來源頭條作者:瘋狂學習GIS??本文介紹基于AvaSpec-ULS2048x64光纖光譜儀測定植被、土壤等地物高光譜曲線的方法。

??AvaSpec是由荷蘭著名的光纖光譜儀器與系統(tǒng)開發(fā)公司Avantes制造的系列高性能光譜儀，廣泛應用于各類光譜測定場景。本文就以AvaSpec系列產(chǎn)品中的AvaSpec-ULS2048x64這一款便攜式地物高光譜儀為例，介紹基于這一類便攜式地物光譜儀進行地物高光譜曲線的測定方法。

1 軟件安裝??首先，AvaSpec系列產(chǎn)品多數(shù)都需要與電腦連接使用，因此需要提前在電腦中安裝AvaSoft軟件。AvaSoft軟件依據(jù)適配的儀器種類不同，主要分為USB1版本與USB2版本兩種；大家可以依據(jù)下圖，結(jié)合自己手中的光譜儀實際型號，確定需要下載哪一個版本的軟件。

??因為本文是用AvaSpec-ULS2048x64這一款儀器來做介紹，因此就需要下載USB2版本的AvaSoft軟件。

??接下來，就介紹一下AvaSoft軟件的下載方法。軟件可以從Avantes公司官網(wǎng)直接下載；對于含有光盤驅(qū)動的電腦，也可以將AvaSpec系列產(chǎn)品自帶的光盤放入電腦中進行軟件下載與安裝。這里就介紹一下第二種下載方法。

??首先，將光盤放入電腦并將其打開。

??選擇“Software”。

??接下來，選擇需要安裝的AvaSoft軟件版本。本文就選擇USB2版本的軟件。

??接下來，即可彈出AvaSoft軟件安裝界面。這里我們就依據(jù)軟件安裝界面的提示，逐步進行安裝即可，這里就不再贅述。

??AvaSoft軟件安裝完畢后，我們找到其快捷方式，雙擊打開軟件。

??即可出現(xiàn)如下圖所示的界面。

??此時，我們需要將AvaSpec-ULS2048x64設備通過其自帶的數(shù)據(jù)線與電腦連接。在儀器中，將數(shù)據(jù)線插入寫有“USB”字樣的接口即可，數(shù)據(jù)線另一端與電腦連接。

??隨后，在上圖中選擇“Retry to establish communication through USB”選項。此時，如果儀器是剛剛與電腦連接，軟件暫時還沒有收到儀器的連接信號，則可能會出現(xiàn)如下所示的提示。

??我們重新試一下，一般就可以連接上了。隨后，軟件出現(xiàn)如下圖所示的界面。

2 文件準備??接下來，我們新建一個實驗項目；這里的“實驗”其實是一個.kon格式的文件，與接下來我們所要進行的各項操作（定標、地波譜測量等）相呼應。在左上角菜單欄中，選擇“Start New Experiment”選項。

??隨后，在彈出的窗口中，配置實驗文件存放的路徑與實驗文件的名稱。

??隨后，即可點擊軟件左上角的“Start”按鈕，儀器將自動開始測定光譜數(shù)據(jù)；如下圖所示，軟件界面中將顯示儀器所探測到的地物的光譜曲線。這里大家需要確保儀器已經(jīng)和光譜測定的光纖探頭相連接，否則會沒有數(shù)據(jù)的。

3 白板定標??隨后，需要進行白板定標。水平放置白板，并將光纖探頭用來探測的那一端垂直朝下，距離白板10 cm左右的高度即可。隨后，觀察軟件中的光譜曲線，待曲線穩(wěn)定后，此時即為白板的光譜曲線。測量時需要保證白板與探頭均處于陽光下，不要有陰影或其他地物遮擋。

??需要注意的是，如果大家在白板定標時發(fā)現(xiàn)如下圖所示的情況，即各個波段對應的光譜數(shù)值普遍接近或達到了軟件所能顯示的最大值，且軟件最下方狀態(tài)欄中出現(xiàn)紅色的“Saturated”提示，說明此時外界的光線較強，已經(jīng)達到甚至超出了軟件在當前參數(shù)情況下所能探測的光線最大值；這種情況肯定是無法進行后期進一步光譜的測定的。

??針對這一情況，我們需要點擊軟件菜單欄中的“Autoconfigure Integrationtime”選項；如下圖所示。這一選項將自動依據(jù)外界的光線強度，調(diào)整儀器中與接收光線有關的兩個參數(shù)“Integration time”與“Average”。其中，前者可以改變高光譜相機在成像時，曝光或整合成像的時間長短，時間越長受到的光照就越強；后者則表示軟件界面中每顯示的一個光譜曲線，是需要測定多少次后并求取平均值得到的曲線。

??可以看到，通過“Autoconfigure Integrationtime”選項，“Integration time”與“Average”的數(shù)值已經(jīng)發(fā)生改變；即其可以使得軟件自動調(diào)整這兩個參數(shù)，從而緩解外界較強光線所帶來的干擾。當然，我們也可以直接在下圖的框中手動修改這兩個參數(shù)。

??還有一點需要注意的是，“Integration time”這一參數(shù)的最小值為2.40 ms；如果開啟“Autoconfigure Integrationtime”選項后，達到這一最小值而還沒有完全解決光線較強的問題，就會出現(xiàn)如下所示的提示。

??針對這一情況，如果我們還希望進一步將外界光線較強的影響降至最低，“Autoconfigure Integrationtime”選項就無能為力，只能從其他角度入手了。

??當我們在測定任意物體的光譜曲線時，可以通過下圖右側(cè)方框中的“Autoscale Y-Axis”選項，將曲線圖的Y軸數(shù)值移動到曲線附近，方便我們查看曲線。

