一、利用ASD光譜儀測量地物光譜的數(shù)據(jù)處理方法

1．安裝ASD光譜儀配套的光譜數(shù)據(jù)處理軟件ViewSpecPro；

2．將ASD光譜儀配套筆記本電腦上面的光譜數(shù)據(jù)文件拷貝到本地硬盤；

3．打開ViewSpecPro軟件，單擊setup->input directory，光譜數(shù)據(jù)的目錄。

 設(shè)置好輸入目錄后，會彈出對話框，問是否將輸出目錄設(shè)置和輸入目錄一直，這里一般選擇是。

4. 打開輸入目錄下的全部光譜數(shù)據(jù)，根據(jù)現(xiàn)場記錄選擇若干條曲線，單擊view->graph，便可以顯示選中的光譜數(shù)據(jù)的曲線。

5. 根據(jù)曲線圖，刪除有問題的曲線，將其他曲線取平均值。即選中取要用來取平均值的曲線，單擊

process->statistics，然后點擊OK，程序便會輸出平均值光譜，并在程序界面中顯示。

6. 選中求好平均值的光譜，單擊process->Acsii export, 便可以將原來的二進制文件輸入為文本文件，從而可以利用EXCEL或者其他程序進行后續(xù)計算。

7. 地物反射率＝（地物DN值/白板DN值）×白板反射率。白板反射率是事先通過實驗室內(nèi)定標得到的。

 更為詳細的步驟如下：

1.準備工作

a. 光譜儀、計算機充電：光譜儀電量不足時紅燈閃亮，充滿電后綠燈亮；如果黃燈閃亮則說明過熱，需要等待一段時間；

b. 安裝適當(dāng)?shù)溺R頭或其他附件（如GPS、余弦接受器等），并準備好白板；

c. 依次打開光譜儀電源及計算機電源，并啟動相應(yīng)RS3軟件；

-RS3 用于優(yōu)化FieldSpec儀器以及采集下列數(shù)據(jù): Raw DN、反射率、輻射亮度/輻射照度

-所有采集的數(shù)據(jù)均為ASD文件格式，并可以使用ViewSpec Pro軟件打開并進行后處理

d. 在RS3軟件上選擇相應(yīng)的鏡頭并調(diào)整光譜平均、暗電流平均和白板采集平均次數(shù)（Control/adjust

configuration）

-光譜平均次數(shù)Spectrum average

-暗電流平均次數(shù)Dark current average

-白板平均次數(shù)White reference average

e. 在軟件中選擇或填寫需要存儲數(shù)據(jù)的路徑、名稱和其他內(nèi)容（Control/spectrum save）

2 光譜測量過程

1）反射率測量過程

a. 鏡頭對準白板，點擊OPT進行優(yōu)化

 （注意：白板必須充滿鏡頭視場。工作過程中特別是開始工作的前半個小時內(nèi)每隔一定時間做一次優(yōu)化并且

 注意每隔3~5分鐘采集一次暗電流，測量暗電流按 DC）。

b. 鏡頭仍然對準白板，點擊WR采集參比光譜。此時，軟件自動進入反射率測量狀態(tài)。

 間隔一定時間即采集白板參比.環(huán)境變化越頻繁,則采集白板次數(shù)越高

c. 鏡頭移向被測目標，按空格鍵存儲采集到的目標反射光譜。

2）輻射照度(Irradiance)測量過程

a. 鏡頭對準天空或者地面，點擊OPT優(yōu)化儀器參數(shù)；

b. 點擊RAD直接進入輻射亮度測量狀態(tài)；

c. 按空格鍵存儲目標光譜（或者自動存儲）

 綜上，在rs3軟件下，對于反射比和輻射度測量，只需要簡單的進行以下步驟即可

 反射率測量：

 在照明條件下，鏡頭對準白板；優(yōu)化（OPT）；參比采集命令（WR）。將鏡頭移到測量目標上，這時，按空格鍵即存儲測量得到的反射率光譜。

 輻射度測量：

 在照明條件下，鏡頭對準白板（或者被測目標）；優(yōu)化（OPT）；輻射度測量命令（RAD）。將鏡頭移到測量目標上，這時，按空格鍵即存儲測量得到的輻射度光譜。

 二、測量操作中可能出現(xiàn)的問題及解決

 問題1，測量輻射亮度或者輻射照度時在光譜連接處出現(xiàn)臺階跳躍

ASD公司的所有儀器光度標定都是在實驗室內(nèi)，儀器經(jīng)過80-90分鐘預(yù)熱后作出的。

ASD公司經(jīng)過大量實驗發(fā)現(xiàn)，儀器所使用的三個傳感器在不同的環(huán)境功能溫度以及預(yù)熱時間下具有變化的響應(yīng)度。但是在SWIR1(1000-1800nm)波段傳感器的響應(yīng)度不受影響。并且，如果儀器經(jīng)過足夠長時間的預(yù)熱，則這個問題不會出現(xiàn)。但是野外測量時幾乎不可能使用如此長的預(yù)熱時間。

