光学-第4章遥感图像处理

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1、第4章 遥感图图像处处理4.1 光学原理与光学处理 4.2 数字图像的校正 4.3 数字图像增强 4.4 多源信息复合 光学辐射：可见光波段、紫外、红外波段来自于原子 和分子的发光辐射，成为光学辐射。 紫外线使眼睛产生疼痛感，红外线产生灼热感，都不 会使人的视觉产 生如颜色、形状等的视觉印象。 严格的说，只有能够被眼睛感觉到的、并产生视觉 现象的辐射才是可见辐射或可见光，简称光。4.1 光学原理与光学处理 1、颜色视觉 2、加色法与减色法 3、光学增强处理颜颜色视觉视觉 物体的颜色取决于： 发光体：发出光所具有的波长 非发光体：对可见光各波段的吸 收、反射和透射 不透明地物：对可风见 光的吸收

2、和反射 物体对可见光的各波段具有选择性的吸收和反射，则 产生了彩色 物体对可见光的各波段不具有选择性的吸收的反射， 即对各波段具有等量吸收和反射，则产生非彩色 所有颜色都是对某段波长有选择的反射而对其它波 段吸收的结果。颜颜色视觉视觉 1、亮度对比和颜色对比 亮度对比（对象相对于背景的明亮程度）是视场中对象与背景的亮度差与背景亮度之比。记作 ：C|L对象L背景| / L背景。选择适宜的对象及背 景亮度，可以提高对比，从而提高视觉效果。在遥感 影像中，亮度对比主要用于单色黑白影像。颜颜色视觉视觉 颜色对比在视场中，相邻区域的不同颜色的相互影响叫做颜色 对比。颜色的对比受视觉的影响很大。在两种颜色

3、的 边界，对比现象更为明显。两种颜色相互影响的结果，使每种颜色会向其影响色 的补色变化。颜颜色视觉视觉 2、颜色的性质明度(Luminance)：色彩的相对明暗，指的是接收到 光的物理表面的反射程度，实为人眼对光源或物体明 亮程度的感觉。 物体反射率越高，明度越高（色彩越明亮） 光源亮度越大，明度越高 明度不等于亮度。根据光度学的概念，亮度是可以用 光度计测量的、与人视觉无关的客观数值，而明度则 是颜色的亮度在人们视觉 上的反映，明度是从感觉上 来说明颜色性质的。颜颜色视觉视觉 2、颜色的性质色调(Hue)：是色彩彼此相互区分的特性。可见光谱段的 不同波长刺激人眼产生了红橙黄绿青蓝紫等彩色的感

4、觉。 多数情况下刺激人眼的光波不是单一的波长，而常常是一 些波长的组合，对于光源，则是不同波长的亮度组合，对 于反射物体是不同反射率的不同波长的组合，共同刺激人 眼产生组合后的颜色感觉。 物体的色调决定于物体向外辐射的光谱组成，不透明 物体的颜色是怎么来的呢?是因为物体对照射在物体上的光 产生选择性反射，如对0.6 以上的波长反射率很高，则物 体看起来是红色，如果物体反射0. 5 左右的辐射，这一物 体看起来是绿色。所有颜色都使对某段波长有选择地反射 而对其他波长吸收的结果。颜颜色视觉视觉 2、颜色的性质饱和度(Saturation)：是彩色纯洁的程度。即光谱 中波长段是否窄，频率是否单一的表

5、示。对于光源： 若发出的若是单色光就是最饱和的彩色，如激光。各 种光谱色都是饱和色。对于物体颜色，如果物体对反 射具有很高的选择性，只反射很窄的的波段则饱和度 高。若光源或物体反射光在某波段中混有许多其他的 波长的光或混有白光，则饱和度变低。白光成分过大 时，彩色消失成白光。 物体色的饱和度取决于该物体表面选择性反射光谱辐 射能力。物体对光谱某一较窄波段的反射率高，而对 其它波长的反射率很低或没有反射，则表明它有很高 的选择性反射的能力，这一颜色的饱和度就高。如下 图，分光反射率曲线A比曲线B显示的颜色饱和度高。明度、色调调、饱饱和 度关系饱和度为零时色调 无意义。 亮度为零时饱和 度、色调均

