本文介紹基於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開發公司Avantes製造的系列高效能光譜儀，廣泛應用於各類光譜測定場景。本文就以AvaSpec系列產品中的AvaSpec-ULS2048x64這一款行動式地物高光譜儀為例，介紹基於這一類行動式地物光譜儀進行地物高光譜曲線的測定方法。
1 軟體安裝
首先，AvaSpec系列產品多數都需要與電腦連線使用，因此需要提前在電腦中安裝AvaSoft軟體。AvaSoft軟體依據適配的儀器種類不同，主要分為USB1版本與USB2版本兩種；大家可以依據下圖，結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體。
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軟體。
接下來，就介紹一下AvaSoft軟體的下載方法。軟體可以從Avantes公司官網直接下載；對於含有光碟驅動的電腦，也可以將AvaSpec系列產品自帶的光碟放入電腦中進行軟體下載與安裝。這裡就介紹一下第二種下載方法。
首先，將光碟放入電腦並將其開啟。
選擇“Software”。
接下來，選擇需要安裝的AvaSoft軟體版本。本文就選擇USB2版本的軟體。
接下來，即可彈出AvaSoft軟體安裝介面。這裡我們就依據軟體安裝介面的提示，逐步進行安裝即可，這裡就不再贅述。
AvaSoft軟體安裝完畢後，我們找到其快捷方式，雙擊開啟軟體。
即可出現如下圖所示的介面。
此時，我們需要將AvaSpec-ULS2048x64裝置透過其自帶的資料線與電腦連線。在儀器中，將資料線插入寫有“USB”字樣的介面即可，資料線另一端與電腦連線。
隨後，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線，軟體暫時還沒有收到儀器的連線訊號，則可能會出現如下所示的提示。
我們重新試一下，一般就可以連線上了。隨後，軟體出現如下圖所示的介面。
2 檔案準備
接下來，我們新建一個實驗專案；這裡的“實驗”其實是一個.kon格式的檔案，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。在左上角選單欄中，選擇“Start New Experiment”選項。
隨後，在彈出的視窗中，配置實驗檔案存放的路徑與實驗檔案的名稱。
隨後，即可點選軟體左上角的“Start”按鈕，儀器將自動開始測定光譜資料；如下圖所示，軟體介面中將顯示儀器所探測到的地物的光譜曲線。這裡大家需要確保儀器已經和光譜測定的光纖探頭相連線，否則會沒有資料的。
3 白板定標
隨後，需要進行白板定標。水平放置白板，並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。隨後，觀察軟體中的光譜曲線，待曲線穩定後，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於陽光下，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現如下圖所示的情況，即各個波段對應的光譜數值普遍接近或達到了軟體所能顯示的最大值，且軟體最下方狀態列中出現紅色的“Saturated”提示，說明此時外界的光線較強，已經達到甚至超出了軟體在當前引數情況下所能探測的光線最大值；這種情況肯定是無法進行後期進一步光譜的測定的。
針對這一情況，我們需要點選軟體選單欄中的“Autoconfigure Integrationtime”選項；如下圖所示。這一選項將自動依據外界的光線強度，調整儀器中與接收光線有關的兩個引數“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；後者則表示軟體介面中每顯示的一個光譜曲線，是需要測定多少次後並求取平均值得到的曲線。
可以看到，透過“Autoconfigure Integrationtime”選項，“Integration time”與“Average”的數值已經發生改變；即其可以使得軟體自動調整這兩個引數，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引數。
還有一點需要注意的是，“Integration time”這一引數的最小值為2.40 ms；如果開啟“Autoconfigure Integrationtime”選項後，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，可以透過下圖右側方框中的“Autoscale Y-Axis”選項，將曲線圖的Y軸數值移動到曲線附近，方便我們檢視曲線。