??當白板的曲線較為穩(wěn)定后，點擊上圖左側(cè)方框中的“Save Reference”選項，保存白板的光譜曲線，從而完成白板定標。

4 黑暗定標??隨后，進行黑暗定標。將光纖探頭用來探測的那一端蓋上保護帽，從而使得其處于黑暗狀態(tài)。待光譜曲線穩(wěn)定后，即為黑暗定標時的狀態(tài)。這一狀態(tài)在理論上，光譜曲線將全部處于Y軸值為0的橫線處；而實際測量時并不一定滿足這一要求，只要此時光譜曲線大致在Y軸值為0處的附近即可。

??同樣，點擊“Save Dark”選項，從而保存黑暗情況下的光譜數(shù)值。

??從而完成黑暗定標。

5 光譜測定??接下來，取下光纖探頭用來探測的那一端的保護帽，我們就可以開始對地物進行光譜曲線的測定了。測定方法與之前的白板定標類似，我們將探頭垂直對準待測地物，稍等片刻待曲線穩(wěn)定后即可完成測定。測量時同樣需要保證在陽光下，不要有陰影或其他地物遮擋。

??測定過程中，我們可以修改軟件界面所顯示光譜曲線的含義。例如，下圖的S形狀按鈕“Scope Mode”表示Y軸為光譜儀的原始讀數(shù)（可以理解為DN值），A形狀按鈕“Absorbance Mode”表示Y軸為經(jīng)過計算后獲得的吸光度，R形狀按鈕“Reflectance Mode”表示Y軸為經(jīng)過計算后獲得的反射率，I形狀按鈕“Irradiance Mode”則表示Y軸為經(jīng)過計算后獲得的輻照度。

??如果大家的軟件界面中沒有R形狀按鈕“Reflectance Mode”，而是有一個T形狀按鈕“Transmittance Mode”（這一按鈕應表示的是透射率，但按照軟件幫助手冊中的介紹，這里的透射率與前面的反射率的計算公式是一樣的，只是名稱不一樣），則可以通過“Setup”→“Options”→“View Reflectance instead of Transmittance”選項，調(diào)出R形狀按鈕“Reflectance Mode”。

??得到地物合適、穩(wěn)定的光譜曲線后，點擊“Save Experiment”選項，即可保存當前地物的光譜曲線。

??需要對這一光譜曲線進行命名。這里的命名盡可能能夠描述所測定地物的實際情況即可；例如，我們對草地的光譜曲線進行測定，就可以將其命名為Grass1。這里需要注意，我們在這里的命名并不是這個光譜曲線文件的文件名，而是這個光譜曲線文件在軟件中打開后，軟件所顯示的圖名；具體我們稍后再細講。

??每次保存會生成兩個文件，第一個文件存儲了光譜曲線的具體走勢，第二個文件則保存了光譜曲線圖的文字說明（包括上面所說的圖名，還有一些其他的光譜曲線信息）。保存數(shù)據(jù)時需要注意，前面提到軟件界面中可以顯示四種不同的曲線類型；我們在不同類型下保存光譜曲線，會得到不同的文件類型。對于第一個文件，其具體拓展名與曲線類型的對照關系如下：

??對于第二個文件，其具體拓展名與曲線類型的對照關系如下：

??如果在同一研究區(qū)域有多個需要測定的點位，我們可以多次測量，并多次保存。同時，考慮到陽光的變化，即使我們在同一研究區(qū)域進行測定，最好也定期進行一下白板定標與黑暗定標操作。

??對某一研究區(qū)域完成測定后，點擊“Stop”按鈕，儀器將自動停止探測，從而完成測定。

6 數(shù)據(jù)查看與導出??如果此時我們想瀏覽剛剛保存的光譜曲線，可以通過“File”→“Display Saved Graph”選項來實現(xiàn)。

??選擇上述選項后，將彈出文件選擇窗口，我們選擇需要查看的光譜曲線即可。

??這里有兩點需要注意。首先，文件選擇時，軟件將自動搜索與當前軟件界面所顯示光譜曲線類型相同的文件類型。如上圖，軟件此時的光譜曲線類型為R形狀按鈕“Reflectance Mode”，那么默認從資源管理器中搜索后綴名為.TRM的文件；再看下圖，軟件此時的光譜曲線類型為S形狀按鈕“Scope Mode”，那么就默認從資源管理器中搜索后綴名為.ROH的文件，如果這個文件夾下沒有后綴名為.ROH的文件，那么就會提示文件夾為空。

??對于這種情況，我們可以在“對象類型”中手動指定需要搜索的文件類型。

??第二點需要注意的是，前面我們也提到了，軟件在保存光譜曲線時，我們輸入的名稱并不是光譜曲線保存后的文件名。如上圖所示，每一個光譜曲線文件的命名都是我們在一開始所建立的實驗的名字（例如上圖中的NEW和NEW2都是我建立的實驗的名字）加上四位數(shù)的自動編號。而當我們打開每一個具體的光譜曲線文件后，在軟件中會顯示其曲線走勢與圖名，這個圖名才是當初我們保存光譜曲線時輸入的名稱（例如下圖中的grass1）。

??如上圖所示，粉色框中就是我們將剛剛保存好的光譜曲線導入到軟件中的樣子。此外，我們還可以一次導入多個光譜曲線，但最多只能同時顯示12條光譜曲線。

??此外，如果我們想將光譜曲線保存為其他形式，可以通過“File”→“Convert Graph”來實現(xiàn)。通過這一方法，可以將光譜曲線導出為文本、表格等多種類型。

??至此，完成了對地物高光譜曲線的測量、保存與導出。

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