日光诱导叶绿素荧光光谱系统，让植物光合作用被看见 | SIF系列科普 第三期

对于需要进行植物SIF特征提取、光谱分析以及不同实验条件对比的科研人员而言，高分辨率、高采样密度与高信噪比能够提供更加丰富的光谱细节。

 ▲图2 光谱范围650–800 nm

二、上下行同步采集，让目标与天空同时被记录

SIF观测区别于普通目标光谱测量的一个重要特点，是其观测过程与自然太阳辐射环境密切相关。在实际田间环境中，太阳高度角、天空状况以及环境光变化都会影响观测结果。因此，除了获取植物目标本身的光谱信息，对天空辐射环境进行同步记录同样重要。

GaiaSky-SP2-SIF采用上下行同步采集结构，在一次观测过程中，同时获取地面目标与天空辐射信息。下行通道面向植物目标，用于获取目标光谱；上行通道面向天空，用于获取天空辐射信息；同时结合暗背景采集，为后续数据处理提供完整的基础数据。通过这种方式，一次观测不再只是简单获得“一条植物光谱”，而是形成包含目标、天空以及暗背景在内的完整观测数据。

 ▲图3 上下行同时采集

三、25 mm镜头与裸光纤，一套系统满足多种采集需求

将SIF光谱系统搭载到无人机平台，可以借助无人机灵活的飞行能力，对更大范围的植被区域进行数据采集。

GaiaSky-SP2-SIF面向无人机应用进行设计，可根据不同的研究任务选择相应的机载采集方式。在光学配置方面，系统支持25 mm焦距镜头和裸光纤两种方案。25 mm镜头可以用于相对聚焦的目标观测，而裸光纤则可以满足部分客户对于大视场机载数据获取的需求。

两种方式都是产品面向无人机应用提供的灵活配置，用户可以根据实际飞行高度、目标类型以及观测范围进行选择。

换句话说，它既能够关注一个具体目标，也能够服务于更大范围的区域观测。这不仅提升了设备的使用灵活性，也让科研人员能够根据不同实验任务快速调整采集方案。

▲图4 不同视场采集范围

在实际光谱采集过程中，准确找到目标是获得有效数据的重要前提。

GaiaSky-SP2-SIF配置辅助摄像头，将不可直接观察的光谱采集过程与可视化目标画面结合起来。操作人员可以通过辅助画面实时观察当前视场，并利用画面中的指示区域进行目标定位。

正式采集前，将辅助摄像头指示区域对准灰布完成校准；校准完成后，再将指示区域对准目标植被，即可开始光谱采集。这样，原本***的光谱仪操作被转化成更加直观的操作流程：看见目标 → 对准目标 → 开始采集 → 实时查看光谱。

对于田间和无人机等复杂环境下的实际作业，这种可视化设计能够有效降低操作门槛。

▲图5 辅助摄像头实时监测

对于科研仪器而言，硬件性能是基础，而软件操作体验决定了设备能否真正***应用于实际场景。

GaiaSky-SP2-SIF配套专用采集软件，将设备控制、自动校准、目标采集、实时光谱显示以及数据保存等功能统一整合到无人机遥控器界面中。

设备采用卡扣式便捷安装，安装完成后启动软件即可进入采集界面。

▲图6 卡扣式一键安装

一键进行数据校准。校准完成后，将目标区域对准植物，即可开始正式采集。采集过程中，软件实时显示650–800 nm植物光谱曲线，帮助用户直观查看当前采集状态。

▲图7 一键数据校准

▲图8 一键数据获取

减少复杂操作，让科研人员能够将更多精力放在实验设计和数据分析上。

▲图9 数据采集流程

随着无人机在农业和生态遥感中的应用不断深入，SIF观测也逐渐从地面单点测量走向空中区域观测。

但无人机搭载SIF相机，并不意味着简单地“把相机装到飞机上”。真正***的无人机SIF作业，需要解决：目标在哪里？无人机怎么飞？在哪里采集？如何重复执行？

针对这些需求，GaiaSky-SP2-SIF可以结合目标物实际经纬度进行任务规划。研究人员可以根据目标区域的实际坐标信息，提前规划无人机飞行航线，并根据作业任务设置相应的飞行路径。无人机按照规划航线自动飞行，到达目标区域后完成SIF数据采集，同时记录对应的空间位置信息。

整个过程形成：目标定位 → 经纬度获取 → 航线规划 → 自动飞行 → SIF采集 → 数据记录。让无人机SIF作业从传统的人工操作，进一步向坐标化、任务化和自动化方向发展。

▲图10 航线规划软件

▲图11 GaiaSky-SP2-SIF航线