项目三、遥感光学基础课件

1、一、电磁波及其特性一、电磁波及其特性1.电磁波：在真空或介质中通过传播电磁场的振动而传播电电磁波：在真空或介质中通过传播电磁场的振动而传播电磁能量的波。磁能量的波。2.电磁波的特性：电磁波是一种横波；电磁波以光波的速度电磁波的特性：电磁波是一种横波；电磁波以光波的速度传播；电磁波具有波粒二象性。传播；电磁波具有波粒二象性。二、电磁波谱及常用波谱的特性二、电磁波谱及常用波谱的特性按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，则构按电磁波在真空中传播的波长或频率，递增或递减排列，则构成了电磁波谱。该波谱以频率从高到低排列，可以划分为成了电磁波谱。该波谱以频率从高到低排列，可以划分为射射线、线、

2、X射线、射线、紫外线、可见光、红外线、微波紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波。、无线电波。三、地物的光谱特性三、地物的光谱特性任何地物都有自身的电磁辐射规律，如反射、发射、吸收电磁波的特性。任何地物都有自身的电磁辐射规律，如反射、发射、吸收电磁波的特性。少数还有透射电磁波的特性。地物的这种特性称为：地物的光谱特性。少数还有透射电磁波的特性。地物的这种特性称为：地物的光谱特性。四、黑体辐射四、黑体辐射指能全部吸收外来电磁波辐射而毫无反射和透射能力的理想物体。指能全部吸收外来电磁波辐射而毫无反射和透射能力的理想物体。五、太阳辐射五、太阳辐射：太阳是最大的电磁波辐射源：太阳是最大的电磁波辐射源.

3、六、地物的反射光谱的特性六、地物的反射光谱的特性(掌握重要地物的反射光谱）掌握重要地物的反射光谱）七、大气对电磁波传输过程的影响七、大气对电磁波传输过程的影响包括包括6个方面：反射、散射、吸收、扰动、折射和偏振。对于遥感数据来个方面：反射、散射、吸收、扰动、折射和偏振。对于遥感数据来说，主要的影响因素：说，主要的影响因素：散射和吸收。散射和吸收。可见光谱：可见光谱：0.380.76m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，简称射或可见光，简称“光光”。一、可见光与颜色一、可见光与颜色人眼所能反映出的颜色都可以和电磁波的

4、波长相对应。人眼所能反映出的颜色都可以和电磁波的波长相对应。颜色颜色紫紫蓝蓝-青青绿绿黄黄橙橙红红波长波长/m0.380.460.460.490.490.580.580.600.600.620.620.78中国可见光谱划分标准中国可见光谱划分标准 在光亮条件下，人眼能够分辨各种颜色，但光谱亮度降在光亮条件下，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。暗的灰带。一、可见光与颜色一、可见光与颜色 视网膜的感光细胞中的椎视网膜的感光细胞中的椎体细胞（明视觉器官），在光体细胞（明视觉器官），在光亮

5、条件下分辨颜色和细节。杆亮条件下分辨颜色和细节。杆体细胞是暗视觉器官，在较暗体细胞是暗视觉器官，在较暗条件下起作用，不能分辨颜色条件下起作用，不能分辨颜色和细节。和细节。 人眼对人眼对0.555m波长的光最敏感。波长的光最敏感。人的视觉效果：人的视觉效果：（1）与亮度对比关系很大。）与亮度对比关系很大。亮度对比：视场中对象与背景的亮度差与亮度对比：视场中对象与背景的亮度差与背景亮度之比。背景亮度之比。即即C=（L对象对象 L背景）背景）/L背景背景-选择适宜的对象及背景的亮度，可以提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。高对比，从而提高视觉效果。遥感影像处理的时候遥感影像

6、处理的时候增加影像的对比度。增加影像的对比度。一、光和颜色一、光和颜色人的视觉效果：人的视觉效果：（2）与颜色对比关系也很大。）与颜色对比关系也很大。-颜色对比颜色对比是指在视场内，相邻区域的不同颜色的相互影响。是指在视场内，相邻区域的不同颜色的相互影响。-颜色的对比受视觉影响很大。颜色的对比受视觉影响很大。 -人眼能分辨一百多种不同颜色，彩色图像能表现更丰富的人眼能分辨一百多种不同颜色，彩色图像能表现更丰富的信息量。信息量。彩色图像更有利于图像的解译。彩色图像更有利于图像的解译。人眼对颜色的分辨力比对灰度的分辨力要强得多。人眼对颜色的分辨力比对灰度的分辨力要强得多。一、光和颜色一、光和颜色二

