[轉載]ASD光譜儀測量地物光譜的數據處理方法及遇到的問題

一、利用ASD光譜儀(yi) 測量地物光譜的數據處理方法

1．安裝ASD光譜儀(yi) 配套的光譜數據處理軟件ViewSpecPro；

2．將ASD光譜儀(yi) 配套筆記本電腦上麵的光譜數據文件拷貝到本地硬盤；

3．打開ViewSpecPro軟件，單擊setup->input directory，光譜數據的目錄。

 設置好輸入目錄後，會(hui) 彈出對話框，問是否將輸出目錄設置和輸入目錄一直，這裏一般選擇是。

4. 打開輸入目錄下的全部光譜數據，根據現場記錄選擇若幹條曲線，單擊view->graph，便可以顯示選中的光譜數據的曲線。

5. 根據曲線圖，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，然後點擊OK，程序便會(hui) 輸出平均值光譜，並在程序界麵中顯示。

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製文件輸入為(wei) 文本文件，從(cong) 而可以利用EXCEL或者其他程序進行後續計算。

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(nei) 定標得到的。

 更為(wei) 詳細的步驟如下：

1.準備工作

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

b. 安裝適當的鏡頭或其他附件（如GPS、餘(yu) 弦接受器等），並準備好白板；

c. 依次打開光譜儀(yi) 電源及計算機電源，並啟動相應RS3軟件；

-RS3 用於(yu) 優(you) 化FieldSpec儀(yi) 器以及采集下列數據: Raw DN、反射率、輻射亮度/輻射照度

-所有采集的數據均為(wei) ASD文件格式，並可以使用ViewSpec Pro軟件打開並進行後處理

d. 在RS3軟件上選擇相應的鏡頭並調整光譜平均、暗電流平均和白板采集平均次數（Control/adjust

configuration）

-光譜平均次數Spectrum average

-暗電流平均次數Dark current average

-白板平均次數White reference average

e. 在軟件中選擇或填寫(xie) 需要存儲(chu) 數據的路徑、名稱和其他內(nei) 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(you) 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(ge) 小時內(nei) 每隔一定時間做一次優(you) 化並且

 注意每隔3~5分鍾采集一次暗電流，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。

 間隔一定時間即采集白板參比.環境變化越頻繁,則采集白板次數越高

c. 鏡頭移向被測目標，按空格鍵存儲(chu) 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麵，點擊OPT優(you) 化儀(yi) 器參數；

b. 點擊RAD直接進入輻射亮度測量狀態；

c. 按空格鍵存儲(chu) 目標光譜（或者自動存儲(chu) ）

 綜上，在rs3軟件下，對於(yu) 反射比和輻射度測量，隻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(you) 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(chu) 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(you) 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(chu) 測量得到的輻射度光譜。

 二、測量操作中可能出現的問題及解決(jue)

 問題1，測量輻射亮度或者輻射照度時在光譜連接處出現台階跳躍

ASD公司的所有儀(yi) 器光度標定都是在實驗室內(nei) ，儀(yi) 器經過80-90分鍾預熱後作出的。

ASD公司經過大量實驗發現，儀(yi) 器所使用的三個(ge) 傳(chuan) 感器在不同的環境功能溫度以及預熱時間下具有變化的響應度。但是在SWIR1(1000-1800nm)波段傳(chuan) 感器的響應度不受影響。並且，如果儀(yi) 器經過足夠長時間的預熱，則這個(ge) 問題不會(hui) 出現。但是野外測量時幾乎不可能使用如此長的預熱時間。

