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FieldSpec波谱仪使用过程中的问题与解答

北京欧普特科技有限公司2007年10月

美国ASD公司设计制造的FieldSpec系列波谱仪在中国的遥感应用已经相对普及。应用范围已经扩展到包括精准农业、林业、海洋与内陆水体、冰雪、环境污染监控、气象、地质与矿产、地面定标、教学等等领域。所使用的仪器型号包括了 FieldSpecHandHeld,FieldSpecVNIR,FieldSpecDualVNIR,FieldSpecProFR,FieldSpecProJR和FieldSpec3等等。

随着FieldSpec仪器的普及应用，通过我们与客户的交流沟通，发现在仪器的使用上出现了各种各样的问题，造成了测量数据精度不够，甚至耽误了工作时间。

总结归纳曾经出现的问题，并考虑到不同的应用。我们认为，波谱仪的使用技巧，在关乎测量成败上，起到了比较关键的作用。

此文从仪器的原理为出发点，讨论了仪器型号和配件的选择原则以及操作使用技巧，希望不同的用户可以从中借鉴。但是，本文未涉及国内外可能的测量规范。因此，在使用此仪器进行不同的测量时，需要参考各种测量规范或者规程。也未涉及光谱数据的前期和后期处理方法。

一、ASDfieldSpec波谱仪结构介绍

ASD公司从成立之初就一直专注于可见-近红外遥感光谱测量。因此，在仪器硬件设计中充分考虑了遥感专业队仪器的要求，例如：高光谱分辨率、快速、足够的信噪比、供电时间和方便性、工作现场对光谱数据的初步判别以及测量视场、轻便性等等，也充分吸收了不同的用户在使用过程中所反馈的意见和建议。这里仅仅以FieldSpec3为例作出介绍。

图1，ASDFieldSpec3波谱仪

采用三个光谱仪构成的全光谱光谱仪称为Goetz光谱仪。这是以著名遥感学家、ASD

公司的发起人之一Goetz博士的名字命名的。

其中，近紫外到近红外短波（350-1000nm）光谱仪，使用如图1所示的固定光栅结构。近红外短波第一波段（SWIR1,1000-1700nm）和第二波段(SWIR2,1700-2500nm)采用如图2所示的旋转光栅结构。

这样的结构保证了能够测量到全光谱范围内的目标反射光谱。所谓全光谱是指能够到达地球表面的绝大部分太阳辐射能量（如图3所示）。

图2.固定光栅结构 图3.旋转光栅结构

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Fraunhoferlines

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0.20

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2

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HOdoublet

2

absorption

HOabsorption

2

HOabsorption

2

Sol absorption

0.05 Oabsorption

3

CO

2

absorption

0.00

400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000

Wavelength(nm)

图4.

面测量得到的太阳辐射光谱

地球表

不同光谱仪所采集的光谱数据，通过软件连接起来，构成所测量目标的完整光谱曲线。一般来讲，可以通过察看ASD.INI文件确定连接点的波长。

二，测量操作中可能出现的问题及解决

问题1，测量绝对辐射亮度或者辐射照度时在光谱连接处出现台阶跳跃，如图1红色曲

线部分。

图5.测量辐射度时可能出现的跳跃

（图中蓝色曲线是经过80分钟预热后测得的，红色曲线是经过10分钟预热后测得的）

解答：

ASD公司的所有仪器光度标定都是在实验室内，仪器经过80-90分钟预热后作出的。ASD公司经过大量实验发现，仪器所使用的三个传感器在不同的环境功能温度以及

预热时间下具有变化的响应度。但是在SWIR1(1000-1800nm)波段传感器的响应度不受影响。并且，如果仪器经过足够长时间的预热，则这个问题不会出现。

但是野外测量时几乎不可能使用如此长的预热时间。

于是，ASD公司开发出了利用SWIR1的稳定特性，对问题数据进行修正的方法，即抛物线修正（ParabolicCorrection）。

详细物理原理及必要计算等见附件I。这个问题的解决方法就是：

A,仪器经过足够长时间的预热；这是最可靠的方法。B，或者在测量辐射度时点击RS3软件界面上的PC图标。如图6所示。C，回到实验室后，使用ViewSpec软件中的抛物线修正功能对数据进行修正。

抛物线修正图标