第三章 遥感光学基础

第三章遥感光学基础 3 1颜色性质和颜色立体一 光和颜色二 颜色的性质三 颜色立体 3 2加色法与减色法一 三原色与加色法二 色度图三 减色法 3 3黑白影像与彩色影像一 黑白片感光原理二 彩色影像片生成原理 3 4遥感光学处理简介一 利用加色法或减色法实现彩色合成二 光学增强处理三 光学信息处理 3 1颜色性质和颜色立体 一 光和颜色可见光谱 0 38 0 76um光 能够被眼睛感觉到并且产生视觉现象的辐射才是可见辐射或可见光 简称为 光 视网膜的感光细胞中的锥体细胞 明视觉器官 在光亮条件下分辨颜色和细节 杆体细胞是暗视觉器官 在较暗条件下起作用 不能分辨颜色和细节 所以在光亮条件下 人眼能够分辨各种颜色 但光谱亮度降低到一定程度 人眼的感觉就是无彩色的 光谱变成不同明暗的灰带 3 1颜色性质和颜色立体 一 光和颜色人眼对0 555um波长的光最敏感 人的视觉效果 1 与亮度对比关系很大 遥感影像处理的时候增加影像的对比度 2 与颜色对比关系也很大 背景是白色 注视几分钟颜色就会变成绿色等等 3 人的眼睛同时能够分辨彩色几百种 但黑白只有十几种 故彩色图像包含更多的信息量 图像彩色显示更加有利于图像解译 3 1颜色性质和颜色立体 二 颜色的性质彩色的量度 色彩 颜色 消色 非彩色 指白 灰 黑等 一要素 亮度彩色 除消色以外的各种色彩 三要素 色调 亮度 饱和度 3 1颜色性质和颜色立体 二 颜色的性质 亮度 明度 光度Lightness L 指色彩本身的明暗程度 色调不同 亮度不同 黄色亮度最强 品红 绿色中等 紫色最弱 同一色调 亮度亦可能不同 绿色 明绿 正绿 暗绿 消色的亮度 从亮度最小的黑色 0 亮度最大白 渐变过程 灰阶图像0 255等级 3 1颜色性质和颜色立体 二 颜色的性质2 色调 色相 色别 Hue H 各种彩色之间 质的区别 亦即彩色的类别 红 紫 它是彩色视觉相互区别的心理学特征 取决于某种彩色反射光谱的主波长 基本色调 红 蓝 黄等 中间色调 品红 蓝绿等 颜色与物体的选择性反射 其他波段吸收 有关 不同色调的亮度变化 相同色调的亮度变化 最亮 最暗 亮 暗 3 1颜色性质和颜色立体 二 颜色的性质 饱和度 彩度 纯度 色度 Saturation S 指彩色的纯净程度 即彩色相对于光谱色的纯洁度 标准色 在光谱中 各种单色光的彩色是自然彩色中最饱和的彩色 称为标准色 色调越接近标准色 饱和度增加 色彩就越鲜艳 反之越灰暗 饱和度构成了彩色的千差万别 丰富了色库 常常参与地图的配色 读图3 1 3 1颜色性质和颜色立体 三 颜色立体理想颜色立体 连续变化HLS彩色模式 颜色立体只是理想状态下 实际颜色分布不是正锥体 而是有的饱和在高明亮区 有的饱和在低明亮区 故更加接近实际的颜色立体 3 HLS变换 HLS代表色调 明度和饱和度的色彩模式 这种模式可以用近似的颜色立体来定量化 如图 3 2加色法与减色法 一 三原色与加色法三原色 两种以上色彩混合可构成一种新的色彩 三原色 若三种色 其中任何一种色不能通过其它两种混合相加产生 且按一定比例混合可形成各种色调的颜色 则称这三种色为三原色 最优三原色 红 绿 蓝 两种原色等量叠加得到一种补色 青 品红 黄 三原色等量叠加得到白光 3 2加色法与减色法 一 三原色与加色法 互补色 如果两种色光叠加后得到白光 黑光 或灰光 则称这两种色为互补色 互补色色光互补色 两种颜色混合产生白色 颜料互补色 两种颜色混合产生黑色 色彩的混合 加色法 两种原色等量叠加得到一种补色 青 品红 黄 三原色等量叠加得到白光 非互补色不等量叠加得到两者之间的中间色 红 多 绿 少 橙色红 少 绿 多 黄绿色 红 绿 黄 绿 蓝 青 蓝 红 品红 加色法彩色合成合成过程 根据加色法原理 制作成各种合成仪器 选用不同波段的正片或负片组合 进行彩色合成 合成仪法 是将不同波段的黑白透明片分别放入有红 绿 蓝滤光片的光学投影通道中精确配准和重叠 生成彩色影像的过程 分层暴光法 指利用彩色胶片具有的三层乳剂 使每一层乳剂依次暴光的方法 3 2加色法与减色法 二 色度图即三原色混合规律以二维形式的表示 在Idrisi ENVI遥感软件进行彩色合成举例 三 减色法 色彩的混合 一般用于颜料的配制 彩色印刷 彩色相片的染印等 颜料的颜色是由于染料选择性吸收了白光中的某些波长 反射出白光中未被吸收的色光而产生 黄 白 蓝 红 绿 黄青 白 红 蓝 绿 青三种颜料等量混合 白光中的红 绿 蓝全部被吸收 所以呈现黑色 3 3黑白影像与彩色影像 3 3黑白影像与彩色影像 伪彩色合成 增强 定义 把单波段灰度图像中的不同灰度级按照特定的函数关系变换成彩色 然后进行彩色图像显示的方法 主要通过密度分割方法来实现 伪彩色增强是将一个波段或单一的黑白图像变换为彩色图像 从而把人眼不能区分的微小的灰度差别显示为明显的色彩差异 