 於(yu) 是，ASD公司開發出了利用SWIR1的穩定特性，對問題數據進行修正的方法，即拋物線修正（ParabolicCorrection）。

 解決(jue) 方法：

A. 儀(yi) 器經過足夠長時間的預熱；這是zui可靠的方法。

B. 或者在測量輻射度時點擊RS3軟件界麵上的PC圖標。

C. 回到實驗室後，使用ViewSpec軟件中的拋物線修正功能對數據進行修正。

 問題2，測量反射率時在光譜連接處出現於(yu) 上述類似的問題

 出現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。

 由於(yu) 光纖輸入端口是由57條光纖構成的，在某些部位可能會(hui) 出現上述問題，特別是測量距離比較小的時候。

 這個(ge) 問題不會(hui) 影響所采集到的數據質量。

 解決(jue) 方法：

A. 稍微旋轉光纖，能夠看到連接點的跳躍消失；或者

B. 回到實驗室後，使用ViewSpec軟件中的Splice Correction修正功能對數據進行修正。

 問題3：不能通過OPT快捷鍵對儀(yi) 器進行優(you) 化

 通常這是由於(yu) 電池供電不足造成的。

 儀(yi) 器優(you) 化過程中需要啟動電子快門。這是一個(ge) 耗電相對較大的動作。如果電池不足，比如，儀(yi) 器界麵的電量顯示已經到達黃線。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(you) 化。

 隻需要更換電池即可解決(jue) 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

 電子快門的設置有利於(yu) 及時減除暗電流提高數據的信噪比。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(hui) 發現可以采集光譜數據但是卻不能進行優(you) 化或者采集暗電流。

 另外一個(ge) 原因就是電子快門硬件損壞。

 解決(jue) 方法：

A. 更換電池或者改用市電供電。若仍然不能解決(jue) ，則

B. 與(yu) 供貨商維修。

 三、使用中出現的問題和解決(jue) 方法

 可能出現的問題包括：

 輻射度測量時

 沒有選擇經過定標的鏡頭；

 優(you) 化時，白板或者目標沒有*覆蓋鏡頭的視場；

 照明條件極大改變後沒有重新優(you) 化；

 預熱時間短，沒有比較頻繁地采集暗電流。

 反射率測量時

 優(you) 化和采集白板參比時，白板沒有*覆蓋鏡頭的視場；

 照明條件極大改變後沒有重新優(you) 化；

 經過較長時間後沒有重新采集白板參比。

1. 預熱時間

 對於(yu) 光譜反射率測量，儀(yi) 器預熱10分鍾就足夠了。需要注意的是，如果是輻射度測量，那麽(me) 預熱的時間應盡可能長一些，推薦的預熱60分鍾左右。

2. 附件的選取與(yu) 安裝

 根據不同的測量目的選取必要的附件。下麵幾個(ge) 問題需要特別引起注意：

A. 選擇附件後，需要在RS3軟件的相應為(wei) 位置指明所選取的附件，以便於(yu) RS3軟件自動調用存儲(chu) 的定標數據並將附件信息記錄在光譜數據中；

B. 附件的安裝不需要十分用力，僅(jin) 僅(jin) 需要確認已經安裝牢固即可；

3. 鏡頭視場大小的計算 (PS:具體(ti) 示意圖見原文鏈接)

 所有技術指標中給出的視場角都是全角。

a.垂直測量

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

 遠場測量（距離大於(yu) 1米）: Y = 2 * X * Tan(A/2)

b.傾(qing) 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

 其他經驗設置及注意事項（供參考）：

1，測量時間

 如果所采集的光譜數據將要用於(yu) 搞光譜圖像的數據定標或者解疑，那麽(me) 光譜數據的采集時間就非常重要了。在此條件下，應當使用與(yu) 得到遙感圖像時的照明條件近似的照明采集反射光譜數據。建議在衛星過境或者機載傳(chuan) 感器采集數據的同時采集反射光譜數據。

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(hui) 得到相對較好的照明條件。

當然，根據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

根據采集光譜的目的選擇適當的觀測幾何位置。

圖像解譯: 選擇與(yu) 衛星或者機載傳(chuan) 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幹擾。

對於(yu) 植被光譜采集來講，可以在葉片、樹幹或者冠層這樣的空間尺度采集光譜數據。冠層尺度下采集到的光譜數據更適用於(yu) 圖像解譯。粗略地可以用葉片或者樹幹尺度的光譜數據直接解譯圖像。當然，使用葉片和樹幹尺度下采集的光譜數據對於(yu) 理解葉片和樹幹如何影響冠層尺度的光譜是非常有用的。

