第05講 遙感物理基礎(chǔ)之四_彩色原理課件

1、遙感地質(zhì)學(xué)遙感地質(zhì)學(xué) Remote Sensing Geology遙感物理基礎(chǔ)（遙感物理基礎(chǔ)（4）色度學(xué)原理色度學(xué)原理河北工程大學(xué)資源學(xué)院河北工程大學(xué)資源學(xué)院遙感地質(zhì)學(xué)章節(jié)內(nèi)容遙感地質(zhì)學(xué)章節(jié)內(nèi)容第一章第一章 緒論緒論第二章第二章 遙感物理基礎(chǔ)（電磁波譜與電磁輻射）遙感物理基礎(chǔ)（電磁波譜與電磁輻射）第三章第三章 遙感成像原理與圖像特征遙感成像原理與圖像特征第四章第四章 遙感圖像處理遙感圖像處理第五章第五章 遙感圖像地質(zhì)解譯標(biāo)志遙感圖像地質(zhì)解譯標(biāo)志第六章第六章 遙感圖像地貌解譯遙感圖像地貌解譯第七章第七章 遙感圖像的巖性解譯遙感圖像的巖性解譯第八章第八章 遙感圖像構(gòu)造解譯遙感圖像構(gòu)造解譯第九章第九

2、章 遙感應(yīng)用遙感應(yīng)用第二章 遙感物理基礎(chǔ) 本章主要內(nèi)容電磁波譜與電磁輻射的概念地球大氣對太陽輻射傳輸?shù)挠绊懙厍蜉椛渑c地物波譜特征彩色原理（色度學(xué)）上次課主要內(nèi)容回顧 太陽輻射是被動(dòng)遙感主要的輻射源。太陽輻射是被動(dòng)遙感主要的輻射源。 地球大氣對太陽輻射的傳輸影響有吸收作用、散射作用、地球大氣對太陽輻射的傳輸影響有吸收作用、散射作用、反射作用和折射作用。反射作用和折射作用。 大氣窗口的概念和主要大氣窗口大氣窗口的概念和主要大氣窗口 大氣對太陽輻射傳輸影響特征如何在遙感中應(yīng)用？大氣對太陽輻射傳輸影響特征如何在遙感中應(yīng)用？ 地表物體的輻射地表物體的輻射 地物波譜曲線（反射波譜、發(fā)射波譜）地物波譜曲線（

3、反射波譜、發(fā)射波譜） 典型地物的波譜特征典型地物的波譜特征 地物波譜的時(shí)空效應(yīng)地物波譜的時(shí)空效應(yīng)電磁波通過地球大氣層時(shí)較少被反射、吸收或散射，透過電磁波通過地球大氣層時(shí)較少被反射、吸收或散射，透過率較高的波段，稱為大氣窗口。率較高的波段，稱為大氣窗口。（1）可攝影波段）可攝影波段0.31.3m，紫外、可見光、近紅外；，紫外、可見光、近紅外；（2）近紅外波段）近紅外波段1.52.5m，1.51.75m和和2.12.4m；（3）中紅外波段）中紅外波段3.05.0m，3.54.2m和和4.65.0m；（4）遠(yuǎn)紅外波段）遠(yuǎn)紅外波段8.014.0m；（5）微波波段）微波波段0.8100cm。1、選擇大氣

4、窗口。、選擇大氣窗口。2、認(rèn)識(shí)大氣傳輸對遙感圖像判讀的影響：、認(rèn)識(shí)大氣傳輸對遙感圖像判讀的影響：大氣散射使短大氣散射使短波波段（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，使景物反差減小；減??；大氣的吸收使長波波段（如大氣的吸收使長波波段（如0.8-1.1m）減低亮度。）減低亮度。3、為圖像恢復(fù)或輻射校正提供依據(jù)。、為圖像恢復(fù)或輻射校正提供依據(jù)。21/22 可見光與近紅外波段遙感圖像上的信息來自地物反射特可見光與近紅外波段遙感圖像上的信息來自地物反射特性。性。 中紅外波段遙感圖像上既有地表反射太陽輻射的信息，中紅外波段遙感圖像上既有地表反射太陽輻射的信息，

