第三章遥感光学基础

第三章遥感光学基础第1页，课件共51页，创作于2023年2月遥感光学基础遥感光学：以人为本，综合物理光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学科，研究人眼对不同颜色光感觉的规律介绍遥感成像原理及过程，包括黑白、真彩色、假彩色和彩红外第2页，课件共51页，创作于2023年2月颜色性质和颜色立体光：只有能被人的眼睛感觉到的、并产生视觉现象的辐射才称为可见辐射或可见光，简称光第3页，课件共51页，创作于2023年2月人眼的结构图第4页，课件共51页，创作于2023年2月在人的视觉系统中有两种感光细胞：杆状细胞和锥状细胞。

杆状细胞为暗视器官，只在较暗的条件下起作用，不能分辨颜色和细节；

锥状细胞是明视器官，在照度足够高时起作用，并能分别辨颜色和细节。锥状细胞对电磁光谱的三个波段：红、绿、蓝敏感。由于这个原因，这三种颜色被称为三基色。在光亮条件下，人眼能分辨各种颜色，当光亮降低到一定程度，人眼的感觉便是无彩色的，光谱变成不同明暗的灰带。人眼颜色视觉第5页，课件共51页，创作于2023年2月

人类感光细胞的敏感曲线第6页，课件共51页，创作于2023年2月视网膜的颜色区视网膜中央能分辨各种颜色﹐由中央向外围部分过渡﹐对颜色的分辨能力逐渐减弱﹐直到对颜色的感觉消失。观察小视场和大视场的颜色会有不同结果。眼睛感受到颜色﹐不只决定于客观的刺激﹐还取决于用眼的什么位置接受这个刺激视网膜的颜色区1能分辨各种颜色2能分辨黄蓝，对红绿色盲，能分辨明暗3全色盲区，只能辨别明暗第7页，课件共51页，创作于2023年2月

根据人眼的结构，所有颜色都可看作是三种基本颜色——R

表示红（Red）、G表示绿（Green)和B表示蓝（Blue)按照不同的比例组合而成。国际照度委员会(CIE)在1931年就规定三种基本色的波长分别为R：700nm，G：546.1nm，B：435.8nm。在三原色中，其中的任一种颜色不能由其余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。三基色（三原色）第8页，课件共51页，创作于2023年2月任何一种颜色都可以用三基色表示出来,即：第9页，课件共51页，创作于2023年2月10九月2023RGB颜色模型

RGB模型用三维空间中的一个点来表示一种颜色，如图下所示。每个点有三个分量，分别代表该点颜色的红、绿、蓝亮度值。在RGB模型立方体中，原点所对应的颜色为黑色，它的三个分量值都为零。距离原点最远的顶点对应的颜色为白色，它的三个分量值都为1。从黑到白的灰度值分布在这两个点的连线上，该线称为灰色线。立方体内其余各点对应不同的颜色。彩色立方体中有三个角对应于三基色——红、绿、蓝。剩下的三个角对应于三基色的三个补色——黄色、青色（蓝绿色）、品红。第10页，课件共51页，创作于2023年2月如果将

R、

G、

B看成三个变量,就形成一个三维彩色空间。可以用一个三维的立方体来表示它们能组成的所有颜色第11页，课件共51页，创作于2023年2月第12页，课件共51页，创作于2023年2月

格拉斯曼（Glassman）定律：1lm（W）＝0.30lm（R）＋0.59lm（G）＋0.11lm（B）若1单位红为0.30lm；

1单位绿为0.59lm；1单位白为1lm；

1单位蓝为0.11lm；——白光可以由红、绿、蓝三色光按一定比例合成配比得到。以光强为单位，红光为30%，绿光为59%，而蓝光仅为11%。这一比例与太阳光中的红、绿、蓝三色光的比例基本相同，事实上这是人们长期适应太阳光的结果。太阳光是自然界唯一的自然白光光源。第13页，课件共51页，创作于2023年2月ETM+各波段设置遥感图像的显示R：700nm，G：546.1nm，B：435.8nm第14页，课件共51页，创作于2023年2月第15页，课件共51页，创作于2023年2月遥感多波段图像的显示彩色合成，colorcomposite，根据三原色原理，对于一景遥感影像中的三幅影像（三个波段）或同一地区在影像精确配准后的三幅不同来源的遥感影像分别赋以红（R）、绿（G）、蓝（B），生成彩色影像的过程。彩色合成的种类分为（近似）真彩色合成、假彩色合成与伪彩色合成三种。第16页，课件共51页，创作于2023年2月遥感图像彩色合成自然色（quasi-naturecolor，似真彩色）即合成彩色与人眼看到的自然景物近似。(TM321（RGB）——RGB)假彩色(falsecolor)除植被外，其它地物合成彩色与自然色近似，植物变为鲜明红色（饱和度很高的红）(标准假彩色：TM432（NIR、R、G）——RGB)，人眼对红光敏感，突出植被信息，其他地物也还接近人眼看到地面实际场景的颜色。伪彩色(pseudocolor)，对于一景遥感影像，根据某种显示意图，建立颜色查找表，人为地将影像按灰度配赋某种颜色生成彩色影像。第17页，课件共51页，创作于2023年2月