3，光譜平均次數的選擇

野外測量時，使用10-30次光譜平均就足夠了。因為(wei) 白板參比並不是總要采集，白板參比的平均次數可以增加到兩(liang) 倍的光譜平均次數。注意，信噪比是與(yu) 光譜平均次數的平方根成正比。

注意：實際使用的光譜平均次數還取決(jue) 於(yu) 測量要求。如果在室內(nei) 測量，建議使用更大的光譜平均次數，這樣得到的數據信噪比更好。

如果在野外很大的區域測量，則照明情況良好時，可以使用較少的光譜平均次數。

4，優(you) 化次數和時間間隔

 如果測量數據沒有出現飽和現象，則不強製要求重新優(you) 化。

 通常來講，每間隔10-15分鍾重新優(you) 化一次對於(yu) 避免照明條件的改變造成的幹擾是有好處的。

5，暗電流的處理

 並不強製要求頻繁地采集按電流。但是在儀(yi) 器啟動的初期（10-15分鍾內(nei) ），間斷性地采集按電流對於(yu) 提高數據質量是有好處的。

6，白板參比采集時間間隔

 室內(nei) 測量：如果照明條件是基本恒定的，在儀(yi) 器預熱階段每隔10-15分鍾采集一次白板參比，之後每隔30分鍾采集一次白板參比就可以了。

 野外測量：應當盡可能頻繁地采集白板參比，因為(wei) :

太陽照明條件在不斷變化,建議使分鍾采集一次;

大氣狀況在不斷變化，例如雲(yun) 、濕度或者水氣等等；

溫度在不斷變化。

重要的是，采集參比和測量數據時的環境條件盡可能相同。

7，測量點的尺寸大於(yu) 白板尺寸如何處理

的辦法是購買(mai) 一塊大尺寸的白板。或者將探頭靠近白板。

室內(nei) 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，然後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(jue) 於(yu) 如何分析數據。反射比和反射率之間的差別，在400-2000nm波段非常小；而在350-400nm和2000-2500nm波段才能夠看出明顯的偏差。

9，數據後處理

ViewSpec軟件是眾(zhong) 多數據後處理軟件之一。

ENVI是圖像處理軟件，也可以直接倒入ASD的光譜數據進行處理。

10，什麽(me) 造成了光譜數據上帶有規律性的正弦振蕩？

照明光源可能采用的是交流電。

11，反射率光譜數據帶有台階

光纖束導光的、使用前端鏡頭的儀(yi) 器在近距離測量時可能產(chan) 生這個(ge) 現象。

稍微移動或者轉動光纖或者測量角度，就可以避免這個(ge) 幹擾。

12，如何清潔白板

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

被浮土輕度汙染的白板：用壓縮氮氣或者空氣吹幹淨，或者用毛刷清理。

注意，不要使用氟利昂。

重度汙染的白板：在流水下或者離子化蒸餾水內(nei) 用220-240目的水砂紙輕輕打磨汙染的表麵，直到表麵不沾水為(wei) 止。陰幹至少24小時。

注意，不要使用有或者肥皂。

13，室內(nei) 照明光源

如果認為(wei) 一個(ge) ASD提供的Pro Lamp照明光源不是足夠的，建議使用兩(liang) 個(ge) 或者三個(ge) 同樣的光源。還可以使用灰板作為(wei) 參考板。

白板和灰板之間的差別，可以使用ViewSpec軟件做對比。

照明範圍可以通過旋轉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(shang) ，也避免手上的油汙汙染燈泡上表麵。

14，光纖與(yu) 手柄連接鬆緊度

光纖出口端頭位置的上下兩(liang) 端有兩(liang) 顆螺釘。下麵的一顆螺釘頭上有彈簧滾珠。調整此螺釘即可調整光纖固定鬆緊度。

此文來自科學網李京忠博客，轉載請注明出處