1、第二章 遥感图像基础,苏 伟 信息与电气工程学院地理信息工程系,2009年2月23日第三次课,1,第二章 遥感图像基础,一 颜色基础知识 （一）颜色的物理基础 （二）亮度对比和颜色对比 （三）颜色的性质 （四）加色法与减色法 （五）颜色模型 （六）遥感图像的多波段显示 二 遥感图像基础 （一）遥感图像数据格式 （二）遥感图像的4种分辨率 （三）遥感图像的数字表示 （四）遥感图像特征：图像的自然特征、人工特征 （五）遥感图像的像素间关系：邻域、连通性、距离,2,练练大家的眼力：找出不同,3,4,一 颜色基础知识之(一)颜色的物理基础,可见光波段(0.38-0.76um)的不同波长刺激人眼产生了不
2、同色彩（红紫）的感觉。 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。如0.7um为红色，0.58um为黄色，0.51um为绿色，0.47um为蓝色等。,生活中的颜色搭配： 红配黑,有人追；红配黄,喜洋洋（奥运会开幕式中国队礼服）；红配绿,冒傻气,5,（二）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。改变对比度，可以提高图象的视觉效果。在遥感图像中，主要用于单色黑白影像。,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。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。品红背景 绿色；黄色背景 蓝色,（二）亮度对比和颜色对比,彩色图像能表现
3、更为丰富的信息量，但要注意颜色对比合适。,6,7,The hole in the red disk looks slightly bluish (or greenish), and the one in the blue disk looks slightly reddish (or yellowish), respectively. However, both holes are actually the same gray.,（三）颜色的性质,颜色的性质由亮度、色调、饱和度来描述 色调(Hue)波长 亮度(Lightness, 强度, Intensity)幅度，与物体的反射率成正比 饱和度
4、(Saturation)色光的纯度,9,亮度（Lightness, 强度, Intensity）：是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。与电磁波辐射的概念不同，亮度受人的视觉感受性和经验影响。 物体反射率越高，亮度就越高。白比灰，黄比红 光源：光强越强，亮度越高。,10,色调(Hue)：色彩彼此间相互区分的特性。物体的色调决定于物体向外辐射的光谱组成，不同色调的物体具有不同的辐射光谱。光源的色调决定于辐射的光谱组成对人眼所产生的感觉。,11,通常，刺激人眼的光波不是单一波长，而是一些波长的组合，共同刺激人眼产生组合后的颜色感觉。,12,饱和度(Saturation)：颜色的纯洁程度，即光谱中波段是
5、否窄，频率是否单一的表示。物体颜色的饱和度决定于其辐射特性，辐射光谱越窄，物体颜色的饱和度就越高。对于光源，发出的若是单色光就是最饱和的彩色，如激光。对于物体颜色，如果物体对光谱反射有很高的选择性，只反射很窄的波段则饱和度高。如果光源或物体反射光在某种波长中混有许多其它波长的光或混有白光则饱和度变低。,13,从左到右，饱和度逐渐增大，叶子的绿色中掺入白光的成分越来越少。,14,（四）加色法与减色法,1. 颜色相加原理三原色 三原色：三种颜色，若其中的任一种都不能由其余二种颜色混合相加产生，则称之为三原色。三种颜色按一定比例混合，可以形成各种色调的颜色。实验证明，红、绿、蓝三种颜色是最优的三原色
6、。混合后的颜色只是一种视觉效果上的颜色，已完全失去了颜色的光谱意义。,15,（四）加色法与减色法,1. 颜色相加原理三原色为了标准化起见，早在1931年CIE（国际照明委员会）对于主原色设定了波长值：红=700nm，绿=546.1nm和蓝=435.8nm。这一点与人眼吸收红、绿、蓝光峰值对应的波长有出入，不过红、绿、蓝三色光也并非同单一波长一一对应，而是与范围不等的波段相对应，这与彩色谱的连续性以及人眼的刚辨色差的存在有关。原色相加产生二次色：红+ 蓝=品红色（M）；绿 + 蓝=青色（C） ；红 + 绿=黄（Y）。把合适亮度的三原色R、G、B混合可产生白光（W）。,16,（四）加色法与减色法,