 于是，ASD公司開發(fā)出了利用SWIR1的穩(wěn)定特性，對問題數(shù)據(jù)進行修正的方法，即拋物線修正（ParabolicCorrection）。

 解決方法：

A. 儀器經(jīng)過足夠長時間的預(yù)熱；這是zui可靠的方法。

B. 或者在測量輻射度時點擊RS3軟件界面上的PC圖標。

C. 回到實驗室后，使用ViewSpec軟件中的拋物線修正功能對數(shù)據(jù)進行修正。

 問題2，測量反射率時在光譜連接處出現(xiàn)于上述類似的問題

 出現(xiàn)這樣的光譜連接點跳躍的原因是不同的光纖采集到不同位置的樣品光譜。

 由于光纖輸入端口是由57條光纖構(gòu)成的，在某些部位可能會出現(xiàn)上述問題，特別是測量距離比較小的時候。

 這個問題不會影響所采集到的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

 解決方法：

A. 稍微旋轉(zhuǎn)光纖，能夠看到連接點的跳躍消失；或者

B. 回到實驗室后，使用ViewSpec軟件中的Splice Correction修正功能對數(shù)據(jù)進行修正。

 問題3：不能通過OPT快捷鍵對儀器進行優(yōu)化

 通常這是由于電池供電不足造成的。

 儀器優(yōu)化過程中需要啟動電子快門。這是一個耗電相對較大的動作。如果電池不足，比如，儀器界面的電量顯示已經(jīng)到達黃線。盡管仍然可以采集光譜，但是電子快門不動作。因此，無法完成優(yōu)化。

 只需要更換電池即可解決此問題。

 問題4：近紫外到近紅外（350-1000nm）波段沒有信號或者信號很弱

 電子快門的設(shè)置有利于及時減除暗電流提高數(shù)據(jù)的信噪比。但是，此部件在動作的時候耗電量相對較大。因此，即使在電池仍然有電（但是供電不足）的情況下會發(fā)現(xiàn)可以采集光譜數(shù)據(jù)但是卻不能進行優(yōu)化或者采集暗電流。

 另外一個原因就是電子快門硬件損壞。

 解決方法：

A. 更換電池或者改用市電供電。若仍然不能解決，則

B. 與供貨商維修。

 三、使用中出現(xiàn)的問題和解決方法

 可能出現(xiàn)的問題包括：

 輻射度測量時

 沒有選擇經(jīng)過定標的鏡頭；

 優(yōu)化時，白板或者目標沒有*覆蓋鏡頭的視場；

 照明條件極大改變后沒有重新優(yōu)化；

 預(yù)熱時間短，沒有比較頻繁地采集暗電流。

 反射率測量時

 優(yōu)化和采集白板參比時，白板沒有*覆蓋鏡頭的視場；

 照明條件極大改變后沒有重新優(yōu)化；

 經(jīng)過較長時間后沒有重新采集白板參比。

1. 預(yù)熱時間

 對于光譜反射率測量，儀器預(yù)熱10分鐘就足夠了。需要注意的是，如果是輻射度測量，那么預(yù)熱的時間應(yīng)盡可能長一些，推薦的預(yù)熱60分鐘左右。

2. 附件的選取與安裝

 根據(jù)不同的測量目的選取必要的附件。下面幾個問題需要特別引起注意：

A. 選擇附件后，需要在RS3軟件的相應(yīng)為位置指明所選取的附件，以便于RS3軟件自動調(diào)用存儲的定標數(shù)據(jù)并將附件信息記錄在光譜數(shù)據(jù)中；

B. 附件的安裝不需要十分用力，僅僅需要確認已經(jīng)安裝牢固即可；

3. 鏡頭視場大小的計算 (PS:具體示意圖見原文鏈接)

 所有技術(shù)指標中給出的視場角都是全角。

a.垂直測量

 近場測量（距離短于1米）: Y = D + 2 * X * Tan(A/2)

 遠場測量（距離大于1米）: Y = 2 * X * Tan(A/2)

b.傾斜測量

arctan(y/x) = a = (全視場角)/2

y/x = tan a ， y = x tan a

z + w = h tan (b + a)， w = [h tan (b + a)] – z， w = h tan b

 得到：

z = h [tan(b)+ tan(b + a)]

w = (x2 + h2 - 2xh cosb)1/2

 其他經(jīng)驗設(shè)置及注意事項（供參考）：

1，測量時間

 如果所采集的光譜數(shù)據(jù)將要用于搞光譜圖像的數(shù)據(jù)定標或者解疑，那么光譜數(shù)據(jù)的采集時間就非常重要了。在此條件下，應(yīng)當(dāng)使用與得到遙感圖像時的照明條件近似的照明采集反射光譜數(shù)據(jù)。建議在衛(wèi)星過境或者機載傳感器采集數(shù)據(jù)的同時采集反射光譜數(shù)據(jù)。

