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本文介绍了基于AvaSpec-ULS2048x64光纤光谱仪测量植被、土壤等地物高光谱曲线的方法。

AvaSpec是荷兰知名光纤光谱仪器和系统开发公司Avantes生产的一系列高性能光谱仪，广泛应用于各种光谱测量场景。 本文以AvaSpec系列产品中的一款便携式地表物体高光谱仪AvaSpec-ULS2048x64为例，介绍基于该款便携式地表物体光谱仪测量地表物体高光谱曲线的方法。

1 软件安装

首先，大部分AvaSpec系列产品都需要连接电脑，所以需要提前在电脑上安装AvaSoft软件。 AvaSoft软件根据仪器类型不同主要分为USB1版和USB2版。 您可以根据下图和您手中光谱仪的实际型号来确定需要下载哪个版本的软件。

由于本文使用AvaSpec-ULS2048x64仪器作为介绍，需要下载USB2版本的AvaSoft软件。

下面介绍一下AvaSoft软件的下载方法。 软件可在Avantes官网直接下载； 对于有光驱的电脑，也可以将AvaSpec系列产品自带的光盘放入电脑中下载安装软件。 下面是第二种下载方法。

首先，将 CD 放入您的计算机并打开它。

选择“软件”。

接下来选择需要安装的AvaSoft软件版本。 本文选用USB2版本的软件。

接下来会弹出AvaSoft软件安装界面。 这里我们只是按照软件安装界面的提示一步步安装即可，这里不再赘述。

AvaSoft软件安装完成后，我们找到它的快捷方式，双击打开软件。

会出现下图所示的界面。

此时，我们需要将AvaSpec-ULS2048x64设备通过自带的数据线连接到电脑上。 在仪器中，只需将数据线插入带有“USB”字样的接口，数据线的另一端连接电脑即可。

然后，选择上图中的“Retry to establish communication through USB”选项。 此时，如果仪器刚刚与电脑连接，软件暂时没有接收到仪器的连接信号，可能会出现如下图的提示。

我们再试一次，通常可以连接。 然后，软件会显示如下图所示的界面。

2 文件准备

接下来，我们新建一个实验项目； 这里的“实验”其实是一个.kon格式的文件，对应我们接下来要进行的各种操作（校准、地波频谱测量等）。 在左上方的菜单栏中，选择“开始新实验”选项。

然后在弹出的窗口中配置实验文件的存放路径和实验文件的名称。

然后，您可以点击软件左上角的“开始”按钮，仪器将自动开始测量光谱数据； 如下图所示usb光纤光谱仪，软件界面会显示仪器探测到的地物的光谱曲线。 这里需要确保仪器已经连接上了光谱测量用的光纤探头，否则会没有数据。

3 白板校准

随后，需要进行白板校准。 将白板水平放置，将检测用的光纤探头末端垂直向下，距离白板约10cm。 然后，观察软件中的光谱曲线。 曲线稳定后，就是白板的光谱曲线。 测量时，需要保证白板和探头都在阳光下，没有阴影或其他地面物体。

需要注意的是，如果您在校准白板时发现如下图所示的情况，即各波段对应的光谱值一般都接近或达到软件可以显示的最大值，并且软件底部的状态栏中出现一个红色图标。 “Saturated”提示表示此时外界光线较强，已经达到甚至超过了当前参数下软件所能检测到的最大光线； 在这种情况下，后期肯定不可能再进行进一步的光谱测量。

对于这种情况，我们需要点击软件菜单栏中的“Autoconfigure Integrationtime”选项； 如下图所示。 该选项会根据外界的光强自动调整与仪器中接收到的光有关的“积分时间”和“平均”两个参数。 其中，前者可以在成像时改变高光谱相机的曝光时间或积分成像时间。 时间越长，接收到的光越强； 后者表示软件界面显示的每条光谱曲线需要测量多少次。 并计算平均值得到曲线。

可以看到通过“Autoconfigure Integration time”选项改变了“Integration time”和“Average”的值； 即可以让软件自动调整这两个参数，从而缓解外界强光带来的干扰。 当然，我们也可以直接在下图的框中手动修改这两个参数。

另外需要注意的是，“Integration time”参数的最小值为 2.40 ms； 如果打开“Autoconfigure Integrationtime”选项，达到最小值后还没有完全解决强光问题，就会报错。 提示如下图。

