第三章 遙感光學(xué)基礎(chǔ)

第三章遙感光學(xué)基礎(chǔ)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.了解亮度對(duì)比與顏色對(duì)比、顏色的性質(zhì)。2.理解孟賽爾顏色立體。3.掌握三原色、互補(bǔ)色，掌握加色法與減色法的基本原理。4.理解色度圖。5.了解黑白影像與彩色影像6.了解基本的光學(xué)增強(qiáng)處理方法。第三章遙感光學(xué)基礎(chǔ)重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)：亮度對(duì)比與顏色對(duì)比、顏色的性質(zhì)、孟賽爾顏色立體、加色法與減色法、互補(bǔ)色與三原色、色度圖、光學(xué)增強(qiáng)處理。難點(diǎn)：顏色立體、色度圖。第一節(jié)顏色性質(zhì)與顏色立體一、光（0.38-0.76）和顏色：電磁輻射中能引起視覺(jué)反映的一定波長(zhǎng)范圍的波段稱為可見(jiàn)光譜或可見(jiàn)輻射，簡(jiǎn)稱光.

人對(duì)光的反應(yīng)是靠眼睛進(jìn)行的

人眼對(duì)不同波長(zhǎng)的光感覺(jué)是不同的

第一節(jié)顏色性質(zhì)與顏色立體一、光（0.38-0.76）和顏色：亮度對(duì)比:視場(chǎng)中對(duì)象與背景的亮度差與背景亮度之比。|L對(duì)象-L背景|C=L背景亮度對(duì)比主要用于單色黑白影像

第一節(jié)顏色性質(zhì)與顏色立體一、光（0.38-0.76）和顏色：顏色對(duì)比

在視場(chǎng)中，相鄰區(qū)域的不同顏色的相互影響叫做顏色對(duì)比。

在色度學(xué)中，當(dāng)兩種顏色混合產(chǎn)生白色或灰色時(shí)，這兩種顏色稱為互補(bǔ)色，如黃和藍(lán)、紅和青、綠和品紅均為互補(bǔ)色。

第一節(jié)遙感的光學(xué)基礎(chǔ)1顏色視覺(jué)：顏色對(duì)比:在視場(chǎng)中，相鄰區(qū)域的不同顏色相互影響。色度學(xué)中，當(dāng)兩種顏色混合產(chǎn)生白色或灰色時(shí)，這兩種顏色稱為互補(bǔ)色

第一節(jié)顏色性質(zhì)與顏色立體2顏色的性質(zhì)

：顏色的性質(zhì)由明度（Lightness,強(qiáng)度,Intensity）、色調(diào)（Hue）、飽和度(Saturation)來(lái)描述。所有顏色都是對(duì)某段波長(zhǎng)有選擇地反射而對(duì)其它波長(zhǎng)吸收的結(jié)果.明度軸和顏色環(huán)第一節(jié)顏色性質(zhì)與顏色立體3.顏色立體：

為了形象地描述顏色特性之間的關(guān)系，通常用顏色立體來(lái)表現(xiàn)一種理想化的示意關(guān)系。第一節(jié)遙感的光學(xué)基礎(chǔ)孟賽爾(Munsell)顏色立體：用孟賽爾顏色立體模型表示顏色系統(tǒng)，使顏色的劃分更為標(biāo)準(zhǔn)化。

