用在造纸、塑料、建材等行业中。纸张、建材、织物等物质的白度之所以能用一维标准来表示，主要取决于这些物质本身的固有属性，这些物质的白度在色空间近似直线分布。此外对于纸张的分光测试结果显示，短波长比长波长的分光反射率下降很多。因此对于纸张可以使用短波长区域的反射率来表示。

2.多波段白度公式

同样有很多物质（如染料）由于自身特性的原因，其表面白度无法简单的用一维标度来表示。对一部分染料，其波长在450nm以上时才有较高的反射率，但在短波长处反射率却快速下降，分光反射率曲线不呈平坦分布，其目视反射率较高；另一部分染料，分光反射率较低，曲线平坦，目视反射率较低。由于这两种相反情况的存在，无论用长波长还是短波长反射率来评价染料的白度显然不够科学，因此就需要用两种或以上波长的反射率组合表示白度。这样通过同时使用短波长、长波长的反射率及其系数的方法来表示试样的白度，更符合试样的目视评定和色度学测量。多波段白度公式一般的形式为：W=f（R1，R2），其中f表示系数，R代表反射率。染料行业常用的BASF白度公式就是典型的多波段白度公式，BASF白度公式为：W=4RZ-3RY。

3.明度及纯度型白度公式

在自然界中，有一些白色物质的分光反射率并不对特定波长有峰值，其色调有些偏黄。此外由于现代工业中人们大量使用蓝色染料和荧光增白剂，这些添加物的使用不仅会使白度增加，而且会导致白色夹杂颜色（如偏蓝）。这两种情况都会使目视反射率升高，色度降低。对于这些物质学者们尝试用明度和纯度函数来表示样品的白度，国标GB/T5950-1996《建筑材料与非金属矿产品白度测量方法》中提出亨特完全白度公式，此白度公式特点是以色差的形式计算白度，测定结果级差较小，白度较高，此公式只适合用于白度较高的物品。

亨特白度公式的表达式为：WH10=100-[（100-L）²+a²+b²]^1/2，其中WH10表示亨特完全白度，L代表明度，a、b代表色度。

4.甘茨白度

以上几种白度公式中，基本上没有考虑偏色的影响，偏红、偏绿都统称为白。但在实际中，理想的中性白是不存在的。经过国际上长期的讨论和商议，CIE色度技术委员会在1986年制定了白度测量的规范：

（1）应该使用同样的标准光源（或照明体）例如D65照明体（色度学用 CIE标准照明体）为近似的CIE标准光源，进行视觉的仪器的白度测量。

（2）不符合（1）条件下得到的实验数据不能确定或检验白度公式。

（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。

按照CIE制定的标准，测量白度时采用其推荐的D65标准光源，参照标准白采用完全反射漫射体，在此基础上CIE委员会制定了甘茨白度公式，此公式以物体颜色三刺激值为基准来计算，颜色三刺激值的特性决定了白度值大小。

甘茨白度公式的表达式为：W₁₀=Y₁₀-800x₁₀-1700y₁₀+813.7，T_W10=650y₁₀-900x₁₀+673。其中W₁₀代表白度值，T_W10代表色泽值。