如果采集時間差別很大，則建議使用大氣輻射訂正。

通常情況下，在10:00 – 14:00之間總是會得到相對較好的照明條件。

當(dāng)然，根據(jù)研究或者工程目標選擇光譜采集時間也是考慮的重點之一。

2，相對幾何位置

根據(jù)采集光譜的目的選擇適當(dāng)?shù)挠^測幾何位置。

圖像解譯: 選擇與衛(wèi)星或者機載傳感器采集圖像時相似的幾何觀測條件。

可行性研究：通過固定觀測角度和照明條件去取可能的干擾。

對于植被光譜采集來講，可以在葉片、樹干或者冠層這樣的空間尺度采集光譜數(shù)據(jù)。冠層尺度下采集到的光譜數(shù)據(jù)更適用于圖像解譯。粗略地可以用葉片或者樹干尺度的光譜數(shù)據(jù)直接解譯圖像。當(dāng)然，使用葉片和樹干尺度下采集的光譜數(shù)據(jù)對于理解葉片和樹干如何影響冠層尺度的光譜是非常有用的。

3，光譜平均次數(shù)的選擇

野外測量時，使用10-30次光譜平均就足夠了。因為白板參比并不是總要采集，白板參比的平均次數(shù)可以增加到兩倍的光譜平均次數(shù)。注意，信噪比是與光譜平均次數(shù)的平方根成正比。

注意：實際使用的光譜平均次數(shù)還取決于測量要求。如果在室內(nèi)測量，建議使用更大的光譜平均次數(shù)，這樣得到的數(shù)據(jù)信噪比更好。

如果在野外很大的區(qū)域測量，則照明情況良好時，可以使用較少的光譜平均次數(shù)。

4，優(yōu)化次數(shù)和時間間隔

 如果測量數(shù)據(jù)沒有出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，則不強制要求重新優(yōu)化。

 通常來講，每間隔10-15分鐘重新優(yōu)化一次對于避免照明條件的改變造成的干擾是有好處的。

5，暗電流的處理

 并不強制要求頻繁地采集按電流。但是在儀器啟動的初期（10-15分鐘內(nèi)），間斷性地采集按電流對于提高數(shù)據(jù)質(zhì)量是有好處的。

6，白板參比采集時間間隔

 室內(nèi)測量：如果照明條件是基本恒定的，在儀器預(yù)熱階段每隔10-15分鐘采集一次白板參比，之后每隔30分鐘采集一次白板參比就可以了。

 野外測量：應(yīng)當(dāng)盡可能頻繁地采集白板參比，因為:

太陽照明條件在不斷變化,建議使分鐘采集一次;

大氣狀況在不斷變化，例如云、濕度或者水氣等等；

溫度在不斷變化。

重要的是，采集參比和測量數(shù)據(jù)時的環(huán)境條件盡可能相同。

7，測量點的尺寸大于白板尺寸如何處理

的辦法是購買一塊大尺寸的白板?；蛘邔⑻筋^靠近白板。

室內(nèi)測量條件下，需要保證測量角度和距離保持不變。

野外采用太陽照明測量條件下，靠近白板測量參比，然后以較大的距離測量目標沒有任何問題。

8，何時采用反射比測量

取決于如何分析數(shù)據(jù)。反射比和反射率之間的差別，在400-2000nm波段非常??；而在350-400nm和2000-2500nm波段才能夠看出明顯的偏差。

9，數(shù)據(jù)后處理

ViewSpec軟件是眾多數(shù)據(jù)后處理軟件之一。

ENVI是圖像處理軟件，也可以直接倒入ASD的光譜數(shù)據(jù)進行處理。

10，什么造成了光譜數(shù)據(jù)上帶有規(guī)律性的正弦振蕩？

照明光源可能采用的是交流電。

11，反射率光譜數(shù)據(jù)帶有臺階

光纖束導(dǎo)光的、使用前端鏡頭的儀器在近距離測量時可能產(chǎn)生這個現(xiàn)象。

稍微移動或者轉(zhuǎn)動光纖或者測量角度，就可以避免這個干擾。

12，如何清潔白板

使用白板是一定要戴手套，以免油污。的清潔方法請參考隨白板一起提供的指導(dǎo)書。

被浮土輕度污染的白板：用壓縮氮氣或者空氣吹干凈，或者用毛刷清理。

注意，不要使用氟利昂。

重度污染的白板：在流水下或者離子化蒸餾水內(nèi)用220-240目的水砂紙輕輕打磨污染的表面，直到表面不沾水為止。陰干至少24小時。

注意，不要使用有或者肥皂。

13，室內(nèi)照明光源

如果認為一個ASD提供的Pro Lamp照明光源不是足夠的，建議使用兩個或者三個同樣的光源。還可以使用灰板作為參考板。

白板和灰板之間的差別，可以使用ViewSpec軟件做對比。

照明范圍可以通過旋轉(zhuǎn)光源上的聚焦旋鈕得到。

更換燈泡時一定要戴手套，以免燙傷，也避免手上的油污污染燈泡上表面。

14，光纖與手柄連接松緊度

光纖出口端頭位置的上下兩端有兩顆螺釘。下面的一顆螺釘頭上有彈簧滾珠。調(diào)整此螺釘即可調(diào)整光纖固定松緊度。

此文來自科學(xué)網(wǎng)李京忠博客，轉(zhuǎn)載請注明出處