7、、颜色的性质二、颜色的性质2012年1月11日 大连地区资源三号卫星正射校正后的产品（全色）资源三号卫星正射校正后的产品（全色）资源三号测绘卫星融合影像（真彩色）资源三号测绘卫星融合影像（真彩色）资源三号测绘卫星融合影像（彩红外）资源三号测绘卫星融合影像（彩红外）亮度（亮度（Brightness，Value，Luminance)-人眼对光源或物体明亮程度的主观感受人眼对光源或物体明亮程度的主观感受色相（色相（Hue)-不同波长的光刺激人眼引起的色彩感觉不同波长的光刺激人眼引起的色彩感觉饱和度（饱和度（Saturation)-色彩的纯度，反映光谱中波段的宽窄，色彩的纯度，反映光谱中波段的宽窄，或

8、频率是否单一，或颜色中掺入白光的多或频率是否单一，或颜色中掺入白光的多少。少。二、颜色的性质二、颜色的性质二、颜色的性质二、颜色的性质1.亮度是指颜色的明暗程度亮度是指颜色的明暗程度 亮度它取决于发光体的辐射强度和物体表面对光反射亮度它取决于发光体的辐射强度和物体表面对光反射率的高低。率的高低。 一般来说，物体反射率越高、亮度就越高。所以白色一般来说，物体反射率越高、亮度就越高。所以白色一定比灰色亮度高。黄色光在太阳辐射中的辐射强度大，一定比灰色亮度高。黄色光在太阳辐射中的辐射强度大，所以黄色光看起来亮度较高。所以黄色光看起来亮度较高。二、颜色的性质二、颜色的性质1.亮度是指颜色的明暗程度亮度

9、是指颜色的明暗程度2.色调（色相、色别，色调（色相、色别，Hue，H）：各种彩色之间）：各种彩色之间“质的区质的区别别”，亦即彩色的类别。，亦即彩色的类别。二、颜色的性质二、颜色的性质（1）它是彩色视觉相互区别的心理学特征，取决于某种彩色）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。反射光谱的主波长。（2）基本色调（红、蓝、黄等），中间色调（品红、蓝绿等）基本色调（红、蓝、黄等），中间色调（品红、蓝绿等）3.饱和度（彩度、纯度、色度，饱和度（彩度、纯度、色度，Saturation，S)：指彩色的纯净程度，：指彩色的纯净程度，即彩色相对于光谱色的纯洁度。即彩色相对于光谱色的

10、纯洁度。二、颜色的性质二、颜色的性质（1）标准色：在光谱中，各种单色光的彩色是自然彩色中）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。最饱和的彩色，称为标准色。（2）色调越接近标准色，饱和度增加，色彩就越鲜艳，反）色调越接近标准色，饱和度增加，色彩就越鲜艳，反之越灰暗。之越灰暗。（3）饱和度构成了彩色的千差万别，丰富了色库，常常参）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。与地图的配色。三、颜色立体三、颜色立体理想颜色立体：连续变化理想颜色立体：连续变化黑黑白白中间垂直轴代表明度中间垂直轴代表明度中间水平面的圆周代表色度中间水平面的圆周代表色度圆周

11、上半径大小代表饱和度圆周上半径大小代表饱和度颜色立体只是在理想状态下，实颜色立体只是在理想状态下，实际颜色分布不是正椎体，而是有际颜色分布不是正椎体，而是有的饱和在高明亮区，有的饱和在的饱和在高明亮区，有的饱和在低明亮区，故更加接近实际的颜低明亮区，故更加接近实际的颜色立体。色立体。HLS代表色调，明暗和饱和度的代表色调，明暗和饱和度的色彩模式。这种模式可以用近似色彩模式。这种模式可以用近似的颜色立体来定量化。如图：的颜色立体来定量化。如图：三、颜色立体三、颜色立体一、三原色与加色法一、三原色与加色法任务二、加色法与减色法任务二、加色法与减色法1.三原色：若三种色，其中任何一种色不能通过其它两

12、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。颜色，则称这三种色为三原色。实验证明最优三原色：实验证明最优三原色：红、绿、蓝红、绿、蓝原色光相加：两种原色光相加原色光相加：两种原色光相加得另一原色光的得另一原色光的补色光补色光，三原，三原色光等量相加得白色光。色光等量相加得白色光。一、三原色与加色法一、三原色与加色法红红+ +绿绿= =黄；黄；绿绿+ +蓝蓝= =青；青；蓝蓝+ +红红= =品红；品红；红红+ +绿绿+ +蓝蓝= =白白项目二、加色法与减色法项目二、加色法