5、也有地球自身熱輻射的信息。也有地球自身熱輻射的信息。 遠(yuǎn)紅外波段遙感圖像上的信息來自地物本身的輻射特征。遠(yuǎn)紅外波段遙感圖像上的信息來自地物本身的輻射特征。地物波譜：物體在同一時(shí)間、空間條件下，其發(fā)射、反射、地物波譜：物體在同一時(shí)間、空間條件下，其發(fā)射、反射、吸收和透射電磁波的特性是波長的函數(shù)，以橫坐標(biāo)代表波吸收和透射電磁波的特性是波長的函數(shù)，以橫坐標(biāo)代表波長、以縱坐標(biāo)代表光譜反射率或光譜亮度系數(shù)作出的相關(guān)長、以縱坐標(biāo)代表光譜反射率或光譜亮度系數(shù)作出的相關(guān)曲線，即為地物的波譜曲線。曲線，即為地物的波譜曲線。地物波譜是遙感識(shí)別地物的地物波譜是遙感識(shí)別地物的主要依據(jù)。曲線形態(tài)、反射峰、吸收谷等。主要

6、依據(jù)。曲線形態(tài)、反射峰、吸收谷等。反射波譜：是某物體的反射率（或反射輻射能）隨波長變反射波譜：是某物體的反射率（或反射輻射能）隨波長變化的規(guī)律的曲線?；囊?guī)律的曲線。地物的反射波譜限于紫外、可見光和近地物的反射波譜限于紫外、可見光和近紅外波段。紅外波段。發(fā)射波譜：是某物體的輻射發(fā)射率隨波長變化的規(guī)律的曲發(fā)射波譜：是某物體的輻射發(fā)射率隨波長變化的規(guī)律的曲線。線。地物的發(fā)射率與地物表面的粗糙度、顏色和溫度有關(guān)。地物的發(fā)射率與地物表面的粗糙度、顏色和溫度有關(guān)。水體波譜特征水體波譜特征植被波譜特征植被波譜特征巖石波譜特征巖石波譜特征土壤波譜特征土壤波譜特征城市地物波譜特征城市地物波譜特征水是低反射體，

7、純凈水的反射率隨波長增加而減小。水體水是低反射體，純凈水的反射率隨波長增加而減小。水體在藍(lán)綠光波段有較強(qiáng)反射，在其它可見光波段吸收都很強(qiáng)，在藍(lán)綠光波段有較強(qiáng)反射，在其它可見光波段吸收都很強(qiáng)，至紅外幾乎全部被吸收。至紅外幾乎全部被吸收。（1）在可見光波段的）在可見光波段的0.55m（綠光）處有一個(gè)小的反射（綠光）處有一個(gè)小的反射峰，在峰，在0.67 m附近（紅光波段）有一個(gè)吸收谷。附近（紅光波段）有一個(gè)吸收谷。（2）在近紅外波段（）在近紅外波段（0.76-1.3m）為高反射，在）為高反射，在0.7m處處反射率迅速增大，至反射率迅速增大，至1.1處有峰值，反射率最大可達(dá)處有峰值，反射率最大可達(dá)50