遥感图像显示似真彩色显示TM321标准假彩色TM432第18页，课件共51页，创作于2023年2月2002年5月全球平均海平面温度图伪彩色图像第19页，课件共51页，创作于2023年2月W（白光）=R＋G＋B R＋G＝YY——yellow黄

R＋B＝MM——magenta品红

G＋B＝CC——cyan青

Y＋B＝WY＝W－B M＋G＝W＝》M＝W－G C＋R＝WC＝W－R若两种同等强度颜色混合产生白色或灰色，这两种颜色为互补色，黄和蓝、红和青、绿和品红。不分青红皂白互补色第20页，课件共51页，创作于2023年2月TheCMYColourModelGreenCyanBlueMagentaRedYellowBlack(minusblue)(minusgreen)(minusred)TheRelationbetweenRGBandCMYC=1-R

M=1-G

Y=1-B加色法和减色法加原色与减原色第21页，课件共51页，创作于2023年2月

一般用于颜料的配制、彩色印刷、彩色相片的染印等。液体喷墨打印机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

＝

青品红＝白－绿＝蓝＋红＝品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CMYK模型CMYK(cyan，青；magenta；品红,；yellow，黄；black，黑)第22页，课件共51页，创作于2023年2月滤光片所谓滤色片意指该片只是对某种波长光“放行”，其余光一概阻隔。如蓝光滤色片，则仅允许蓝光透过，其余各光都被滤掉。一束白光先通过蓝色滤光片（曲线A），透过蓝光时，绿光和紫光也会部分透过再通过黄色滤光片（曲线B），透过黄光，绿光和红光也会部分透过共同透过的部分为绿色屏幕上显示为绿色（曲线C）减色法滤光实验第23页，课件共51页，创作于2023年2月

图像颜色的三个属性

颜色是外界光刺激作用于人的视觉器官而产生的主观感觉。颜色分两大类：非彩色和彩色。非彩色是指黑色、白色和介于这两者之间深浅不同的灰色，也称为无色系列。彩色是指除了非彩色以外的各种颜色。颜色有三个基本属性，分别是色调、饱和度和亮度。基于这三个基本属性，提出了颜色模型HSI（Hue、Saturation、Intensity）。第24页，课件共51页，创作于2023年2月Hue色相反映了该彩色最接近的光谱波长。Saturation饱和度是是色彩纯洁的程度，即光谱中波段是否窄，频率是否单一的表示。Intensity亮度是指光波作用于感受器所发生的效应，其大小由物体反射率来决定，反射系数越大，物体的亮度愈大，反之愈小。第25页，课件共51页，创作于2023年2月HSI模型①I分量与图像的彩色信息无关；②

H和S分量与人感受颜色的方式是紧密相联的。这些特点使得HSI模型非常适合借助人的视觉系统来感知彩色特性的图像处理算法。第26页，课件共51页，创作于2023年2月IHSHSI颜色立体H色度：取值0-360S饱和度：取值0-1I亮度：取值0-1第27页，课件共51页，创作于2023年2月第28页，课件共51页，创作于2023年2月第29页，课件共51页，创作于2023年2月第30页，课件共51页，创作于2023年2月

其他颜色模型

1）YUV电视信号彩色坐标系统其中Y信号表示亮度，U、V信号是色差信号。

2）Lab颜色模型Lab颜色由亮度或光亮度分量L和a、b两个色度分量组成。其中a在的正向数值越大表示越红，在负向的数值越大则表示越绿；b在的正向数值越大表示越黄，在负向的数值越大表示越蓝。

第31页，课件共51页，创作于2023年2月通常用以区别颜色的的特性是亮度、色调和饱和度。色调和饱和度一起称为彩色。因此颜色用亮度和彩色表征。形成任何特殊颜色需要的红、绿、蓝的量称为三色值，并分别用X,Y和Z表示。一种颜色三色值的系数定义为可得对任何可见光谱内的光波长，其波长相对应颜色的三色值可直接从大量的实验结果中得到。色度图

