《遥感图像处理》PPT课件.pptx

第4章 遥感图像处理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 颜色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。 颜色视觉 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 。 颜色视觉 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 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 。 颜色视觉 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。 颜色视觉 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 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。 颜色视觉 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 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、饱和度关系饱和度为零时色调无意义。亮度为零时饱和度、色调均无意义。饱 和 度色 调亮 度 最大明度最小明度 颜色视觉 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 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 (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 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 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入其它波段影像数据，合成的图像就是假彩色图像 R通道G通道B通道真彩色合成真彩色图像Natural color composition Red band Green band Blue bandNormal colourcomposite Red band Green band Blue bandFalse colourcomposite 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 。