针对这种情况，如果我们想进一步将外界强光的影响降到最低，“Autoconfigure Integrationtime”选项就束手无策了，只能从其他角度入手。

当我们在测量任何物体的光谱曲线时，我们可以使用下图右侧框中的“Autoscale Y-Axis”选项，将图形的Y轴值移动到曲线附近，这样我们可以方便地查看曲线。

当白板的曲线比较稳定后，点击上图左侧方框中的“保存参考”选项，保存白板的光谱曲线，从而完成白板的校准。

4 暗校准

随后，执行暗校准。 用保护帽盖住用于检测的光纤探头的末端，使其处于黑暗中。 光谱曲线稳定后，进入暗校正状态。 在这种状态下，理论上，光谱曲线都会在Y轴值为0的水平线上； 但在实际测量中可能达不到这个要求，只要此时光谱曲线大致在Y轴值0附近即可。 能。

此外，单击“保存黑暗”选项以保存黑暗条件下的光谱值。

这样就完成了暗校准。

5 光谱学

接下来，取下检测用光纤探头末端的保护帽，我们就可以开始测量地物的光谱曲线了。 测量方法与之前的白板校准类似。 我们将探头垂直指向被测物体，稍等片刻直至曲线稳定，即完成测量。 测量时，还要保证在阳光下，没有被阴影或其他地面物体遮挡。

在测量过程中，我们可以修改软件界面显示的光谱曲线的含义。 例如下图中S形按钮“Scope Mode”表示Y轴为光谱仪原始读数（可以理解为DN值），A形按钮“Absorbance Mode”表示Y轴为计算得到的吸光度，R型按钮“Reflectance Mode”表示Y轴为计算后得到的反射率，I型按钮“Irradiance Mode”表示Y轴为计算后得到的辐照度。

如果你的软件界面没有R型按钮“Reflectance Mode”，而是一个T型按钮“Transmittance Mode”（这个按钮应该是表示透射率的，但是根据软件帮助手册中的介绍，这里的透射率是反射率的计算公式同上一个，只是名称不同），那么可以使用“设置”→“选项”→“查看反射率代替透射率”选项调出R形按钮“反射率模式”。

得到合适且稳定的地物光谱曲线后，点击“保存实验”选项保存当前地物光谱曲线。

这条光谱曲线需要命名。 这里的命名尽可能描述被测地物的实际情况； 例如，如果我们测量草地的光谱曲线，我们可以将其命名为Grass1。 这里需要注意的是，这里的命名并不是光谱曲线文件的文件名，而是在软件中打开光谱曲线文件后，软件显示的图形名称； 我们稍后会详细说明。

每次保存会生成两个文件，第一个文件保存光谱曲线的具体趋势，第二个文件保存光谱曲线的文字说明（包括上述图形名称，以及其他一些光谱曲线信息）。 保存数据时需要注意的是，软件界面可以显示四种不同的曲线类型，如前所述； 如果我们将光谱曲线保存在不同的类型下，我们将得到不同的文件类型。 对于第一个文件，其具体扩展名与曲线类型的关系如下：

对于第二个文件，其具体扩展名与曲线类型的关系如下：

如果同一研究区域内有多个点需要测量，我们可以多次测量保存。 同时，考虑到日照的变化，即使在同一研究区域进行测量，也最好定期进行白板标定和暗标定。

完成某个研究区域的测量后，点击“停止”按钮，仪器将自动停止检测，从而完成测量。

6 数据查看与导出

如果我们此时想浏览刚刚保存的光谱曲线，可以通过“文件”→“显示保存的图形”选项来实现。

选择以上选项后，会弹出一个文件选择窗口，我们可以选择要查看的光谱曲线。

这里有两点需要注意。 首先，选择文件时，软件会自动搜索与当前软件界面显示的光谱曲线类型相同的文件类型。 如上图所示，此时软件的光谱曲线类型为R形按钮“Reflectance Mode”，则默认为后缀为 . 按钮“Scope Mode”usb光纤光谱仪，那么默认情况下，后缀为.ROH的文件将从资源管理器中搜索。 如果该文件夹中没有后缀为.ROH 的文件，则提示该文件夹为空。

对于这种情况，我们可以在“对象类型”中手动指定要搜索的文件类型。

第二点需要注意的是，前面我们提到过，软件在保存光谱曲线的时候，我们输入的名称并不是保存的光谱曲线的文件名。 如上图所示，每个光谱曲线文件的名称都是一开始我们创建的实验名称（比如上图中的NEW和NEW2就是我创建的实验名称）加上一个四位数字自动编号。 而当我们打开每个具体的光谱曲线文件时，软件中都会显示曲线趋势和图形名称。 这个图形名称就是我们保存光谱曲线时输入的名称（例如下图中的grass1）。

如上图，粉色框内就是我们将保存的光谱曲线导入到软件中。 此外，我们还可以一次导入多条光谱曲线，但同时最多只能显示12条光谱曲线。

另外，如果我们想将光谱曲线保存为其他形式，可以通过“文件”→“转换图形”来实现。 通过该方法，可以将光谱曲线导出为文本、表格等类型。

至此，完成了地物高光谱曲线的测量、存储和导出。

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