更便于解译和提取有用信息 伪彩色增强的方法主要有以下三种 密度分割法 空间域灰度级 彩色变换 频率域伪彩色增强 真彩色合成 增强 彩色合成中选择的波段的波长与红绿蓝的波长相同或者近似 那么得到的图像的颜色与真彩色近似 这种合成方法成为真彩色合成 如TM波段赋予红 绿 蓝三色合成 假彩色合成 变换 空间域灰度级 彩色变换是一种更为常用的 比密度分割更有效的假彩色增强法 它是根据色度学的原理 将原图像的灰度分段经过红 绿 蓝三种不同变换 变成三基色分量 然后用它们分别去控制彩色显示器的红 绿 蓝电子枪 便可以在彩色显示器的屏幕上合成一幅彩色图像 彩色的含量由变换函数的形状而定 模拟真彩色合成 由于蓝光容易受大气中的气溶胶的影响 有些传感器舍弃了蓝波段 因此通过彩色合成无法达到真彩色图像 可以通过某些形式的运算得到模拟的红 绿 蓝3个通道 然后通过彩色合成近似产生真彩色图像 3 3黑白影像与彩色影像 一 黑白片感光原理 1 感光 形成潜影中心 2 显影 曝光的卤化银还原成银 3 显影 将残留在乳胶层中的卤化银去掉 形成负片 底片 洗印相片时使光透过负片照在相纸上 经过同样的曝光 显影 显影形成正片 即影像 感光特性曲线 曝光量 H 的对数 底片的密度 D 3 3黑白影像与彩色影像 二 彩色影像片生成原理 彩色摄影片合成原理感光材料是胶片 遥感中常用的胶片是全色片 天然彩色片 彩色红外片等 它们的感光范围各不相同 和印像纸的通称 由感光乳剂层和片基组成 黑白片有单层感光乳剂 彩色片有三层感光乳剂 3 3黑白影像与彩色影像 感光材料的性能指标 1 感光度 感光的快慢程度 2 反差 感光材料的乳剂层上使影像表达出所摄物体各部分在光量方面差别的能力 称为乳剂的反差 即黑白差 感光材料特性曲线的直线段斜率为反差系数 最大光学密度与最小光学密度之差 3 分辨率 对景物细微部分的表现能力 用线对数 mm 表示 航摄选用感光度高 反差适中 有较高分辨率的感光材料 3 3黑白影像与彩色影像 二 彩色影像片生成原理彩色红外像片合成原理由地物反射的光线进入摄影机镜头 使彩色红外感光底片产生光化学反应 由该底片印出的像片称为彩红外像片 彩色红外感光片有感绿 感红和感红外层 因此不受大气散射蓝光的影响 像片清晰度很高 适合城市航空摄影 3 3黑白影像与彩色影像 二 彩色影像片生成原理 彩色红外像片合成原理在彩红外航片上 植被在彩红外像片上表现为不同程度的品红到红色 因为近红外段的光谱反射率远远高于它在可见光波段的光谱反射率 水在彩红外像片上表现为蓝到青色 清水呈蓝色 浊水呈青色 城市呈现内部有纵横纹理的青色 公园 绿化带呈品红到红色 湿地呈青色 干旱裸地和沙漠都呈黄色 雪和云都呈白色 3 4遥感光学处理简介 一 利用加色法或减色法实现彩色合成 加色法 合成仪法 分层曝光法减色法 染印法 印刷法 重氮法等二 光学增强处理 改变对比度 显示动态变化 边缘突出 密度分层 专题提取等 三 光学信息处理 光栅滤波等 2 减色法彩色合成利用减色法原理使白光经过多种乳剂或染料或滤色片透明片等而反射或透射出来的合成彩色是减色法彩色合成 染印法 是使用特别浮雕片 接收纸和冲显染印药制作彩色合成影像的方法 印刷法 是利用普通胶印设备 直接使用不同波段的遥感底片和黄 品 青三种油墨 经分色 加网 制版 套印成彩色合成图像 重氮法 是利用重氮盐的化学反应处理彩色单波段影像透明片的方法 光学增强处理 相关掩膜处理方法 指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 通过它们的各种不同叠加方案 改变原有影像的显示效果 达到信息增强目的的方法 1 改变对比度 使用两张同波长同地区的负片 或正片 进行合成 一张反差适中 另一张反差较小 合成后反差一般加大 从而提高了对比度 2 显示动态变化 不同时相同一地区的正负片影像叠合掩膜 当被叠合影像反差相同时 凡密度发生变化的部分就是动态变化的位置 这种方法又叫比值影像法 3 边缘突出 目的在于突出线性特征 先将两张反差相同的正片和负片重合 配准后 再沿希望突出的线性特征的垂直方向错位 这样得到的底片或相片上会在线性位置产生黑白条的假阴影 产生立体感 光学信息处理 1 图像的相加和相减 光栅滤波法实现图像的相加减 当满足 一 两个图像所发出的光波在空间重叠 二 两个光波同位相或反位相 则可以实现图像加减 原理 两列光波相干涉而迭加 如果两列光波在空间重叠并且同位相 则图像相加 如果两列光波在空间重叠且反相 则图像相减 光学信息处理 2 遥感黑白影像的假彩色编码 1 相位介质的色散色散 复色光分解为单色光的现象 复色光通过光栅时 由于光的衍射和干涉作用 也能使各种色光分开 位相介质 单色光通过介质时 由于阶梯介质厚度不同而产生不同的位相差 故又将阶梯状介质称作位相介质 位相介质的色散 当白光通过位