8、，形成植被的獨(dú)有特征。形成植被的獨(dú)有特征。（3）1.3-2.5m受植物含水量影響，吸收率增加，反射率受植物含水量影響，吸收率增加，反射率下降，特別以下降，特別以1.45m、1.95m和和2.7m為中心是水的吸收為中心是水的吸收帶，形成幾個(gè)低谷。帶，形成幾個(gè)低谷。同一地點(diǎn)的相同地物，其波譜特征會(huì)隨時(shí)間而產(chǎn)生一定的同一地點(diǎn)的相同地物，其波譜特征會(huì)隨時(shí)間而產(chǎn)生一定的變化，這種由于時(shí)間推移而導(dǎo)致的地物電磁波譜特征的變變化，這種由于時(shí)間推移而導(dǎo)致的地物電磁波譜特征的變化，稱為地物波譜的時(shí)間效應(yīng)?；?，稱為地物波譜的時(shí)間效應(yīng)。利用時(shí)間效應(yīng)可以進(jìn)行遙利用時(shí)間效應(yīng)可以進(jìn)行遙感動(dòng)態(tài)分析。感動(dòng)態(tài)分析。 同一在同一時(shí)

9、刻、同一類地物，由于其所處的地理位置不同一在同一時(shí)刻、同一類地物，由于其所處的地理位置不同，其波譜特征可能存在一定差異，這種由于空間位置不同，其波譜特征可能存在一定差異，這種由于空間位置不同導(dǎo)致同類地物之間波譜特征的變化，叫做地物波譜特征同導(dǎo)致同類地物之間波譜特征的變化，叫做地物波譜特征的空間效應(yīng)。的空間效應(yīng)。四、色度學(xué)四、色度學(xué) 顏色的本質(zhì)顏色的本質(zhì) 彩色三要素與顏色立體彩色三要素與顏色立體 亮度對比與顏色對比亮度對比與顏色對比 三基色原理三基色原理 彩色合成與色度圖彩色合成與色度圖 彩色模式與彩色變換彩色模式與彩色變換 多光譜遙感記錄彩色多光譜遙感記錄彩色顏色的本質(zhì)顏色的本質(zhì) 顏色是可見光

10、作用到人眼中，并刺激了色覺神經(jīng)而產(chǎn)生的顏色是可見光作用到人眼中，并刺激了色覺神經(jīng)而產(chǎn)生的一種主觀感覺。一種主觀感覺。 所有顏色都是對某段波長有選擇地反射而對其它波長吸收所有顏色都是對某段波長有選擇地反射而對其它波長吸收的結(jié)果。的結(jié)果。 可見光的波長不同，產(chǎn)生的色覺不同：可見光的波長不同，產(chǎn)生的色覺不同：0.7m為紅色，為紅色，0.58 m為黃色，為黃色，0.51 m為綠色，為綠色，0.47 m為藍(lán)色。為藍(lán)色?？梢姽獠ǘ慰梢姽獠ǘ?.38-0.76m作用于人眼視網(wǎng)膜，能引起視覺現(xiàn)象。作用于人眼視網(wǎng)膜，能引起視覺現(xiàn)象。紅外光只能引起灼熱感；紫外光讓人產(chǎn)生疼痛感。紅外光只能引起灼熱感；紫外光讓人產(chǎn)生

11、疼痛感。顏色分消色（黑白）與彩色。顏色分消色（黑白）與彩色。對入射光各種波長的單色光都是非選擇性吸收與反射的物體，對入射光各種波長的單色光都是非選擇性吸收與反射的物體，稱為消色體。反射強(qiáng)時(shí)為白色、反射低時(shí)為灰色。稱為消色體。反射強(qiáng)時(shí)為白色、反射低時(shí)為灰色。對入射光各種波長的單色光進(jìn)行選擇性吸收與反射的物體，對入射光各種波長的單色光進(jìn)行選擇性吸收與反射的物體，稱為彩色體。正常人可識(shí)別稱為彩色體。正常人可識(shí)別100多種不同的顏色。多種不同的顏色。彩色三要素1.1.色調(diào)（色調(diào)（Hue)Hue)2.2.飽和度飽和度(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，由暗到明順序?yàn)椋河砂档矫黜樞驗(yàn)椋汉?、深黑、淺黑、淡黑、深灰、灰、淺灰、淡灰、灰白、白。黑、深黑、淺黑、淡黑、深灰、灰、淺灰、淡灰、灰白、白。色調(diào)（色調(diào)（Hue)：顏色類別，色彩彼此相互區(qū)分的特性。物體的：顏色類別，色彩彼此相互區(qū)分的特性。物體的色調(diào)取決于光源的光譜組成和物體表面所反射各波長輻射量色調(diào)取決于光源的光譜組成和物體表面所反射各波長輻射量的比例。一定波長的光譜或其混合對應(yīng)確定的顏色，但一定的比例。一定波長的光譜或其混合對應(yīng)確定的顏色，但一定的顏色卻可以由多種光譜混合形成。的顏

