《遥感导论》 第四章1

1、第四章 遥感图像处理4.1 光学原理与光学处理4.2 数字图像的校正4.3 数字图像增强4.4 多源信息复合4.1 光学原理与光学处理1 1 颜色的性质和颜色立体颜色的性质和颜色立体2 2 加色法与减色法加色法与减色法补充：遥感数字影像的表现形式：补充：遥感数字影像的表现形式：黑白影像与彩色影像黑白影像与彩色影像光学处理（了解）光学处理（了解）4.1.1 4.1.1 颜色视觉颜色视觉光和颜色光和颜色n电磁波谱中0.38-0.76m的波段能引起人的视觉，称为可见光, 简称光n可见光加上紫外和红外部分来自原子和分子的发光辐射，称为光学辐射n-光学遥感n光与色有什么不同？n光是色的源泉，色是光的表现

2、。“五光十色”4.1.1 4.1.1 颜色视觉颜色视觉( (一一)亮度对比亮度对比n亮度对比：视场中对象与背景的亮度差与背景亮度之比 C=（L对象-L背景）/L背景n选择适宜的对象及背景的亮度，可以提高对比，从而提高视觉效果。n两个或多个对象间的对比，即C=L对象/L对象亮度对比例子亮度对比例子高度对比度合适高度对比度合适亮度对比度过量亮度对比度过量4.1.1 4.1.1 颜色视觉（一）颜色视觉（一）颜色对比颜色对比n颜色对比颜色对比：在视场中，相邻区域的不同颜色相互影响。：在视场中，相邻区域的不同颜色相互影响。 受受视觉影响很大视觉影响很大n两种颜色互相影响的结果，使每种颜色向其影响色的补色

3、两种颜色互相影响的结果，使每种颜色向其影响色的补色变化。两种颜色的边界，对比现象更加明显。变化。两种颜色的边界，对比现象更加明显。n在色度学中，当两种颜色混合产生白色或灰色时，这两种在色度学中，当两种颜色混合产生白色或灰色时，这两种颜色称为颜色称为互补色互补色。n蓝是黄的补色，青是红的补色，品红是绿的补色。蓝是黄的补色，青是红的补色，品红是绿的补色。n人眼能分辨一百多种不同颜色，彩色图象能表现更丰富的人眼能分辨一百多种不同颜色，彩色图象能表现更丰富的信息量。信息量。4.1.1 4.1.1 颜色视觉颜色视觉( (二二)颜色的性质颜色的性质n 颜色描述对遥感图象很重要，颜色变换是遥感图象处理的重要

4、方法。n 所有颜色都是对某段波长有选择地反射而对其它波长吸收的结果n 颜色的性质由明度、色调、饱和度来描述y明度（Lightness, 强度, Intensity）y色调（Hue）y饱和度(Saturation)4.1.14.1.1颜色视觉颜色视觉( (二二)颜色的性质：颜色的性质：明度明度(Lightness)n明度：是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。与电磁波辐射亮度的概念不同，明度受人的视觉感受性和经验影响。n物体反射率越高，明度就越高。白比灰明度高，黄比红明度高n光源：亮度越大，明度越高n黑白图象：灰度、灰阶白浅灰中灰深灰黑（a a）明度轴）明度轴灰度（明度）、灰阶灰度（明度）、灰阶4.

5、1.1 4.1.1 颜色视觉颜色视觉( (二二)颜色的性质：色调颜色的性质：色调(Hue)(Hue)n色调：是色彩彼此间相互区分的特性。可见光波段的不同波长刺激人眼产生了不同色彩（红紫）的感觉。颜色环颜色环n从红到紫是可见光谱上存在的颜色，每种颜色对应一个波长值，是光谱色光谱色。n有时刺激人眼的光波不是单一波长，而是一些波一些波长的组合长的组合，也可构成一些颜色，但它们找不到对应的波长值，不叫光谱色。4.1.1 4.1.1 颜色视觉颜色视觉( (三三)颜色的性质：饱和度颜色的性质：饱和度( (Saturation) )n饱和度：是彩色纯洁的程度，即光谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。对于光