7、1. 颜色相加原理互补色 互补色：若两种颜色混合产生白色 , 这两种颜色就称为互补色。如黄和蓝，红和青，绿和品红均为互补色。 举例：假如做一个圆盘，左边是黄色，右边是蓝色，让圆盘快速旋盘，使两种颜色混合，人眼就只能看出白色或灰色。 光原色与美术颜料原色的区别是很重要的：光原色是指由光源发出光的基本色调，而颜料原色是指白光照到颜料或其他物体表面产生的反射光基本色调。这后一种原色定义为从白光中减去或吸收光的一种原色并反射或传输另两种原色的合成，称作是一种“补”色。,17,18,2. 色度图,颜色相加原理可以进一步用色度图来表现。 从理论上讲，每种波长的光都可以用红绿蓝三原色相加产生。对任何一种颜色
8、的光，当匹配的各波长光谱能量相同（等能光谱）时，都可以推算出其所需要的红绿蓝三原色的数量值。 所有光谱色混合时，即形成等能光谱中的白光，且白光是由相同数量的红绿蓝三原色组成。,19,2. 色度图,格拉斯曼（Glassman）定理定量地描述了色光混合的规律，其表达式为：1 lm (W) = 0.30 lm (R) + 0.59 lm (G) + 0.11 lm (B) 为了归一化上式，令1单位红光为0.30 lm、1单位绿光为0.59 lm、1单位蓝光为0.11 lm、1单位白光为1 lm，在实际工作中除特别说明，一般对于三原色的光强单位统一使用归一化的单位。即： W = R + G + B 据
9、格拉斯曼定理，自然界任意一种颜色都可由构成颜色空间的三原色匹配而成。以RGB颜色系统为例，若需要自然色C，那么： C = ar（R）+ag（G）+ab（B）,可直接由实验测得，也可用CIE色度图确定,20,环绕在颜色空间边沿的颜色是光谱色，边界代表光谱色的最大饱和度，边界上的数字表示光谱色的波长。,21,2. 色度图,X轴： 红原色的比例， Y：绿原色的比例；Z：蓝原色的比例（无）,a,b,c,e,22,2. 色度图,（1）光谱线：即图中的舌形曲线。曲线上各点与可见光波段内的各谱线一一对应。曲线之内的点所代表的颜色是自然色，即真实颜色，可用RGB三原色光匹配得到。 （2）颜色三要素：图中的e是
10、等能白光，任意一自然色在色度图中的位置就表明了该色的亮度、色调和饱和度。 a点的亮度由Y值决定，与X和Z值无关。Y值越大，则a的亮度越高；反之，则越低。 光谱线内一点a代表某一自然色。连接ea并向ea方向延长与舌形曲线交于b点，b点所代表的光谱色就是颜色a的色调。 a点的饱和度取决于a点相对e点的位置，两点的距离越近，a点的饱和度越低。(位于色度图舌形曲线上的任何点都是饱和的，离开舌形曲线上的点是欠饱和点，等能量点e的饱和度为0。),23,2. 色度图,（3）互补色：反向延长ea交曲线于c点，c、b两色光相加可得到白光，所以c、b两色是互补色。在光谱线内，任何一条过e点直线与光谱线相交的两点都
11、是互补色。 （4）舌形曲线以内划出了4个椭圆圈，分别示意性地表示人眼睛对于红、蓝、绿、黄的刚辨色差范围，意即在这一范围内RGB三原色光的组合，人的眼睛是区分不出其颜色的区别。由图可看出人的眼睛对于绿色的分辨能力最差。正由于这一原因，遥感图像经处理后，颜色为“绿色”并非一定是真正的绿色植被。,24,真彩色合成,彩红外合成,框幅式摄影航空遥感影像,25,3. 颜色相减原理,当数块滤光片组合产生颜色混合时，入射光每通过一块滤光片时都减掉一部分辐射，最后透过的光是经过多次减法的结果，这种颜色混合原理就是颜色相减原理。 减色三原色：青、品红、黄青 白红 蓝绿品红 白绿 蓝红黄 白蓝 红绿,三种颜料等量混
12、合，白光中的红、绿、蓝全部被吸收，所以呈现黑色。,26,（五）颜色模型,颜色模型（也称颜色空间）的用途是在某些标准下用通常可接受的方式简化颜色规范。 RGB(红、绿、蓝)模型：物理意义简单，常用于彩色监视器、彩色视频摄像机、数码相机； CMYK (青、品红、黄、黑)模型：用于颜料的配制、彩色印刷、彩色相片的染印等； HIS (色调、亮度、饱和度)模型：符合人的描述与解释颜色的方式,27,1. RGB模型,模型的3个轴分别为R,G,B，表现形式为立方体，原点对应黑色，离原点最远的顶点对应白色。在模型中，从黑到白的灰度值分布在从原点到到离原点最远顶点间的连线上，立方体内其余各点对应不同的颜色，可用