13、色卻可以由多種光譜混合形成。飽和度飽和度(Saturation)：是色彩純凈的程度、白色的數(shù)量，即光：是色彩純凈的程度、白色的數(shù)量，即光譜中波長段是否窄，頻率是否單一的表示。與色光中是否混譜中波長段是否窄，頻率是否單一的表示。與色光中是否混有白光以及白光占有的比例有關(guān)。單色光飽和度最高。有白光以及白光占有的比例有關(guān)。單色光飽和度最高。明明(亮亮)度度(Lightness或或Intensity)：是人眼對光源或物體明亮：是人眼對光源或物體明亮程度的感覺。受到人的視覺感受性和經(jīng)驗(yàn)影響。鮮艷程度，程度的感覺。受到人的視覺感受性和經(jīng)驗(yàn)影響。鮮艷程度，不同于電磁波輻射亮度。光輻射的強(qiáng)度。不同于電磁波輻射

14、亮度。光輻射的強(qiáng)度。 物體反射率越高，明度就越高。（與物體的反射率有關(guān)）物體反射率越高，明度就越高。（與物體的反射率有關(guān)）顏色立體 顏色立體：描述顏色三要素之間關(guān)系的模型。顏色立體：描述顏色三要素之間關(guān)系的模型。 1、理想顏色立體、理想顏色立體 2、孟賽爾顏色立體：、孟賽爾顏色立體：孟賽爾色相環(huán)孟賽爾色相環(huán)亮度對比與顏色對比亮度對比與顏色對比 亮度對比：亮度對比：視場中對象與背景的亮度差與背景亮度之比?；乙晥鲋袑ο笈c背景的亮度差與背景亮度之比?；疑埰诎咨尘吧习l(fā)暗、在黑色背景上發(fā)亮。色紙片在白色背景上發(fā)暗、在黑色背景上發(fā)亮。 彩色對比：彩色對比：視場中相鄰區(qū)域的不同顏色相互影響。品紅背景視

15、場中相鄰區(qū)域的不同顏色相互影響。品紅背景上小的白色紙片，注視久了白紙顯綠色，黃色背上小的白色紙片，注視久了白紙顯綠色，黃色背景上則顯藍(lán)色。顏色向背景色的補(bǔ)色轉(zhuǎn)化。景上則顯藍(lán)色。顏色向背景色的補(bǔ)色轉(zhuǎn)化。三基色原理三基色原理 三基色：三原色，若三種顏色，其中的任何一種都不能由三基色：三原色，若三種顏色，其中的任何一種都不能由其它其它 兩種顏色混合相加產(chǎn)生，這三種顏色按一定比例混兩種顏色混合相加產(chǎn)生，這三種顏色按一定比例混合，可以形成各種色調(diào)的顏色，則稱之為三原色。合，可以形成各種色調(diào)的顏色，則稱之為三原色。 任何一種彩色都可以由紅、綠、藍(lán)三基色按一定比例組合任何一種彩色都可以由紅、綠、藍(lán)三基色按一