第一節(jié)遙感的光學(xué)基礎(chǔ)孟賽爾(Munsell)顏色立體：

最高色度的情況之下的孟塞爾顏色系統(tǒng)色相環(huán)第一節(jié)遙感的光學(xué)基礎(chǔ)孟賽爾(Munsell)顏色立體：

第二節(jié)加色法與減色法減法三原色

加法三原色

色光的合成顏料的合成3.2加色法與減色法一、三原色與加色法

⒈三原色：若三種色，其中任何一種色不能通過(guò)其它兩種混合相加產(chǎn)生，且按一定比例混合可形成各種色調(diào)的顏色，則稱這三種色為三原色。Δ最優(yōu)三原色：紅、綠、藍(lán)。Δ兩種原色等量疊加得到一種補(bǔ)色。（青、品紅、黃）Δ三原色等量疊加得到白光。3.2加色法與減色法一、三原色與加色法⒉互補(bǔ)色：如果兩種色光疊加后得到白光（黑光）或灰光，則稱這兩種色為互補(bǔ)色?；パa(bǔ)色色光互補(bǔ)色：兩種顏色混合產(chǎn)生白色。顏料互補(bǔ)色：兩種顏色混合產(chǎn)生黑色。色彩的混合——加色法Δ兩種原色等量疊加得到一種補(bǔ)色。（青、品紅、黃）Δ三原色等量疊加得到白光。Δ非互補(bǔ)色不等量疊加得到兩者之間的中間色。紅（多）＋綠（少）＝橙色紅（少）＋綠（多）＝黃綠色紅+綠=黃；綠+藍(lán)=青；藍(lán)+紅=品紅加色法彩色合成合成過(guò)程：根據(jù)加色法原理，制作成各種合成儀器，選用不同波段的正片或負(fù)片組合，進(jìn)行彩色合成。合成儀法：是將不同波段的黑白透明片分別放入有紅、綠、藍(lán)濾光片的光學(xué)投影通道中精確配準(zhǔn)和重疊，生成彩色影像的過(guò)程。分層暴光法：指利用彩色膠片具有的三層乳劑，使每一層乳劑依次暴光的方法。3.2加色法與減色法二、色度圖

即三原色混合規(guī)律以二維形式的表示。進(jìn)行彩色合成舉例三、減色法——色彩的混合一般用于顏料的配制、彩色印刷、彩色相片的染印等。顏料的顏色是由于染料選擇性吸收了白光中的某些波長(zhǎng)，反射出白光中未被吸收的色光而產(chǎn)生。黃＝白－藍(lán)＝紅＋綠＝黃青＝白－紅＝藍(lán)＋綠＝青

三種顏料等量混合，白光中的紅、綠、藍(lán)全部被吸收，所以呈現(xiàn)黑色§3.3黑白影像與彩色影像§3.3黑白影像與彩色影像偽彩色合成（增強(qiáng)）定義：把單波段灰度圖像中的不同灰度級(jí)按照特定的函數(shù)關(guān)系變換成彩色，然后進(jìn)行彩色圖像顯示的方法，主要通過(guò)密度分割方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。偽彩色增強(qiáng)是將一個(gè)波段或單一的黑白圖像變換為彩色圖像，從而把人眼不能區(qū)分的微小的灰度差別顯示為明顯的色彩差異，更便于解譯和提取有用信息。偽彩色增強(qiáng)的方法主要有以下三種：密度分割法、空間域灰度級(jí)－彩色變換、頻率域偽彩色增強(qiáng)真彩色合成（增強(qiáng)）彩色合成中選擇的波段的波長(zhǎng)與紅綠藍(lán)的波長(zhǎng)相同或者近似，那么得到的圖像的顏色與真彩色近似，這種合成方法成為真彩色合成。如TM波段賦予紅、綠、藍(lán)三色合成假彩色合成（變換）空間域灰度級(jí)：彩色變換是一種更為常用的、比密度分割更有效的假彩色增強(qiáng)法。它是根據(jù)色度學(xué)的原理，將原圖像的灰度分段經(jīng)過(guò)紅、綠、藍(lán)三種不同變換，變成三基色分量，然后用它們分別去控制彩色顯示器的紅、綠、藍(lán)電子槍，便可以在彩色顯示器的屏幕上合成一幅彩色圖像。彩色的含量由變換函數(shù)的形狀而定。模擬真彩色合成由于藍(lán)光容易受大氣中的氣溶膠的影響，有些傳感器舍棄了藍(lán)波段，因此通過(guò)彩色合成無(wú)法達(dá)到真彩色圖像。可以通過(guò)某些形式的運(yùn)算得到模擬的紅、綠、藍(lán)3個(gè)通道，然后通過(guò)彩色合成近似產(chǎn)生真彩色圖像?！?.3黑白影像與彩色影像一、黑白片感光原理

（1）感光：形成潛影中心。（2）顯影：曝光的鹵化銀還原成銀。（3）定影：將殘留在乳膠層中的鹵化銀去掉，形成負(fù)片（底片）。洗印相片時(shí)使光透過(guò)負(fù)片照在相紙上，經(jīng)過(guò)同樣的曝光、顯影、顯影形成正片，即影像?！?.3黑白影像與彩色影像二、彩色影像片生成原理：彩色攝影片合成原理感光材料是膠片（遙感中常用的膠片是全色片、天然彩色片、彩色紅外片等。它們的感光范圍各不相同。

