第05讲 遥感物理基础之四_彩色原理课件

1、遥感地质学遥感地质学 Remote Sensing Geology遥感物理基础（遥感物理基础（4）色度学原理色度学原理河北工程大学资源学院河北工程大学资源学院遥感地质学章节内容遥感地质学章节内容第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 遥感物理基础（电磁波谱与电磁辐射）遥感物理基础（电磁波谱与电磁辐射）第三章第三章 遥感成像原理与图像特征遥感成像原理与图像特征第四章第四章 遥感图像处理遥感图像处理第五章第五章 遥感图像地质解译标志遥感图像地质解译标志第六章第六章 遥感图像地貌解译遥感图像地貌解译第七章第七章 遥感图像的岩性解译遥感图像的岩性解译第八章第八章 遥感图像构造解译遥感图像构造解译第九章第九

2、章 遥感应用遥感应用第二章 遥感物理基础 本章主要内容电磁波谱与电磁辐射的概念地球大气对太阳辐射传输的影响地球辐射与地物波谱特征彩色原理（色度学）上次课主要内容回顾 太阳辐射是被动遥感主要的辐射源。太阳辐射是被动遥感主要的辐射源。 地球大气对太阳辐射的传输影响有吸收作用、散射作用、地球大气对太阳辐射的传输影响有吸收作用、散射作用、反射作用和折射作用。反射作用和折射作用。 大气窗口的概念和主要大气窗口大气窗口的概念和主要大气窗口 大气对太阳辐射传输影响特征如何在遥感中应用？大气对太阳辐射传输影响特征如何在遥感中应用？ 地表物体的辐射地表物体的辐射 地物波谱曲线（反射波谱、发射波谱）地物波谱曲线（

3、反射波谱、发射波谱） 典型地物的波谱特征典型地物的波谱特征 地物波谱的时空效应地物波谱的时空效应电磁波通过地球大气层时较少被反射、吸收或散射，透过电磁波通过地球大气层时较少被反射、吸收或散射，透过率较高的波段，称为大气窗口。率较高的波段，称为大气窗口。（1）可摄影波段）可摄影波段0.31.3m，紫外、可见光、近红外；，紫外、可见光、近红外；（2）近红外波段）近红外波段1.52.5m，1.51.75m和和2.12.4m；（3）中红外波段）中红外波段3.05.0m，3.54.2m和和4.65.0m；（4）远红外波段）远红外波段8.014.0m；（5）微波波段）微波波段0.8100cm。1、选择大气

4、窗口。、选择大气窗口。2、认识大气传输对遥感图像判读的影响：、认识大气传输对遥感图像判读的影响：大气散射使短大气散射使短波波段（如波波段（如0.5-0.6m）的地物影像增加亮度，使景物反差）的地物影像增加亮度，使景物反差减小；减小；大气的吸收使长波波段（如大气的吸收使长波波段（如0.8-1.1m）减低亮度。）减低亮度。3、为图像恢复或辐射校正提供依据。、为图像恢复或辐射校正提供依据。21/22 可见光与近红外波段遥感图像上的信息来自地物反射特可见光与近红外波段遥感图像上的信息来自地物反射特性。性。 中红外波段遥感图像上既有地表反射太阳辐射的信息，中红外波段遥感图像上既有地表反射太阳辐射的信息，

5、也有地球自身热辐射的信息。也有地球自身热辐射的信息。 远红外波段遥感图像上的信息来自地物本身的辐射特征。远红外波段遥感图像上的信息来自地物本身的辐射特征。地物波谱：物体在同一时间、空间条件下，其发射、反射、地物波谱：物体在同一时间、空间条件下，其发射、反射、吸收和透射电磁波的特性是波长的函数，以横坐标代表波吸收和透射电磁波的特性是波长的函数，以横坐标代表波长、以纵坐标代表光谱反射率或光谱亮度系数作出的相关长、以纵坐标代表光谱反射率或光谱亮度系数作出的相关曲线，即为地物的波谱曲线。曲线，即为地物的波谱曲线。地物波谱是遥感识别地物的地物波谱是遥感识别地物的主要依据。曲线形态、反射峰、吸收谷等。主要