第32页，课件共51页，创作于2023年2月确定颜色的另一种方法是用CIE（国际照明委员会）色度图红绿蓝色度图

第33页，课件共51页，创作于2023年2月边界：纯色边界内部：混合色等能量点：白光任意两点连线：两类颜色相加得到马蹄形内：三种原色的不同混合等能量点到边界点连线：特定谱色的所有色调色度图

加色法和减色法第34页，课件共51页，创作于2023年2月三角形：RGB显示器，彩色全域；不规则区域（多边形）：高质量彩色打印设备的彩色域色度图

加色法和减色法第35页，课件共51页，创作于2023年2月总结颜色模型

为了科学地定量描述和使用颜色，提出了各种颜色模型。面向硬件设备的最常用彩色模型是RGB模型而彩色处理的最常用模型是HSI模型在印刷工业上用CMYK电视信号传输中，用YUV色彩系统第36页，课件共51页，创作于2023年2月黑白影像和彩色影像成像过程负片到正片的基本摄影顺序原始场景摄影机加工处理负片像纸加工处理正片胶片蓝+绿+红0.38μm0.76μm黑白片感光原理感光显影和定影显影和定影感光第37页，课件共51页，创作于2023年2月黑白片感光原理感光特性曲线曝光量（H）的对数底片的密度（D）D=logφ0/φi曝光量H=I.t,I为光的照度，t为曝光时间Φ0为底片未露光处的透过率Φi为底片露光处的透过率第38页，课件共51页，创作于2023年2月彩色摄影原理负片有三层感光乳剂，感光性质如下：

层序号感光性质形成颜色1蓝（B）黄（Y）3红（R）青（C）2绿（G）品红（M）W－B＝YW－G＝MW－R＝C负片的基片是透明胶片第39页，课件共51页，创作于2023年2月正片也是三层感光乳剂，所不同的是正片的基片是不透明的，即看上去是反射光，而不是透射光。地物层颜色负片

红绿兰白黑YYMMCCYYY

MMMCCCRGBWBL正片正片颜色这里反复运用了互补色，得到以上结果。第40页，课件共51页，创作于2023年2月CCD传感器ChargeCoupledDevice电荷耦合器件，由大量独立的光敏元件组成，这些光敏元件通常是按矩阵排列的CCD数码相机成像：第41页，课件共51页，创作于2023年2月CCD成像过程1、景物反射的光线通过DC的镜头透射到CCD上。

2、当CCD曝光后，光电二极管受到光线的激发释放出电荷，产生感光元件的电信号。

3、CCD控制芯片利用感光元件中的控制信号线路对光电二极管产生的电流进行控制，由电流传输电路输出，CCD将一次成像产生的电信号收集起来，统一输出到放大器。

第42页，课件共51页，创作于2023年2月4、经过放大和滤波后的电信号，由A/D将电信号（此时为模拟信号）转换为数字信号，数值的大小和电信号的强度即电压的高低成正比。

5、输出到数字信号处理器（DSP）。在DSP中，这些图像数据被进行色彩校正、白平衡处理等后期处理，编码为DC所支持的图像格式、分辨率等数据格式

6、最后，图像文件就被写入到存储器上（内置或外置存储器）。第43页，课件共51页，创作于2023年2月课外了解部分

色彩的物理、生理与心理效应（1）

暖色与冷色

红色、橙色和黄色可使人联想到太阳或火，是暖色的。任何包含了蓝色的颜色，如绿色、紫色或蓝绿色(青色)，可使人联想到空气、天空和水，它们被称为冷色。1色彩的物理效应第44页，课件共51页，创作于2023年2月（2）

膨胀色与收缩色

膨胀色：前进性的暖色、明度高。收缩色：后退性的冷色、明度低。（3）

轻色与重色

轻色：明度高、冷色。重色：明度低、暖色（4）

华丽色与朴素色

华丽色：色度或明度愈高者愈华丽。朴素色：色度或明度愈低者愈朴素。第45页，课件共51页，创作于2023年2月（5）

兴奋色与沉静色

兴奋色：暖色或明亮色、色度高。沉静色：冷色或暗色、色度低。（6）

柔软色与坚硬色

柔软色：明度高、色度低、暖色。坚硬色：明度低、色度高、冷色。（7）

色彩的味觉

①酸：未成熟的果实，以绿色为主，加上黄、黄绿。第46页，课件共51页，创作于2023年2月②甜：成熟的果实，以黄、橙、