）和印像紙的通稱。由感光乳劑層和片基組成。黑白片有單層感光乳劑，彩色片有三層感光乳劑?！?.3黑白影像與彩色影像感光材料的性能指標(biāo)：（1）感光度：感光的快慢程度。（2）反差(感光材料的乳劑層上使影像表達(dá)出所攝物體各部分在光量方面差別的能力，稱為乳劑的反差，即黑白差。感光材料特性曲線的直線段斜率為反差系數(shù))：最大光學(xué)密度與最小光學(xué)密度之差。（3）分辨率：對(duì)景物細(xì)微部分的表現(xiàn)能力，用線對(duì)數(shù)(mm)表示。航攝選用感光度高、反差適中、有較高分辨率的感光材料。§3.3黑白影像與彩色影像二、彩色影像片生成原理

彩色紅外像片合成原理由地物反射的光線進(jìn)入攝影機(jī)鏡頭，使彩色紅外感光底片產(chǎn)生光化學(xué)反應(yīng)，由該底片印出的像片稱為彩紅外像片。彩色紅外感光片有感綠、感紅和感紅外層。因此不受大氣散射藍(lán)光的影響，像片清晰度很高，適合城市航空攝影。§3.3黑白影像與彩色影像二、彩色影像片生成原理：彩色紅外像片合成原理在彩紅外航片上：植被在彩紅外像片上表現(xiàn)為不同程度的品紅到紅色。因?yàn)榻t外段的光譜反射率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于它在可見(jiàn)光波段的光譜反射率。水在彩紅外像片上表現(xiàn)為藍(lán)到青色(清水呈藍(lán)色，濁水呈青色)。城市呈現(xiàn)內(nèi)部有縱橫紋理的青色。公園、綠化帶呈品紅到紅色。濕地呈青色。干旱裸地和沙漠都呈黃色。雪和云都呈白色。彩紅外航攝像片生成原理§3.4遙感光學(xué)處理簡(jiǎn)介一、利用加色法或減色法實(shí)現(xiàn)彩色合成：加色法：合成儀法、分層曝光法減色法：染印法、印刷法、重氮法等二、光學(xué)增強(qiáng)處理：改變對(duì)比度、顯示動(dòng)態(tài)變化、邊緣突出、密度分層、專題提取等。三、光學(xué)信息處理：光柵濾波等（2）減色法彩色合成利用減色法原理使白光經(jīng)過(guò)多種乳劑或染料或?yàn)V色片透明片等而反射或透射出來(lái)的合成彩色是減色法彩色合成。染印法：是使用特別浮雕片、接收紙和沖顯染印藥制作彩色合成影像的方法。印刷法：是利用普通膠印設(shè)備，直接使用不同波段的遙感底片和黃、品、青三種油墨，經(jīng)分色、加網(wǎng)、制版，套印成彩色合成圖像。重氮法：是利用重氮鹽的化學(xué)反應(yīng)處理彩色單波段影像透明片的方法。光學(xué)增強(qiáng)處理相關(guān)掩膜處理方法：指對(duì)于幾何位置完全配準(zhǔn)的原片,利用感光條件和攝影處理的差別,制成不同密度,不同反差的正片或負(fù)片,通過(guò)它們的各種不同疊加方案,改變?cè)杏跋竦娘@示效果,達(dá)到信息增強(qiáng)目的的方法。（1）改變對(duì)比度：使用兩張同波長(zhǎng)同地區(qū)的負(fù)片（或正片）進(jìn)行合成，一張反差適中，另一張反差較小，合成后反差一般加大，從而提高了對(duì)比度。（2）顯示動(dòng)態(tài)變化：不同時(shí)相同一地區(qū)的正負(fù)片影像疊合掩膜，當(dāng)被疊合影像反差相同時(shí)，凡密度發(fā)生變化的部分就是動(dòng)態(tài)變化的位置。這種方法又叫比值影像法。（3）邊緣突出：目的在于突出線性特征。先將兩張反差相同的正片和負(fù)片重合，配準(zhǔn)后，再沿希望突出的線性特征的垂直方向錯(cuò)位。這樣得到的底片或相片上會(huì)在線性位置產(chǎn)生黑白條的假陰影，產(chǎn)生立體感。光學(xué)信息處理（1）圖像的相加和相減光柵濾波法實(shí)現(xiàn)圖像的相加減：當(dāng)滿足：一，兩個(gè)圖像所發(fā)出的光波在空間重疊；二，兩個(gè)光波同位相或反位相。則可以實(shí)現(xiàn)圖像加減。原理：兩列光波相干涉而迭加，如果兩列光波在空間重疊并且同位相，則圖像相加。如果兩列光波在空間重疊且反相，則圖像相減。光學(xué)信息處理（2）遙感黑白影像的假彩色編碼