6、依据。曲线形态、反射峰、吸收谷等。反射波谱：是某物体的反射率（或反射辐射能）随波长变反射波谱：是某物体的反射率（或反射辐射能）随波长变化的规律的曲线。化的规律的曲线。地物的反射波谱限于紫外、可见光和近地物的反射波谱限于紫外、可见光和近红外波段。红外波段。发射波谱：是某物体的辐射发射率随波长变化的规律的曲发射波谱：是某物体的辐射发射率随波长变化的规律的曲线。线。地物的发射率与地物表面的粗糙度、颜色和温度有关。地物的发射率与地物表面的粗糙度、颜色和温度有关。水体波谱特征水体波谱特征植被波谱特征植被波谱特征岩石波谱特征岩石波谱特征土壤波谱特征土壤波谱特征城市地物波谱特征城市地物波谱特征水是低反射体，

7、纯净水的反射率随波长增加而减小。水体水是低反射体，纯净水的反射率随波长增加而减小。水体在蓝绿光波段有较强反射，在其它可见光波段吸收都很强，在蓝绿光波段有较强反射，在其它可见光波段吸收都很强，至红外几乎全部被吸收。至红外几乎全部被吸收。（1）在可见光波段的）在可见光波段的0.55m（绿光）处有一个小的反射（绿光）处有一个小的反射峰，在峰，在0.67 m附近（红光波段）有一个吸收谷。附近（红光波段）有一个吸收谷。（2）在近红外波段（）在近红外波段（0.76-1.3m）为高反射，在）为高反射，在0.7m处处反射率迅速增大，至反射率迅速增大，至1.1处有峰值，反射率最大可达处有峰值，反射率最大可达50

8、，形成植被的独有特征。形成植被的独有特征。（3）1.3-2.5m受植物含水量影响，吸收率增加，反射率受植物含水量影响，吸收率增加，反射率下降，特别以下降，特别以1.45m、1.95m和和2.7m为中心是水的吸收为中心是水的吸收带，形成几个低谷。带，形成几个低谷。同一地点的相同地物，其波谱特征会随时间而产生一定的同一地点的相同地物，其波谱特征会随时间而产生一定的变化，这种由于时间推移而导致的地物电磁波谱特征的变变化，这种由于时间推移而导致的地物电磁波谱特征的变化，称为地物波谱的时间效应。化，称为地物波谱的时间效应。利用时间效应可以进行遥利用时间效应可以进行遥感动态分析。感动态分析。 同一在同一时

9、刻、同一类地物，由于其所处的地理位置不同一在同一时刻、同一类地物，由于其所处的地理位置不同，其波谱特征可能存在一定差异，这种由于空间位置不同，其波谱特征可能存在一定差异，这种由于空间位置不同导致同类地物之间波谱特征的变化，叫做地物波谱特征同导致同类地物之间波谱特征的变化，叫做地物波谱特征的空间效应。的空间效应。四、色度学四、色度学 颜色的本质颜色的本质 彩色三要素与颜色立体彩色三要素与颜色立体 亮度对比与颜色对比亮度对比与颜色对比 三基色原理三基色原理 彩色合成与色度图彩色合成与色度图 彩色模式与彩色变换彩色模式与彩色变换 多光谱遥感记录彩色多光谱遥感记录彩色颜色的本质颜色的本质 颜色是可见光

10、作用到人眼中，并刺激了色觉神经而产生的颜色是可见光作用到人眼中，并刺激了色觉神经而产生的一种主观感觉。一种主观感觉。 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。的结果。 可见光的波长不同，产生的色觉不同：可见光的波长不同，产生的色觉不同：0.7m为红色，为红色，0.58 m为黄色，为黄色，0.51 m为绿色，为绿色，0.47 m为蓝色。为蓝色。可见光波段可见光波段0.38-0.76m作用于人眼视网膜，能引起视觉现象。作用于人眼视网膜，能引起视觉现象。红外光只能引起灼热感；紫外光让人产生疼痛感。红外光只能引起灼热感；紫外光让人产生

11、疼痛感。颜色分消色（黑白）与彩色。颜色分消色（黑白）与彩色。对入射光各种波长的单色光都是非选择性吸收与反射的物体，对入射光各种波长的单色光都是非选择性吸收与反射的物体，称为消色体。反射强时为白色、反射低时为灰色。称为消色体。反射强时为白色、反射低时为灰色。对入射光各种波长的单色光进行选择性吸收与反射的物体，对入射光各种波长的单色光进行选择性吸收与反射的物体，称为彩色体。正常人可识别称为彩色体。正常人可识别100多种不同的颜色。多种不同的颜色。彩色三要素1.1.色调（色调（Hue)Hue)2.2.饱和度饱和度(Saturation)(Saturation)3.3.明明( (亮亮) )度度(Lig

