高光谱采集参数匹配性核查要点

高光谱采集过程中，即使测量的是同一个样品，不同时间、不同位置获得的反射率曲线也可能存在差异。有时完成白板校正后，部分波段仍会出现异常峰谷或明显偏差。

这些问题并不一定来自仪器故障。光照条件、测量几何、采集参数以及参考信号质量，都可能影响*终结果。

那么，反射率测量中哪些环节容易出问题？出现异常时，又该如何判断？

01 白板校正，校正的是什么？

在反射式高光谱测量中，相机记录的原始DN值不仅与样品反射特性有关，还受到光源强度、光学系统响应和探测器特性等因素影响。

因此，通常需要采集三类信号：

样品DN：待测样品的数字响应。

白参考DN：已知反射特性的标准白板所产生的数字响应。

暗参考DN：无目标光输入时的系统背景响应。

在相机响应近似线性、采集条件可比的情况下，常用的白参考校正关系为：

Rₛ(λ) = [(DNₛ(λ) − DNᵈ(λ)) / (DNʷ(λ) − DNᵈ(λ))] × Rʷ(λ)

其中，Rₛ(λ)为样品的反射率相关结果，Rʷ(λ)为标准白板在相应测量条件下的已知反射特性。

其基本原理是：先扣除暗背景，再利用白参考进行归一化，*后结合白板的已知反射特性得到校正结果。

需要明确，标准白板并不意味着所有波长的反射率都严格为100%。白参考校正得到的结果还与测量几何及参考标准有关，不能无条件视为材料的绝*反射率。

图1 白参考、暗参考与样品信号的校正关系示意。

在可比的采集条件下，利用样品、白参考和暗参考DN进行校正，并结合标准白板的已知反射特性获得样品反射率相关结果。

02 哪些采集条件会影响反射率结果？

光照条件发生变化。 白参考和样品如果在不同照明条件下采集，参考信号就可能无法准确代表样品测量时的照明状态。室外测量中，云影、太阳辐照变化及局部阴影都可能造成影响。

测量几何存在差异。 样品表面倾斜、粗糙度及镜面反射成分会影响光的反射方向。即使光源没有变化，照明角度或观测角度不同，也可能得到不同的反射率结果。对于具有明显方向性反射特征的目标，这种影响尤其需要关注。

参考信号或采集参数不匹配。 白板污染、暗参考不匹配，以及样品与白参考使用不同积分时间或增益却未正确归一化，都可能引入偏差。

此外，已经饱和的信号无法通过后续白板校正恢复，而白参考有效信号过弱时，校正过程可能显著放大噪声。

部分波段的有效信号不足。 当光源输出较弱、探测器响应较低，或室外测量受到较强大气吸收影响时，某些波段的信噪比可能明显下降。即使校正公式正确，结果仍可能出现较大的随机波动。

因此，反射率曲线出现异常，并不一定意味着公式错误或相机故障。需要结合原始DN、参考信号和实际采集条件共同判断。

图2 不同采集条件对反射率测量结果的影响示意

光照变化、测量几何差异和有效信号不足都可能影响白参考校正结果。不同因素产生的异常表现有所区别，应结合原始数据和测量条件分析。

03 反射率异常，先检查什么？

遇到异常时，不建议直接修改校正公式或反复调整后处理参数。更合理的方式是从原始数据开始排查。

第*步，检查原始DN。 查看样品、白参考和暗参考信号，确认是否存在饱和、异常波动，或白参考扣除暗背景后的有效信号过弱等情况。

第*步，核对采集参数。 检查积分时间、增益及暗参考采集条件是否匹配。如果样品与参考使用了不同参数，应确认是否进行了有效且经过验证的归一化处理。

第三步，检查测量条件。 确认光源是否稳定、白板是否清洁，以及样品与白板的照明和观测几何是否具有可比性。

第四步，重新采集并验证。 在条件稳定后重新采集参考和样品，比较重复测量结果。必要时，可使用已知反射特性的独立参考目标进行验证。

如果异常仍然存在，再进一步检查光学系统、探测器响应及软件处理流程。

图3 高光谱反射率异常的基本排查流程。

反射率异常时，可依次检查原始DN、采集参数和测量条件，再通过重新采集与独立验证判断问题来源，避免直接将异常归因于仪器故障。

结语

白板校正是高光谱反射率测量的重要环节，但不是万能的误差消除方法。

可靠的测量结果既需要合适的参考校正，也离不开稳定的照明、可比的测量几何和足够的有效信号。出现异常时，先检查原始数据和采集条件，往往比直接调整处理参数更有意义。