将高光谱数据转换为反射率时，需要白色参考。它测量高光谱相机看到的入射光，同时考虑光学器件的传输和探测器的量子效率。白色参考对于使用高光谱仪器获得良好的反射率数据至关重要。本文强调了在测量时调整白板高度的重要性。

白板的位置

通常，白板放置在与样品顶表面相同的水平处。然而，如果样品不平坦，则样品的顶表面不是放置白板最佳位置。在这种情况下，建议将白板放置在样本的中间“高度”。

白板如何影响样品测量

我们进行了以下实验来评估白板平铺位置如何影响光谱测量。

Specim FX17高光谱相机安装在具有双光源的LabScanner上（见图 1）。 白板的顶面放置在黑色样品托盘上方 20 毫米处。调整扫描仪的照明，使其在此白板水平处是最大值。

 测量两个扁平塑料样品（PA 和 HIPS）13 次，每次都在相对于白板的不同水平：-20 毫米、-15 毫米、-10 毫米、-5 毫米、同一水平、+5 毫米、 +10 毫米、+15 毫米、+20 毫米、+25 毫米、+30 毫米、+35 毫米和+40 毫米。

未调整照明，但每次测量都保持最大的白板信号，我们选择这种方法是因为它是使用该系统的最现实的场景。分析分两部分进行。首先，样品的位置低于白板。其次，样品的位置高于白板。

  图 1：Specim LabScanner和本次测量中使用的样品

样品位置低于白板

对样品的光谱进行了仔细检查和比较，如图 2 所示：样本与白板的相对位置不会显着影响光谱的形状。这种变化主要是在他们的强度上。关于与样本和白板相关的计算反射率水平变化，随着样本变深，反射率水平降低。由于某些波长的下降幅度可能高达百分之几，因此下降幅度很大。

图 2. 使用 Specim FX17 在白板的不同负值水平下采集的 PA 和 HIPS 光谱

样品位置高于白板

结果如图 3 所示：正如上一节中所观察到的，光谱的形状不受影响，但只有其能级受到影响。同样，计算出的反射率值随样品的水平而变化。这次没有像之前观察到的那样明显的趋势，但是随着高度差的增加，值增加或减少。从绝对范围来看，这种变化可能会超过 10%，这是非常大的。

图 3. 使用 Specim FX17 在白色参考位置的不同正值水平下采集的 HIPS 光谱

对于这两种情况，光谱的形状不会受到样本与白色参考图块的高度差异的影响，但光谱强度会受到影响。这是由于沿相机通过线的照明辐照度发生变化。

图 4 说明了怎么将光很好地调整到单个区域。在第一种情况下，当远离 0 位置时，光辐照度会降低，而在第二种几何结构中，变化不仅在一个方向上。

图 4. 沿相机通过线的光强度变化取决于照明调整

白板与样本的关系

对于某些应用，频谱的绝对信号电平至关重要。对于定量应用，需要仔细考虑信号水平，因为观察到的反射率的偏差会产生对数据的严重误解。有一些预处理工具可以纠正光谱中的漂移或偏移。

然而，某些应用需要根据样本高度精确调整白色参考图块，例如颜色测量。在这种情况下，样品和白板应尽可能精确地放置在同一水平面上。

在更多依赖于光谱形状而不是强度的应用中，白色参考的放置并不那么重要。分类就是一个例子。高度可能存在差异，从而可以对具有特定轮廓的样品（例如废物）进行分类。

在上面的示例中，HIPS 和 PA 仍然可以排序，即使它们不会与白色参考图块之一放置在同一高度。样品也可以具有不同的高度，这不会影响它们的分离。

景深也应该得到解决。不平坦的样品可能成像模糊。这与白色参考瓷砖高度差没有直接关系。然而，焦点通常调整为与白板相同的水平。

结论

从光学角度来看，由于相机到样本和相机到白板之间的距离不会保持恒定，因此可以直观且直接地将其视为光谱强度变化的原因。然而，这是不正确的。

光线的能量确实随着其长度的平方而减少。然而，它可以通过样本像素大小的增加来补偿，因此样本像素大小也增加了相同的平方因子，即收集光的面积。

然而，当样品高度变化时，几何位置：相机-样品-照明也会不同，结合样品表面的反射特性，也可以解释本研究的结果。如果样品具有完美的漫射表面（朗伯反射体），则相机测量的反射辐射率不会受到测量几何形状变化的影响。但如果样品的反射率中存在任何镜面反射分量，则可能会影响测量的变化。在本研究中，样本不是朗伯体。

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