《遙感導(dǎo)論》第四章1

1、第四章 遙感圖像處理4.1 光學(xué)原理與光學(xué)處理4.2 數(shù)字圖像的校正4.3 數(shù)字圖像增強(qiáng)4.4 多源信息復(fù)合4.1 光學(xué)原理與光學(xué)處理1 1 顏色的性質(zhì)和顏色立體顏色的性質(zhì)和顏色立體2 2 加色法與減色法加色法與減色法補(bǔ)充：遙感數(shù)字影像的表現(xiàn)形式：補(bǔ)充：遙感數(shù)字影像的表現(xiàn)形式：黑白影像與彩色影像黑白影像與彩色影像光學(xué)處理（了解）光學(xué)處理（了解）4.1.1 4.1.1 顏色視覺顏色視覺光和顏色光和顏色n電磁波譜中0.38-0.76m的波段能引起人的視覺，稱為可見光, 簡稱光n可見光加上紫外和紅外部分來自原子和分子的發(fā)光輻射，稱為光學(xué)輻射n-光學(xué)遙感n光與色有什么不同？n光是色的源泉，色是光的表現(xiàn)

2、?！拔骞馐?.1.1 4.1.1 顏色視覺顏色視覺( (一一)亮度對比亮度對比n亮度對比：視場中對象與背景的亮度差與背景亮度之比 C=（L對象-L背景）/L背景n選擇適宜的對象及背景的亮度，可以提高對比，從而提高視覺效果。n兩個(gè)或多個(gè)對象間的對比，即C=L對象/L對象亮度對比例子亮度對比例子高度對比度合適高度對比度合適亮度對比度過量亮度對比度過量4.1.1 4.1.1 顏色視覺（一）顏色視覺（一）顏色對比顏色對比n顏色對比顏色對比：在視場中，相鄰區(qū)域的不同顏色相互影響。：在視場中，相鄰區(qū)域的不同顏色相互影響。 受受視覺影響很大視覺影響很大n兩種顏色互相影響的結(jié)果，使每種顏色向其影響色的補(bǔ)色

3、兩種顏色互相影響的結(jié)果，使每種顏色向其影響色的補(bǔ)色變化。兩種顏色的邊界，對比現(xiàn)象更加明顯。變化。兩種顏色的邊界，對比現(xiàn)象更加明顯。n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)，這兩種顏色稱為顏色稱為互補(bǔ)色互補(bǔ)色。n藍(lán)是黃的補(bǔ)色，青是紅的補(bǔ)色，品紅是綠的補(bǔ)色。藍(lán)是黃的補(bǔ)色，青是紅的補(bǔ)色，品紅是綠的補(bǔ)色。n人眼能分辨一百多種不同顏色，彩色圖象能表現(xiàn)更豐富的人眼能分辨一百多種不同顏色，彩色圖象能表現(xiàn)更豐富的信息量。信息量。4.1.1 4.1.1 顏色視覺顏色視覺( (二二)顏色的性質(zhì)顏色的性質(zhì)n 顏色描述對遙感圖象很重要，顏色變換是遙感圖象處理的重要

4、方法。n 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n 顏色的性質(zhì)由明度、色調(diào)、飽和度來描述y明度（Lightness, 強(qiáng)度, Intensity）y色調(diào)（Hue）y飽和度(Saturation)4.1.14.1.1顏色視覺顏色視覺( (二二)顏色的性質(zhì)：顏色的性質(zhì)：明度明度(Lightness)n明度：是人眼對光源或物體明亮程度的感覺。與電磁波輻射亮度的概念不同，明度受人的視覺感受性和經(jīng)驗(yàn)影響。n物體反射率越高，明度就越高。白比灰明度高，黃比紅明度高n光源：亮度越大，明度越高n黑白圖象：灰度、灰階白淺灰中灰深灰黑（a a）明度軸）明度軸灰度（明度）、灰階灰度（明度）、灰階4.

5、1.1 4.1.1 顏色視覺顏色視覺( (二二)顏色的性質(zhì)：色調(diào)顏色的性質(zhì)：色調(diào)(Hue)(Hue)n色調(diào)：是色彩彼此間相互區(qū)分的特性?？梢姽獠ǘ蔚牟煌ㄩL刺激人眼產(chǎn)生了不同色彩（紅紫）的感覺。顏色環(huán)顏色環(huán)n從紅到紫是可見光譜上存在的顏色，每種顏色對應(yīng)一個(gè)波長值，是光譜色光譜色。n有時(shí)刺激人眼的光波不是單一波長，而是一些波一些波長的組合長的組合，也可構(gòu)成一些顏色，但它們找不到對應(yīng)的波長值，不叫光譜色。4.1.1 4.1.1 顏色視覺顏色視覺( (三三)顏色的性質(zhì)：飽和度顏色的性質(zhì)：飽和度( (Saturation) )n飽和度：是彩色純潔的程度，即光譜中波長段是否窄，頻率是否單一的表示。對于光