16、定比例組合形成。它們的波長分別是：形成。它們的波長分別是：0.7m、0.5461m、0.4358m。 三原色混合的彩色只是視覺效果、而不再具有光譜的意義。三原色混合的彩色只是視覺效果、而不再具有光譜的意義。 間色：間色： 黃黃 YRG 青青(Cyan) CGB 品紅品紅(Magenta) MBR 間色可以由三基色相加得到，也可以由白光中減去三基色間色可以由三基色相加得到，也可以由白光中減去三基色得到。如得到。如W-B=YW-G=MW-R=C 。 互補(bǔ)色：若兩種顏色混合產(chǎn)生白色或灰色，則這兩種顏色互補(bǔ)色：若兩種顏色混合產(chǎn)生白色或灰色，則這兩種顏色稱為互補(bǔ)色。稱為互補(bǔ)色。紅青互補(bǔ)、黃藍(lán)互補(bǔ)、品紅綠

17、互補(bǔ)。紅青互補(bǔ)、黃藍(lán)互補(bǔ)、品紅綠互補(bǔ)。顏色的合成 加色法：采用紅、綠、藍(lán)三種色光為基色，按比例混合疊加色法：采用紅、綠、藍(lán)三種色光為基色，按比例混合疊加產(chǎn)生其它色彩的方法。是色光混合。加產(chǎn)生其它色彩的方法。是色光混合。 減色法：從自然光（白光）中減去一種或兩種基色光而產(chǎn)減色法：從自然光（白光）中減去一種或兩種基色光而產(chǎn)生色彩的方法。染料混合。彩色攝影、彩色印刷打印、美生色彩的方法。染料混合。彩色攝影、彩色印刷打印、美術(shù)顏料的配色。減法三原色是加法三原色的補(bǔ)色。黃、品術(shù)顏料的配色。減法三原色是加法三原色的補(bǔ)色。黃、品紅、青色。紅、青色。遙感中常用的彩色攝影可以使用濾光片。藍(lán)濾光片透過藍(lán)遙感中常用

18、的彩色攝影可以使用濾光片。藍(lán)濾光片透過藍(lán)光、黃濾光片透過黃光，白光通過這兩種濾光片后透過的光、黃濾光片透過黃光，白光通過這兩種濾光片后透過的是二者共同透過的綠光部分。是二者共同透過的綠光部分。色度圖（混色圖） 顏色相加的原理可以用色度圖來表現(xiàn)，比加色法示意圖更顏色相加的原理可以用色度圖來表現(xiàn)，比加色法示意圖更接近實(shí)際情況。接近實(shí)際情況。 根據(jù)基色相加的原理，任何一種顏色的光，當(dāng)匹配的各波根據(jù)基色相加的原理，任何一種顏色的光，當(dāng)匹配的各波長光譜能量相同（等能光譜）時(shí)，都可以計(jì)算出其所需要長光譜能量相同（等能光譜）時(shí)，都可以計(jì)算出其所需要的紅、綠、藍(lán)三原色的數(shù)量值，用一個(gè)色度點(diǎn)來表示。的紅、綠、藍(lán)

19、三原色的數(shù)量值，用一個(gè)色度點(diǎn)來表示。 x=R, y=G, z=B，則，則x+y+z=1。 在在x-y坐標(biāo)內(nèi)，光譜曲線的軌跡呈舌形曲線、每一點(diǎn)對應(yīng)坐標(biāo)內(nèi)，光譜曲線的軌跡呈舌形曲線、每一點(diǎn)對應(yīng)不同的色調(diào)（光波波長）。中心為白色，不同的色調(diào)（光波波長）。中心為白色，x=y=z=1/3。中。中心與曲線上點(diǎn)的連線表示飽和度、邊線上飽和度最大。心與曲線上點(diǎn)的連線表示飽和度、邊線上飽和度最大。馬蹄形范圍內(nèi)所包含的各點(diǎn)都可以由真實(shí)光馬蹄形范圍內(nèi)所包含的各點(diǎn)都可以由真實(shí)光線產(chǎn)生物理上的顏色。任何顏色在色度圖中線產(chǎn)生物理上的顏色。任何顏色在色度圖中都有確定的位置，在馬蹄形曲線上表示出色都有確定的位置，在馬蹄形曲線