6、源，发出的若是单色光就是最饱和的彩色，如激光。对于物体颜色，如果物体对光谱反射性有很高的选择性，只反射很窄的波段则饱和度高。n如果光源或物体反射光在某种波长中混有许多其它波长的光或混有白光则饱和度变低。n黑白色只用明度描述，不用色调、饱和度描述。彩色彩色 IH S4.1.1 4.1.1 颜色视觉（三）颜色视觉（三）颜色立体（球形）颜色立体（球形）n球形明度-色度-饱和度色彩坐标系n垂直坐标轴代表亮度n圆周代表色调，色度值从红色中点处的0开始，沿着球体圆周的逆时针方向增加n饱和度描述了色彩的纯度 4.1.1 4.1.1 颜色视觉（三）颜色视觉（三）颜色立体（锥形）颜色立体（锥形）n中间垂直轴代表

7、明度n中间水平面的圆周代表色调n圆周上的半径大小代表饱和度4.1.1 4.1.1 颜色视觉（三）颜色视觉（三）颜色立体颜色立体( (孟赛尔颜色立体孟赛尔颜色立体) )4.1.2 4.1.2 加色法与减色法加色法与减色法( (一一) )：颜色相加原理：颜色相加原理n三原色：若三种颜色，其中的任一种都不能由其余二种颜色混合相加产生，三种颜色按一定比例混合，可以形成各种色调的颜色，则称之为三原色。实验证明，红、绿、蓝三种颜色是最优的三原色。n由三原色混合，可以产生其他颜色，称为加色法。n互补色：若两种颜色混合产生白色或灰色 , 这两种颜色就称为互补色。4.1.2 4.1.2 加色法与减色法加色法与减

8、色法( (二二) )：色度图：色度图n颜色相加的原理可以用色度图来表现，比加色法示意图更接近实际情况，因为每种波长的光都可以用红绿蓝三原色相加产生。n对任何一种颜色的光，当匹配的各波长光谱能量相同（等能光谱）时，都可以推算出其所需要的红绿蓝三原色的数量值。n所有光谱色混合时，即形成等能光谱中的白光，且白光时由相同数量的红绿蓝三原色组成。n设光的总能量为1，则白光由三原色各1/3构成，即红=绿=蓝=1/3白，红+绿+蓝=白n根据上述原理，设计了色度图n左图代表色度图上的色彩分布n其中，x: 红色的比例； y: 绿色的比例；蓝色比例可由x+y+z=1导出n弧形曲线代表光谱，线上每一点代表一种波长（

9、nm）和光谱颜色，曲线包围的部分及直线部分代表非光谱色。n色度图可以粗略推算两种颜色相混合得到的中间色，M和N两种颜色按照一定比例合成，一定能得到MN连线上的中间色K（只要比例合适，MN上其他的点也可得到）n连接C点与色度图曲线内的一点，可得该点的光谱，例如连接C与K，可得K点的光谱色(0.573um)n该点距离C点的远近反映了C点的饱和度n过C点的直线与边缘交于两个点，则两个点对应的颜色一定是互补色，两者混合可产生白光。4.1.2加色法与减色法加色法与减色法(三三)：减色法：减色法n减色法是从自然光（白光）中，减去一种或二种基色光而生成色彩的方法。n颜料本身的色彩是由于本身选择性地吸收了入射