12、htness(Lightness或或Intensity)Intensity)消色只用明度描述，消色只用明度描述，由暗到明顺序为：由暗到明顺序为：黑、深黑、浅黑、淡黑、深灰、灰、浅灰、淡灰、灰白、白。黑、深黑、浅黑、淡黑、深灰、灰、浅灰、淡灰、灰白、白。色调（色调（Hue)：颜色类别，色彩彼此相互区分的特性。物体的：颜色类别，色彩彼此相互区分的特性。物体的色调取决于光源的光谱组成和物体表面所反射各波长辐射量色调取决于光源的光谱组成和物体表面所反射各波长辐射量的比例。一定波长的光谱或其混合对应确定的颜色，但一定的比例。一定波长的光谱或其混合对应确定的颜色，但一定的颜色却可以由多种光谱混合形成。的颜

13、色却可以由多种光谱混合形成。饱和度饱和度(Saturation)：是色彩纯净的程度、白色的数量，即光：是色彩纯净的程度、白色的数量，即光谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。与色光中是否混谱中波长段是否窄，频率是否单一的表示。与色光中是否混有白光以及白光占有的比例有关。单色光饱和度最高。有白光以及白光占有的比例有关。单色光饱和度最高。明明(亮亮)度度(Lightness或或Intensity)：是人眼对光源或物体明亮：是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。受到人的视觉感受性和经验影响。鲜艳程度，程度的感觉。受到人的视觉感受性和经验影响。鲜艳程度，不同于电磁波辐射亮度。光辐射的强度。不同于电磁波辐射

14、亮度。光辐射的强度。 物体反射率越高，明度就越高。（与物体的反射率有关）物体反射率越高，明度就越高。（与物体的反射率有关）颜色立体 颜色立体：描述颜色三要素之间关系的模型。颜色立体：描述颜色三要素之间关系的模型。 1、理想颜色立体、理想颜色立体 2、孟赛尔颜色立体：、孟赛尔颜色立体：孟赛尔色相环孟赛尔色相环亮度对比与颜色对比亮度对比与颜色对比 亮度对比：亮度对比：视场中对象与背景的亮度差与背景亮度之比。灰视场中对象与背景的亮度差与背景亮度之比。灰色纸片在白色背景上发暗、在黑色背景上发亮。色纸片在白色背景上发暗、在黑色背景上发亮。 彩色对比：彩色对比：视场中相邻区域的不同颜色相互影响。品红背景视

15、场中相邻区域的不同颜色相互影响。品红背景上小的白色纸片，注视久了白纸显绿色，黄色背上小的白色纸片，注视久了白纸显绿色，黄色背景上则显蓝色。颜色向背景色的补色转化。景上则显蓝色。颜色向背景色的补色转化。三基色原理三基色原理 三基色：三原色，若三种颜色，其中的任何一种都不能由三基色：三原色，若三种颜色，其中的任何一种都不能由其它其它 两种颜色混合相加产生，这三种颜色按一定比例混两种颜色混合相加产生，这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。合，可以形成各种色调的颜色，则称之为三原色。 任何一种彩色都可以由红、绿、蓝三基色按一定比例组合任何一种彩色都可以由红、绿、蓝三基色按一

16、定比例组合形成。它们的波长分别是：形成。它们的波长分别是：0.7m、0.5461m、0.4358m。 三原色混合的彩色只是视觉效果、而不再具有光谱的意义。三原色混合的彩色只是视觉效果、而不再具有光谱的意义。 间色：间色： 黄黄 YRG 青青(Cyan) CGB 品红品红(Magenta) MBR 间色可以由三基色相加得到，也可以由白光中减去三基色间色可以由三基色相加得到，也可以由白光中减去三基色得到。如得到。如W-B=YW-G=MW-R=C 。 互补色：若两种颜色混合产生白色或灰色，则这两种颜色互补色：若两种颜色混合产生白色或灰色，则这两种颜色称为互补色。称为互补色。红青互补、黄蓝互补、品红绿

17、互补。红青互补、黄蓝互补、品红绿互补。颜色的合成 加色法：采用红、绿、蓝三种色光为基色，按比例混合叠加色法：采用红、绿、蓝三种色光为基色，按比例混合叠加产生其它色彩的方法。是色光混合。加产生其它色彩的方法。是色光混合。 减色法：从自然光（白光）中减去一种或两种基色光而产减色法：从自然光（白光）中减去一种或两种基色光而产生色彩的方法。染料混合。彩色摄影、彩色印刷打印、美生色彩的方法。染料混合。彩色摄影、彩色印刷打印、美术颜料的配色。减法三原色是加法三原色的补色。黄、品术颜料的配色。减法三原色是加法三原色的补色。黄、品红、青色。红、青色。遥感中常用的彩色摄影可以使用滤光片。蓝滤光片透过蓝遥感中常用