20、上表示出色調(diào)。從調(diào)。從C點(diǎn)引線交于光譜曲線上得到色調(diào)。點(diǎn)引線交于光譜曲線上得到色調(diào)。AB線上不是原有光譜色，如紅、品紅、紫，線上不是原有光譜色，如紅、品紅、紫，無對應(yīng)的波長，是混色。過無對應(yīng)的波長，是混色。過C點(diǎn)交曲線上兩點(diǎn)交曲線上兩個(gè)點(diǎn)個(gè)點(diǎn)m，n是互補(bǔ)色。若交于是互補(bǔ)色。若交于AB線上，則白線上，則白光可以由兩種以上色光產(chǎn)生。光可以由兩種以上色光產(chǎn)生。540nm-700nm間為直線，二色混合可產(chǎn)生間為直線，二色混合可產(chǎn)生其間任何光譜色；其間任何光譜色；380nm-540nm間為曲線，間為曲線，二色混合不能產(chǎn)生位于其光譜軌跡上的光譜二色混合不能產(chǎn)生位于其光譜軌跡上的光譜色色,只能產(chǎn)生軌跡所包圍

21、的面積的顏色。只能產(chǎn)生軌跡所包圍的面積的顏色。顏色模式 RGB顏色模式：顯示器，真彩色。顏色模式：顯示器，真彩色。 CMYK顏色模式：顏色模式： HIS顏色模式：符合人們的視覺特點(diǎn)。顏色模式：符合人們的視覺特點(diǎn)。 Lab顏色模式顏色模式 色域色域CMYK顏色模式：用減色法三原色來產(chǎn)生顏色。印刷制版的顏色模式：用減色法三原色來產(chǎn)生顏色。印刷制版的顏色是青（顏色是青（Cyan）、洋紅（）、洋紅（Magenta）、黃（）、黃（Yellow）和黑）和黑（Black）。加入黑色是因?yàn)榍唷⒀蠹t和黃三色相加不會(huì)產(chǎn)生）。加入黑色是因?yàn)榍?、洋紅和黃三色相加不會(huì)產(chǎn)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顏色模式：是顏色模式：是CIE（Commission international dEclairage國際照明委員會(huì)）指定的標(biāo)示顏色的標(biāo)準(zhǔn)之一。國際照明委員會(huì)）指定的標(biāo)示顏色的標(biāo)準(zhǔn)之一。L是亮度，是亮度，a由綠至紅，由綠至紅，b由藍(lán)至黃。由藍(lán)至黃。CIE色彩模式以數(shù)學(xué)方式來色彩模式以數(shù)學(xué)方式來表示顏色，不依賴于特定的設(shè)備，可以確保輸出設(shè)備經(jīng)校正表示顏色，不依賴于特定的設(shè)備，可以確保輸出設(shè)備經(jīng)校正后所代表的顏色能保持其一致性。后所代表的顏色能保持其一致性。Lab色彩空間涵蓋了色彩空間涵蓋了RGB和和CMYK。Photoshop內(nèi)部從內(nèi)部從RGB顏色模式轉(zhuǎn)換到顏色模式轉(zhuǎn)換到CMYK顏顏色模式時(shí)是經(jīng)由色模式時(shí)是經(jīng)由Lab做中介完成的。做中介完成的?？梢姽獾纳?、正片所能表現(xiàn)的色域、顯示器、可見光的色域、正片所能表現(xiàn)的色域、顯示器、印刷油墨、不同打印機(jī)表現(xiàn)的色域各不相同?？捎∷⒂湍?、不同打印機(jī)表現(xiàn)的色域各不相同?？梢姽馍蚴謴V，而正片所能表現(xiàn)的色域只是其見光色域十分廣，而正片所能表現(xiàn)的色域只是其中大部分，顯示器或油墨，所能表現(xiàn)的色域更小。中大部分，顯示器或油