13、从原点到该点的矢量表示。 该模型空间采用物理三基色表示，因为物理意义很清楚，适合彩色显像管工作，因而在多媒体计算机技术中常用。显然，这种彩色空间不适应人的视觉特点。,B(0,01),G(0,1,0),R(1,0,0),黑,白,28,2. HIS模型,HIS模型非常适合于借助人的视觉系统来感知彩色特性的图像处理算法，该模型基于两个重要事实：1. I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紧密相连。,通常把色调和饱和度称为色度，用来表示颜色的类别与深浅程度。由于人的视觉对亮度的敏感程度远强于对颜色浓淡的敏感程度，人的视觉系统通常采用HIS颜色空间，它比RGB颜色空间更符合人的视
14、觉特性，此外，HIS颜色空间可以分开处理并且是相互独立，因为可以大大简化图像分析和处理的工作量。,(色调Hue, 亮度Intensity, 饱和度Saturation),29,2. HIS模型,HIS颜色空间的圆锥模型十分复杂，但确能把色调、亮度和饱和度的变换情形表现的很清楚。,(A) HIS圆锥空间模型； (B) 线条示意图：圆锥上亮度、色调和饱和度的关系；,30,2. HIS模型,(C) 纵轴表示亮度：亮度值是沿着圆锥的轴线度量的，沿着圆锥轴线上的点表示完全不饱和的颜色，按照不同的灰度等级，最亮点为纯白色、最暗点为纯黑色； (D) 圆锥纵切面：描述了同一色调的不同亮度和饱和度的关系； (E
15、) 圆锥横切面：色调为绕着圆锥截面度量的色环。圆周上的颜色为完全饱和的纯色，色饱和度为穿过中心的半径横轴。,31,颜色空间与颜色的选择,32,3. 从RGB转换到HIS,G=B时，H值在 之间； GB时，H值大于,RGB颜色模型和HIS颜色模型只是同一物理量的不同表示法，他们之间存在着转换关系，具体如下：,33,4. 从HIS转换到RGB,若设S,I的值在0,1之间，R,G,B的值也在0,1之间，则从HIS到RGB的转换公式为：,(1) 当H在 之间：,34,4. 从HIS转换到RGB,若设S,I的值在0,1之间，R,G,B的值也在0,1之间，则从HIS到RGB的转换公式为：,(2) 当H在
16、之间：,(cont),35,4. 从HIS转换到RGB,若设S,I的值在0,1之间，R,G,B的值也在0,1之间，则从HIS到RGB的转换公式为：,(3) 当H在 之间：,(cont),36,软件操作界面(ERDAS软件中),37,彩色图像的r,g,b和h,I,s各分量的图示,R,G,B,R,G,B,38,彩色图像的r,g,b和h,I,s各分量的图示,H,I,S,I,H,S,39,（六）遥感图像的多波段显示,彩色合成( color composite ) ，是将同一景不同波段的三幅黑白影像分别赋以红( R ) 、绿( G ) 、蓝( B ) ，生成彩色影像的过程。彩色合成的种类分为真彩色合成(
17、true color composite)、假彩色合成(false color composite)与伪彩色合成(pseudo color composite)三种。,40,真彩色显示影像 (TM321RGB),真彩色合成是用对应于红(R)、绿(G)、蓝(B)三个波段的遥感影像分别赋予相应颜色光，这种方式基本复原了人肉眼看到的真实自然场景颜色，又称自然色彩色合成。 (TM321RGB),41,假彩色合成：用三个波段的遥感影像分别赋予R、G、B三种颜色，生成彩色图像。其中一种方案是标准假彩色合成（除植被外，其它地物合成彩色与自然色近似，植物变为饱和度很高的红色，TM432（NIR、R、G）RGB ）；另外一种方案是赋色与波段的波长没有一定的对应关系，只是用同一场景任意三种不同波段分别赋予R、G、B三种颜色即可，甚至用同一景、同一波长的三种不同极化方式的雷达遥感影像进行合成也可以，此时影像显示的颜色与地表真实场景的颜色完全不同，无规律可言。,植被红色 水体黑色,42,伪彩色合成， 是指将一幅遥感影像通过图像处理的方法转化为彩色图像的合成技术。,Landsat TM 彩色合成图,43,The end of this class.Question and Answer,44,