10、自然光中一定波长的光，反射出未被吸收的色光而呈现出本身的色彩。n例如，黄色颜料是由于本身吸收了自然光中的蓝色光，反射出未被吸收的红光和绿光叠加混合的结果；品红颜料是由于吸收了自然光中的绿光，反射出红光和蓝光相加的结果；同样，青颜料是由于吸收了自然光中的红光成分，反射蓝光与绿光的结果。4.1.2加色法与减色法加色法与减色法(三三)：减法三原色n减法三原色：指加法三原色的补色，即黄、品红和青色。n用白光由红、绿、蓝三色组成这种理想模型来理解，可以认为黄色，是减去蓝色的的红绿组合；同样地，品红色是减去绿色的红蓝组合，青色是减去红色的蓝绿组合。这样，黄、品红、青便是减色法的三原色。n将彩色涂料的三色叠

11、加时，由于光线依次通过减红、减绿、减蓝层就成黑色。只有当涂料浓度不够，减色不彻底时才会出现灰白色，但这仍是减色法而不是加色法。补充：遥感数字图像的表现形式补充：遥感数字图像的表现形式黑白、彩色黑白、彩色遥感影像常以照片（或数字影像）来表现:n单波段或全色波段表现为黑白图像，n三波段组合表现为彩色影像彩色：n真彩色(true color)：（三波段组合）n假彩色(false color)：（三波段组合）n伪彩色(pseudo color)y伪彩色 (pseudocolor): 灰度图像的彩色表示或显示n黑白影像与彩色影像黑白影像与彩色影像 遥感影像常常用照片来表现，单波段单波段或全色波段表现为黑

12、白影像，三波段三波段组合表现为彩色影像。无论是光学处理，还是以计算机处理为主的情况下，处理结果常形成底片底片（负片）或照片照片（正片）。一些回收式卫星其数据也是以胶片形式记录胶片形式记录。因此，有必要学习黑白影像和彩色影像的制作原理。单波段单波段三波段三波段 一、黑白一、黑白( (彩彩) )片感光原理片感光原理 照相的第一步是感光照相的第一步是感光，第二步是显影第二步是显影 。第三步为定影第三步为定影，定影液把显影后残留在乳胶层中卤化银去掉，形成负片负片 。 洗印像片时使光透过负片照在像纸上，经过同样的曝洗印像片时使光透过负片照在像纸上，经过同样的曝光、显影、定影过程形成正片光、显影、定影过程

13、形成正片。负片黑处透过光弱，在正片上发白，负片白处透过光强，在正片上发黑。因此正片反映的黑白程度与自然景物相比，经过两次相反变换变成经过两次相反变换变成一致。一致。n彩色影像片生成原理：彩色合成与假彩色合成彩色影像片生成原理：彩色合成与假彩色合成 遥感影像的生成分二步走。 首先在航空或航天遥感的传感器中分波段接受地面上地物的信息。 第二步是利用三个波段的黑白底片加色合成为彩色影像。 TM1(0.45-0.52)蓝波段蓝波段2(0.52-0.60)绿波段绿波段3(0.63-0.69)红波段红波段4(0.76-0.90)近红外波段近红外波段5(1.55-1.75)近红外波段近红外波段7(2.08-

14、2.35)近红外波段近红外波段真彩色：真彩色：TM321假彩色假彩色TM432 TM741二、光学增强处理二、光学增强处理1.1. 利用加色法或减色法实现彩色合成利用加色法或减色法实现彩色合成 （1 1）加色法彩色合成加色法彩色合成：主要：主要 制作各种合成仪器，选用不制作各种合成仪器，选用不同波段的正片或负片组合，进行彩色合成。同波段的正片或负片组合，进行彩色合成。 根据仪器类别可以将图像处理方法分为：根据仪器类别可以将图像处理方法分为： 合成仪法合成仪法 分层曝光法分层曝光法2.2.光学增强处理光学增强处理 相关掩摸处理方法：相关掩摸处理方法：对于几何位置完全配准的原片，利用感光条件和摄影处理的差别，制成不同密度，不同反差的正片或负片(称为模片)，通过它们的各种不同叠加方案改变原有影像的显示效果，达到信息增强的目的。n 改变对比度：n 边缘突出：n显示动态变化：n密度分层：n 专题抽取3.光学信