當白板的曲線較為穩定後，點選上圖左側方框中的“Save Reference”選項，儲存白板的光譜曲線，從而完成白板定標。
4 黑暗定標
隨後，進行黑暗定標。將光纖探頭用來探測的那一端蓋上保護帽，從而使得其處於黑暗狀態。待光譜曲線穩定後，即為黑暗定標時的狀態。這一狀態在理論上，光譜曲線將全部處於Y軸值為0的橫線處；而實際測量時並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，點選“Save Dark”選項，從而儲存黑暗情況下的光譜數值。
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，稍等片刻待曲線穩定後即可完成測定。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，我們可以修改軟體介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（可以理解為DN值），A形狀按鈕“Absorbance Mode”表示Y軸為經過計算後獲得的吸光度，R形狀按鈕“Reflectance Mode”表示Y軸為經過計算後獲得的反射率，I形狀按鈕“Irradiance Mode”則表示Y軸為經過計算後獲得的輻照度。
如果大家的軟體介面中沒有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，但按照軟體幫助手冊中的介紹，這裡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），則可以透過“Setup”→“Options”→“View Reflectance instead of Transmittance”選項，調出R形狀按鈕“Reflectance Mode”。
得到地物合適、穩定的光譜曲線後，點選“Save Experiment”選項，即可儲存當前地物的光譜曲線。
需要對這一光譜曲線進行命名。這裡的命名儘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。這裡需要注意，我們在這裡的命名並不是這個光譜曲線檔案的檔名，而是這個光譜曲線檔案在軟體中開啟後，軟體所顯示的圖名；具體我們稍後再細講。
每次儲存會生成兩個檔案，第一個檔案儲存了光譜曲線的具體走勢，第二個檔案則儲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資訊）。儲存資料時需要注意，前面提到軟體介面中可以顯示四種不同的曲線型別；我們在不同型別下儲存光譜曲線，會得到不同的檔案型別。對於第一個檔案，其具體擴充名與曲線型別的對照關係如下：
對於第二個檔案，其具體擴充名與曲線型別的對照關係如下：
如果在同一研究區域有多個需要測定的點位，我們可以多次測量，並多次儲存。同時，考慮到陽光的變化，即使我們在同一研究區域進行測定，最好也定期進行一下白板定標與黑暗定標操作。
對某一研究區域完成測定後，點選“Stop”按鈕，儀器將自動停止探測，從而完成測定。
6 資料檢視與匯出
如果此時我們想瀏覽剛剛儲存的光譜曲線，可以透過“File”→“Display Saved Graph”選項來實現。
選擇上述選項後，將彈出檔案選擇視窗，我們選擇需要檢視的光譜曲線即可。
這裡有兩點需要注意。首先，檔案選擇時，軟體將自動搜尋與當前軟體介面所顯示光譜曲線型別相同的檔案型別。如上圖，軟體此時的光譜曲線型別為R形狀按鈕“Reflectance Mode”，那麼預設從資源管理器中搜尋字尾名為.TRM的檔案；再看下圖，軟體此時的光譜曲線型別為S形狀按鈕“Scope Mode”，那麼就預設從資源管理器中搜尋字尾名為.ROH的檔案，如果這個資料夾下沒有字尾名為.ROH的檔案，那麼就會提示資料夾為空。
對於這種情況，我們可以在“物件型別”中手動指定需要搜尋的檔案型別。
第二點需要注意的是，前面我們也提到了，軟體在儲存光譜曲線時，我們輸入的名稱並不是光譜曲線儲存後的檔名。如上圖所示，每一個光譜曲線檔案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）加上四位數的自動編號。而當我們開啟每一個具體的光譜曲線檔案後，在軟體中會顯示其曲線走勢與圖名，這個圖名才是當初我們儲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儲存好的光譜曲線匯入到軟體中的樣子。此外，我們還可以一次匯入多個光譜曲線，但最多隻能同時顯示12條光譜曲線。
此外，如果我們想將光譜曲線儲存為其他形式，可以透過“File”→“Convert Graph”來實現。透過這一方法，可以將光譜曲線匯出為文字、表格等多種型別。
至此，完成了對地物高光譜曲線的測量、儲存與匯出。