6、无意 义。饱 和 度色 调亮 度最大明度最小明度颜颜色视觉视觉 3、颜色立体颜色的三个属性在某 种意义上是各自独立的， 但在另外意义上又是互相 制约的。一个颜色的某一 个属性发生了改变，那么 ，这个颜色必然要发生改 变。为了便于理解颜色三 特征的相互关系，可用颜 色立体来表示一种理想化 的示意关系。 孟塞尔颜色立体，使颜 色的划分更为标准化。 中央轴代表无彩色的 明度等级。 水平坡面上是色调。 颜色离开中央轴的水 平距离代表饱和度的变 化。 任何颜色在孟塞尔系统 中都可以用三个坐标值 ：色调、明度和饱和度 表示。孟塞尔颜颜色立体:世界上使用最广泛的颜色系统，有物理 样品集。孟塞尔色相：10个色

7、调区，每 个区10等份，中间(5)为主色系 色相；孟塞尔光值（明度）： 11级0-10。孟塞尔彩度：到中 心的距离26级。加色法与减色法 1、颜色相加原理 互补色：若两种颜色混合产生白色或灰色，这两种颜色 就称为互补色。如：黄和蓝、红与青、绿与品红均互为 互补色。三原色：分析各种颜色可以找到三种颜色，其中的任一 颜色都不能由其余颜色（两种）混合相加产生，这三种 颜色可以按一定的比例混合形成各种色调的颜色。则称 之为三原色。实验证明：红、绿、蓝三种颜色是最优的 三原色。混合后的颜色只是视觉上效果上的颜色，已完 全失去了颜色的光谱意义。v加色法 大圆颜色代表色光的三原色。 两圆相交的的部分为两种色

8、光等量 相加的混合颜色，显然是第三种颜 色的补色；即红+绿黄；红+蓝 品红；蓝+绿青。黄、品红、青 称为补色（光）。 三圆相交的部分是三种颜色等 量相加的结果，一定是白色。即：红+绿+蓝白（光）。 非互补色（光）不等量相加混 合，产生不同的中间色（光），如 ：红（多）+绿（少）橙；红（ 少）+绿（多）黄绿等。加色法示意图返回加色法与减色法 2、色度图 色度图可以粗略推算两种 颜色相混合得到的中间色 ，M和N两种颜色按照一定 比例合成，一定能得到MN 连线上的中间色K（只要比 例合适，MN上其他的点也 可得到） 连接C点与色度图曲线内的 一点，可得该点的光谱， 例如连接C与K，可得K点的 光谱色

9、(0.573um) 该点距离C点的远近反映了 C点的饱和度 过C点的直线与边缘交于两 个点，则两个点对应的颜 色一定是互补色，两者混 合可产生白光。从红到紫是可见光谱 上存在的颜色，每种 颜色对应一个波长值 ，是光谱色。 有时刺激人眼的光波 不是单一波长，而是 一些波长的组合，也 可构成一些颜色，但 它们找不到对应的波 长值，不叫光谱色。 弧形曲线上每一点代 表一种波长和光谱颜 色 ，曲线包围的部 分及直线部分代表非 光谱色。3、减色法实际生活中，除了利用颜色相加原理形成颜色 的混合外，还常常利用颜色的减法混合。例如遥 感里常用的色彩摄影、彩色印刷等都是颜色法的 原理。 自己发光的设备生成的色

10、彩，例如：电视机和 计算机的监视器，是通过把三种基本颜色：RGB 混合在一起，产生色彩，但印刷品和漆品，通过 吸收一定波长的光，反射其它的光来形成色彩。颜色相减原理 减色法是从自然光（白光）中，减去一种或二种基色 光而生成色彩的方法。 颜料本身的色彩是由于本身选择性地吸收了入射自然 光中一定波长的光，反射出未被吸收的色光而呈现出 本身的色彩。 例如，黄色颜料是由于本身吸收了自然光中的蓝色光 ，反射出未被吸收的红光和绿光叠加混合的结果；品 红颜料是由于吸收了自然光中的绿光，反射出红光和 蓝光相加的结果；同样，青颜料是由于吸收了自然光 中的红光成分，反射蓝光与绿光的结果。加色法与减色法 减色法 白