13、与减色法非互补色不等量叠加得到两者之间的中间色。非互补色不等量叠加得到两者之间的中间色。红（多）红（多）+绿（少）绿（少）=橙色橙色红（少）红（少）+绿（多）绿（多）=黄绿色黄绿色项目二、加色法与减色法项目二、加色法与减色法一、三原色与加色法一、三原色与加色法2.互补色：如果两种色光叠加后得到互补色：如果两种色光叠加后得到白光（黑白）或灰光，则称这种色为白光（黑白）或灰光，则称这种色为互补色。互补色。互补色包括：互补色包括：色光互补色：两种颜色混合产生白色色光互补色：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颜料互补色：两种颜色混合产生黑色项目二、加色法与减色法项目二、加色法与减色法

14、一、三原色与加色法一、三原色与加色法色度图即三原色混合后规律以二维形式的表示。色度图即三原色混合后规律以二维形式的表示。色度图：任何一种颜色的光，当匹配的各波长光谱能量相色度图：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。根据此原理可以设计色度图，用来表现三原色的数量值。根据此原理可以设计色度图，用来表现加色法原理。加色法原理。项目二、加色法与减色法项目二、加色法与减色法二、色度图二、色度图颜色的相减是指两种或三种颜色的颜色的相减是指两种或三种颜色的物质重叠后产生的反射光谱作用于物

15、质重叠后产生的反射光谱作用于人眼后所产生的色觉效果。其本质人眼后所产生的色觉效果。其本质是每种颜色的物质从白光中吸收一是每种颜色的物质从白光中吸收一种色光；几种物质混合，从白光中种色光；几种物质混合，从白光中则减去几种光，剩余的色光被反射则减去几种光，剩余的色光被反射出来，形成混合的颜色。出来，形成混合的颜色。项目二、加色法与减色法项目二、加色法与减色法减色法一般用于颜料的配制、彩色减色法一般用于颜料的配制、彩色印刷、彩色相片的染印等。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，反射出白光了白光中的某些波长，反射出白光中未被吸收的色光

16、而产生。中未被吸收的色光而产生。黄黄=白白-蓝蓝=红红+绿绿=黄黄青青=白白-红红=蓝蓝+绿绿=青青三种颜料等量混合，白光中的红、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。绿、蓝全部被吸收，所以呈现黑色。项目二、加色法与减色法项目二、加色法与减色法 遥感影像常以照片（或数字影像）来表现。单波段或遥感影像常以照片（或数字影像）来表现。单波段或全色波段表现为黑白图像。全色黑白影像记录的波段范围全色波段表现为黑白图像。全色黑白影像记录的波段范围是是0.40.7m。红、绿、蓝三波段组合表现为彩色影像。红、绿、蓝三波段组合表现为彩色影像。单波段单波段多波段多波段 洗印相片时使光透过负

17、片照在相纸上，经过同样的曝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、定影形成正片，即影像。光、显影、定影形成正片，即影像。一、黑白片成像原理一、黑白片成像原理1.1.感光感光2.2.显影显影3.3.定影定影将残留在乳胶层中的卤化银去掉，形成负将残留在乳胶层中的卤化银去掉，形成负片（底片）片（底片）形成潜影中心形成潜影中心曝光的卤化银还原成银曝光的卤化银还原成银黑白摄影成黑白摄影成像过程像过程 感光材料是胶片（遥感中常用的胶片是全色片、天感光材料是胶片（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。）然彩色片、彩色红外片等。它们的感光范围各不相同。）和

18、印像纸的通称。由感光乳剂层和片基组成。黑白片有单和印像纸的通称。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。层感光乳剂、彩色片有三层感光乳剂。二、黑白片成像原理二、黑白片成像原理感光材料的性能指标：感光材料的性能指标：（1）感光度：感光的快慢程度。）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）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。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）：最大光学密感光材料特性曲线的直线段斜率为反差系数）：最大

19、光学密度与最小光学密度之差。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）分辨率：对景物细微部分的表现能力，用线对数（mm)表示。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。航摄选用感光度高、反差适中、有较高分辨率的感光材料。二、黑白像片成像原理二、黑白像片成像原理1.1.真彩色摄影片生成原理真彩色摄影片生成原理 彩色摄影可以生成自然彩色航空摄影像片。其处理方彩色摄影可以生成自然彩色航空摄影像片。其处理方法主要是利用多层天然彩色胶片进行彩色处理，然后以减法主要是利用多层天然彩色胶片进行彩色处理，然后以减色法为基本原理生成彩色透明片或影像像片，与黑白影像色法为基本原理生成彩色透明片或影像像片，与黑白影像生成过程类似，也需要曝光、显影、定影这一系列的过程。生成过程类似，也需要曝光、显影、定影这一系列的过程