6、源，發(fā)出的若是單色光就是最飽和的彩色，如激光。對于物體顏色，如果物體對光譜反射性有很高的選擇性，只反射很窄的波段則飽和度高。n如果光源或物體反射光在某種波長中混有許多其它波長的光或混有白光則飽和度變低。n黑白色只用明度描述，不用色調(diào)、飽和度描述。彩色彩色 IH S4.1.1 4.1.1 顏色視覺（三）顏色視覺（三）顏色立體（球形）顏色立體（球形）n球形明度-色度-飽和度色彩坐標(biāo)系n垂直坐標(biāo)軸代表亮度n圓周代表色調(diào)，色度值從紅色中點(diǎn)處的0開始，沿著球體圓周的逆時(shí)針方向增加n飽和度描述了色彩的純度 4.1.1 4.1.1 顏色視覺（三）顏色視覺（三）顏色立體（錐形）顏色立體（錐形）n中間垂直軸代表

7、明度n中間水平面的圓周代表色調(diào)n圓周上的半徑大小代表飽和度4.1.1 4.1.1 顏色視覺（三）顏色視覺（三）顏色立體顏色立體( (孟賽爾顏色立體孟賽爾顏色立體) )4.1.2 4.1.2 加色法與減色法加色法與減色法( (一一) )：顏色相加原理：顏色相加原理n三原色：若三種顏色，其中的任一種都不能由其余二種顏色混合相加產(chǎn)生，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。實(shí)驗(yàn)證明，紅、綠、藍(lán)三種顏色是最優(yōu)的三原色。n由三原色混合，可以產(chǎn)生其他顏色，稱為加色法。n互補(bǔ)色：若兩種顏色混合產(chǎn)生白色或灰色 , 這兩種顏色就稱為互補(bǔ)色。4.1.2 4.1.2 加色法與減色法加色法與減

8、色法( (二二) )：色度圖：色度圖n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，因?yàn)槊糠N波長的光都可以用紅綠藍(lán)三原色相加產(chǎn)生。n對任何一種顏色的光，當(dāng)匹配的各波長光譜能量相同（等能光譜）時(shí)，都可以推算出其所需要的紅綠藍(lán)三原色的數(shù)量值。n所有光譜色混合時(shí)，即形成等能光譜中的白光，且白光時(shí)由相同數(shù)量的紅綠藍(lán)三原色組成。n設(shè)光的總能量為1，則白光由三原色各1/3構(gòu)成，即紅=綠=藍(lán)=1/3白，紅+綠+藍(lán)=白n根據(jù)上述原理，設(shè)計(jì)了色度圖n左圖代表色度圖上的色彩分布n其中，x: 紅色的比例； y: 綠色的比例；藍(lán)色比例可由x+y+z=1導(dǎo)出n弧形曲線代表光譜，線上每一點(diǎn)代表一種波長（

9、nm）和光譜顏色，曲線包圍的部分及直線部分代表非光譜色。n色度圖可以粗略推算兩種顏色相混合得到的中間色，M和N兩種顏色按照一定比例合成，一定能得到MN連線上的中間色K（只要比例合適，MN上其他的點(diǎn)也可得到）n連接C點(diǎn)與色度圖曲線內(nèi)的一點(diǎn)，可得該點(diǎn)的光譜，例如連接C與K，可得K點(diǎn)的光譜色(0.573um)n該點(diǎn)距離C點(diǎn)的遠(yuǎn)近反映了C點(diǎn)的飽和度n過C點(diǎn)的直線與邊緣交于兩個(gè)點(diǎn)，則兩個(gè)點(diǎn)對應(yīng)的顏色一定是互補(bǔ)色，兩者混合可產(chǎn)生白光。4.1.2加色法與減色法加色法與減色法(三三)：減色法：減色法n減色法是從自然光（白光）中，減去一種或二種基色光而生成色彩的方法。n顏料本身的色彩是由于本身選擇性地吸收了入射

10、自然光中一定波長的光，反射出未被吸收的色光而呈現(xiàn)出本身的色彩。n例如，黃色顏料是由于本身吸收了自然光中的藍(lán)色光，反射出未被吸收的紅光和綠光疊加混合的結(jié)果；品紅顏料是由于吸收了自然光中的綠光，反射出紅光和藍(lán)光相加的結(jié)果；同樣，青顏料是由于吸收了自然光中的紅光成分，反射藍(lán)光與綠光的結(jié)果。4.1.2加色法與減色法加色法與減色法(三三)：減法三原色n減法三原色：指加法三原色的補(bǔ)色，即黃、品紅和青色。n用白光由紅、綠、藍(lán)三色組成這種理想模型來理解，可以認(rèn)為黃色，是減去藍(lán)色的的紅綠組合；同樣地，品紅色是減去綠色的紅藍(lán)組合，青色是減去紅色的藍(lán)綠組合。這樣，黃、品紅、青便是減色法的三原色。n將彩色涂料的三色疊