11、色的光是由三原色100%混合成的。减 掉红色生成青色(蓝和绿的混合)；减掉 绿色生成品红(红和蓝的混合)，减掉蓝 色生成黄色(红和绿的混合)。 喷漆或染色是通过减色法来生成颜色 的。 当染料或颜料吸收了红色，并且反射了绿色 和蓝色的光，我们看到的是青色(Cyan)； 当它吸收了绿色，反射了红色和蓝色，我们 看到的品红(Magenta) ； 当它吸收了蓝色，反射了红色和绿色时，我 们看到的是黄色(Yellow)。 青色、品红红和黄色是用于相减法混合的 三种基本颜色。CMY（减法三原色） 减法三原色：指加法三原色的补色，即黄、品红和青 色。 用白光由红、绿、蓝三色组成这种理想模型来理解， 可以认为

12、黄色，是减去蓝色的的红绿组 合；同样地， 品红色是减去绿色的红蓝组 合，青色是减去红色的蓝 绿组合。这样，黄、品红、青便是减色法的三原色。 将彩色涂料的三色叠加时，由于光线依次通过减红、 减绿、减蓝层就成黑色。只有当涂料浓度不够，减色 不彻底时才会出现灰白色，但这仍是减色法而不是加 色法。用白光由红、绿、蓝三色组成这种理想模型来理解，可以认为黄 色，是减去蓝色的的红绿组合；同样地，品红色是减去绿色的红 蓝组合，青色是减去红色的蓝绿组合。这样，黄、品红、青便是 减色法的三原色。颜色相加和相减区别相减混合相加混合 彩色合成 加色法彩色合成 减色法彩色合成 光学增强处理 相关掩膜处理 改变对比度 显

13、示动态变化 边缘增强4.1.3光学增强处理 加色法彩色合成合成仪法：将不同波段的黑白透明片分别装入有红、 绿、蓝滤光片的通道中进行精确配准和重叠，生成彩 色影像的过程。 分层曝光法：利用彩色胶片具有的三层乳剂，使每一 层乳剂依次曝光的方法。加色法（一） 合成仪法：将不同波段的黑白透明片 分别放入有红、绿、蓝 滤 光片的光学投影通道中精 确配准和重叠，生成彩色 影像的方法。分层曝光法： 利用彩色胶片具有的三层 乳剂，使每一层乳剂依次 曝光的方法。 采用单通道投影仪或放大机， 每次放入一个波段的透明片， 依次使用红、绿、蓝滤光片 ， 分三次或更多次对胶片或相 纸曝光，使感红层、感绿层 和感蓝层依次

14、曝光，最后冲 洗成彩色片。加色法（二） 把红色波段的影像作为合成图像的红色分量 把绿色波段的影像作为合成图像中的绿色分量 把蓝色波段的影像作为合成图像中的蓝色分量假彩色合成（False color composition；Pseudocolor）只是在三个通道内输输入其它 波段影像数据，合成的图图像就是假彩色图图像R通道G通道B通道真彩色合成真彩色图图像Natural color compositionNormal colour imagesNormal colour imagesRed bandGreen bandBlue bandNormal colour compositeFalse c

15、olour imagesFalse colour imagesRed bandGreen bandBlue bandFalse colour composite 减色法彩色合成利用减色法原理使白光经过多种乳剂（染料或滤色片 ）而放射或透射出来的合成彩色，主要有染印法、印 刷法、重氮法。彩色负片和彩色正片生成过程示意图4.1.2、光学增强处理 相关掩模处理方法：将几何位置完全配准的、具有不 同密度和不同反差的正片和负片（膜片），通过不同 叠加方案改变原有影像显示效果，以达信息增强的目 的。 改变对比度：使用两张同波段同地区，不同反差的负 片(或正片)进行合成，提高对比度。 显示动态变化：不同时相同一地区的正负片影像叠合 掩模，当被叠合影像反差相同时，凡密度发生变化的 部分就是动态变化的位置 。如：海岸高低潮界限、洪 水界限。 边缘突出：将两张反差相同的正片和负片配准叠合， 再沿希望突出的线性特征的垂直方向错位，使得到的 底片或像片在线性位置产生黑白条的假阴影，从而突 出线状地物。