18、的彩色摄影可以使用滤光片。蓝滤光片透过蓝光、黄滤光片透过黄光，白光通过这两种滤光片后透过的光、黄滤光片透过黄光，白光通过这两种滤光片后透过的是二者共同透过的绿光部分。是二者共同透过的绿光部分。色度图（混色图） 颜色相加的原理可以用色度图来表现，比加色法示意图更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。接近实际情况。 根据基色相加的原理，任何一种颜色的光，当匹配的各波根据基色相加的原理，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，都可以计算出其所需要长光谱能量相同（等能光谱）时，都可以计算出其所需要的红、绿、蓝三原色的数量值，用一个色度点来表示。的红、绿、蓝

19、三原色的数量值，用一个色度点来表示。 x=R, y=G, z=B，则，则x+y+z=1。 在在x-y坐标内，光谱曲线的轨迹呈舌形曲线、每一点对应坐标内，光谱曲线的轨迹呈舌形曲线、每一点对应不同的色调（光波波长）。中心为白色，不同的色调（光波波长）。中心为白色，x=y=z=1/3。中。中心与曲线上点的连线表示饱和度、边线上饱和度最大。心与曲线上点的连线表示饱和度、边线上饱和度最大。马蹄形范围内所包含的各点都可以由真实光马蹄形范围内所包含的各点都可以由真实光线产生物理上的颜色。任何颜色在色度图中线产生物理上的颜色。任何颜色在色度图中都有确定的位置，在马蹄形曲线上表示出色都有确定的位置，在马蹄形曲线

20、上表示出色调。从调。从C点引线交于光谱曲线上得到色调。点引线交于光谱曲线上得到色调。AB线上不是原有光谱色，如红、品红、紫，线上不是原有光谱色，如红、品红、紫，无对应的波长，是混色。过无对应的波长，是混色。过C点交曲线上两点交曲线上两个点个点m，n是互补色。若交于是互补色。若交于AB线上，则白线上，则白光可以由两种以上色光产生。光可以由两种以上色光产生。540nm-700nm间为直线，二色混合可产生间为直线，二色混合可产生其间任何光谱色；其间任何光谱色；380nm-540nm间为曲线，间为曲线，二色混合不能产生位于其光谱轨迹上的光谱二色混合不能产生位于其光谱轨迹上的光谱色色,只能产生轨迹所包围

21、的面积的颜色。只能产生轨迹所包围的面积的颜色。颜色模式 RGB颜色模式：显示器，真彩色。颜色模式：显示器，真彩色。 CMYK颜色模式：颜色模式： HIS颜色模式：符合人们的视觉特点。颜色模式：符合人们的视觉特点。 Lab颜色模式颜色模式 色域色域CMYK颜色模式：用减色法三原色来产生颜色。印刷制版的颜色模式：用减色法三原色来产生颜色。印刷制版的颜色是青（颜色是青（Cyan）、洋红（）、洋红（Magenta）、黄（）、黄（Yellow）和黑）和黑（Black）。加入黑色是因为青、洋红和黄三色相加不会产生）。加入黑色是因为青、洋红和黄三色相加不会产生黑色，而只是一中深咖啡色。黑色，而只是一中深咖啡

22、色。Lab颜色模式：是颜色模式：是CIE（Commission international dEclairage国际照明委员会）指定的标示颜色的标准之一。国际照明委员会）指定的标示颜色的标准之一。L是亮度，是亮度，a由绿至红，由绿至红，b由蓝至黄。由蓝至黄。CIE色彩模式以数学方式来色彩模式以数学方式来表示颜色，不依赖于特定的设备，可以确保输出设备经校正表示颜色，不依赖于特定的设备，可以确保输出设备经校正后所代表的颜色能保持其一致性。后所代表的颜色能保持其一致性。Lab色彩空间涵盖了色彩空间涵盖了RGB和和CMYK。Photoshop内部从内部从RGB颜色模式转换到颜色模式转换到CMYK颜颜色模式时是经由色模式时是经由Lab做中介完成的。做中介完成的。可见光的色域、正片所能表现的色域、显示器、可见光的色域、正片所能表现的色域、显示器、印刷油墨、不同打印机表现的色域各不相同。可印刷油墨、不同打印机表现的色域各不相同。可见光色域十分广，而正片所能表现的色域只是其见光色域十分广，而正片所能表现的色域只是其中大部分，显示器或油墨，所能表现的色域更小。中大部分，显示器或油