我們進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)來評(píng)估白板平鋪位置如何影響光譜測(cè)量。

·        Specim FX17高光譜相機(jī)安裝在具有雙光源的LabScanner上（見圖 1）。

·        白板的頂面放置在黑色樣品托盤上方 20 毫米處。調(diào)整掃描儀的照明，使其在此白板水平處是最大值。

·        測(cè)量兩個(gè)扁平塑料樣品（PA 和 HIPS）13 次，每次都在相對(duì)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。

·        未調(diào)整照明，但每次測(cè)量都保持最大的白板信號(hào)，我們選擇這種方法是因?yàn)樗鞘褂迷撓到y(tǒng)的最現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景。

分析分兩部分進(jìn)行。首先，樣品的位置低于白板。其次，樣品的位置高于白板。

圖 1：Specim LabScanner和本次測(cè)量中使用的樣品

對(duì)樣品的光譜進(jìn)行了仔細(xì)檢查和比較，如圖 2 所示：

·        樣本與白板的相對(duì)位置不會(huì)顯著影響光譜的形狀。這種變化主要是在他們的強(qiáng)度上。

·        關(guān)于與樣本和白板相關(guān)的計(jì)算反射率水平變化，隨著樣本變深，反射率水平降低。由于某些波長的下降幅度可能高達(dá)百分之幾，因此下降幅度很大。

圖 2. 使用 Specim FX17 在白板的不同負(fù)值水平下采集的 PA 和 HIPS 光譜。

結(jié)果如圖 3 所示：

·        正如上一節(jié)中所觀察到的，光譜的形狀不受影響，但只有其能級(jí)受到影響。

·        同樣，計(jì)算出的反射率值隨樣品的水平而變化。這次沒有像之前觀察到的那樣明顯的趨勢(shì)，但是隨著高度差的增加，值增加或減少。從絕對(duì)范圍來看，這種變化可能會(huì)超過 10%，這是非常大的。

圖 3. 使用 Specim FX17 在白色參考位置的不同正值水平下采集的 HIPS 光譜。

對(duì)于這兩種情況，光譜的形狀不會(huì)受到樣本與白色參考圖塊的高度差異的影響，但光譜強(qiáng)度會(huì)受到影響。這是由于沿相機(jī)通過線的照明輻照度發(fā)生變化。

圖 4 說明了怎么將光很好地調(diào)整到單個(gè)區(qū)域。在第一種情況下，當(dāng)遠(yuǎn)離 0 位置時(shí)，光輻照度會(huì)降低，而在第二種幾何結(jié)構(gòu)中，變化不僅在一個(gè)方向上。

圖 4. 沿相機(jī)通過線的光強(qiáng)度變化取決于照明調(diào)整。

對(duì)于某些應(yīng)用，頻譜的絕對(duì)信號(hào)電平至關(guān)重要。對(duì)于定量應(yīng)用，需要仔細(xì)考慮信號(hào)水平，因?yàn)橛^察到的反射率的偏差會(huì)產(chǎn)生對(duì)數(shù)據(jù)的嚴(yán)重誤解。有一些預(yù)處理工具可以糾正光譜中的漂移或偏移。

然而，某些應(yīng)用需要根據(jù)樣本高度精確調(diào)整白色參考圖塊，例如顏色測(cè)量。在這種情況下，樣品和白板應(yīng)盡可能精確地放置在同一水平面上。

在更多依賴于光譜形狀而不是強(qiáng)度的應(yīng)用中，白色參考的放置并不那么重要。分類就是一個(gè)例子。高度可能存在差異，從而可以對(duì)具有特定輪廓的樣品（例如廢物）進(jìn)行分類。

在上面的示例中，HIPS 和 PA 仍然可以排序，即使它們不會(huì)與白色參考圖塊之一放置在同一高度。樣品也可以具有不同的高度，這不會(huì)影響它們的分離。

景深也應(yīng)該得到解決。不平坦的樣品可能成像模糊。這與白色參考瓷磚高度差沒有直接關(guān)系。然而，焦點(diǎn)通常調(diào)整為與白板相同的水平。

從光學(xué)角度來看，由于相機(jī)到樣本和相機(jī)到白板之間的距離不會(huì)保持恒定，因此可以直觀且直接地將其視為光譜強(qiáng)度變化的原因。然而，這是不正確的。

光線的能量確實(shí)隨著其長度的平方而減少。然而，它可以通過樣本像素大小的增加來補(bǔ)償，因此樣本像素大小也增加了相同的平方因子，即收集光的面積。

然而，當(dāng)樣品高度變化時(shí)，幾何位置：相機(jī)-樣品-照明也會(huì)不同，結(jié)合樣品表面的反射特性，也可以解釋本研究的結(jié)果。如果樣品具有完美的漫射表面（朗伯反射體），則相機(jī)測(cè)量的反射輻射率不會(huì)受到測(cè)量幾何形狀變化的影響。但如果樣品的反射率中存在任何鏡面反射分量，則可能會(huì)影響測(cè)量的變化。在本研究中，樣本不是朗伯體。

(來源:Specim高光譜成像)