11、加時(shí)，由于光線依次通過減紅、減綠、減藍(lán)層就成黑色。只有當(dāng)涂料濃度不夠，減色不徹底時(shí)才會(huì)出現(xiàn)灰白色，但這仍是減色法而不是加色法。補(bǔ)充：遙感數(shù)字圖像的表現(xiàn)形式補(bǔ)充：遙感數(shù)字圖像的表現(xiàn)形式黑白、彩色黑白、彩色遙感影像常以照片（或數(shù)字影像）來表現(xiàn):n單波段或全色波段表現(xiàn)為黑白圖像，n三波段組合表現(xiàn)為彩色影像彩色：n真彩色(true color)：（三波段組合）n假彩色(false color)：（三波段組合）n偽彩色(pseudo color)y偽彩色 (pseudocolor): 灰度圖像的彩色表示或顯示n黑白影像與彩色影像黑白影像與彩色影像 遙感影像常常用照片來表現(xiàn)，單波段單波段或全色波段表現(xiàn)為黑

12、白影像，三波段三波段組合表現(xiàn)為彩色影像。無論是光學(xué)處理，還是以計(jì)算機(jī)處理為主的情況下，處理結(jié)果常形成底片底片（負(fù)片）或照片照片（正片）。一些回收式衛(wèi)星其數(shù)據(jù)也是以膠片形式記錄膠片形式記錄。因此，有必要學(xué)習(xí)黑白影像和彩色影像的制作原理。單波段單波段三波段三波段 一、黑白一、黑白( (彩彩) )片感光原理片感光原理 照相的第一步是感光照相的第一步是感光，第二步是顯影第二步是顯影 。第三步為定影第三步為定影，定影液把顯影后殘留在乳膠層中鹵化銀去掉，形成負(fù)片負(fù)片 。 洗印像片時(shí)使光透過負(fù)片照在像紙上，經(jīng)過同樣的曝洗印像片時(shí)使光透過負(fù)片照在像紙上，經(jīng)過同樣的曝光、顯影、定影過程形成正片光、顯影、定影過程

13、形成正片。負(fù)片黑處透過光弱，在正片上發(fā)白，負(fù)片白處透過光強(qiáng)，在正片上發(fā)黑。因此正片反映的黑白程度與自然景物相比，經(jīng)過兩次相反變換變成經(jīng)過兩次相反變換變成一致。一致。n彩色影像片生成原理：彩色合成與假彩色合成彩色影像片生成原理：彩色合成與假彩色合成 遙感影像的生成分二步走。 首先在航空或航天遙感的傳感器中分波段接受地面上地物的信息。 第二步是利用三個(gè)波段的黑白底片加色合成為彩色影像。 TM1(0.45-0.52)藍(lán)波段藍(lán)波段2(0.52-0.60)綠波段綠波段3(0.63-0.69)紅波段紅波段4(0.76-0.90)近紅外波段近紅外波段5(1.55-1.75)近紅外波段近紅外波段7(2.08-

14、2.35)近紅外波段近紅外波段真彩色：真彩色：TM321假彩色假彩色TM432 TM741二、光學(xué)增強(qiáng)處理二、光學(xué)增強(qiáng)處理1.1. 利用加色法或減色法實(shí)現(xiàn)彩色合成利用加色法或減色法實(shí)現(xiàn)彩色合成 （1 1）加色法彩色合成加色法彩色合成：主要：主要 制作各種合成儀器，選用不制作各種合成儀器，選用不同波段的正片或負(fù)片組合，進(jìn)行彩色合成。同波段的正片或負(fù)片組合，進(jìn)行彩色合成。 根據(jù)儀器類別可以將圖像處理方法分為：根據(jù)儀器類別可以將圖像處理方法分為： 合成儀法合成儀法 分層曝光法分層曝光法2.2.光學(xué)增強(qiáng)處理光學(xué)增強(qiáng)處理 相關(guān)掩摸處理方法：相關(guān)掩摸處理方法：對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(稱為模片)，通過它們的各種不同疊加方案改變原有影像的顯示效果，達(dá)到信息增強(qiáng)的目的。n 改變對比度：n 邊緣突出：n顯示動(dòng)態(tài)變化：n密度分層：n 專題抽取3.光學(xué)信