第三章遥感光学基础精选文档.ppt
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1、第三章遥感光学基础本讲稿第一页,共五十一页遥感光学基础遥感光学基础l l遥感光学:以人为本,综合遥感光学:以人为本,综合物理光学、视觉生物理光学、视觉生理、视觉心理、心理物理等学科理、视觉心理、心理物理等学科,研究人眼研究人眼对对不同颜色光不同颜色光感觉感觉的的规律规律l l介绍遥感成像原理及过程,包括黑白、真彩色、介绍遥感成像原理及过程,包括黑白、真彩色、假彩色和彩红外假彩色和彩红外本讲稿第二页,共五十一页颜色性质和颜色立体颜色性质和颜色立体光:只有能被人的眼睛感觉到的、并产生视觉现象的辐射才称为可见辐光:只有能被人的眼睛感觉到的、并产生视觉现象的辐射才称为可见辐射或可见光,简称光射或可见光
2、,简称光本讲稿第三页,共五十一页人眼的结构图人眼的结构图本讲稿第四页,共五十一页l在人的视觉系统中有两种感光细胞:在人的视觉系统中有两种感光细胞:杆状细胞杆状细胞和和锥状细胞锥状细胞。l杆杆状状细细胞胞为为暗暗视视器器官官,只只在在较较暗暗的的条条件件下下起起作作用用,不不能能分分辨颜色和细节;辨颜色和细节;l锥锥状状细细胞胞是是明明视视器器官官,在在照照度度足足够够高高时时起起作作用用,并并能能分分别别辨辨颜颜色色和和细细节节。锥锥状状细细胞胞对对电电磁磁光光谱谱的的三三个个波波段段:红红、绿绿、蓝蓝敏敏感感。由于这个原因,这三种颜色被称为三基色。由于这个原因,这三种颜色被称为三基色。l在在
3、光光亮亮条条件件下下,人人眼眼能能分分辨辨各各种种颜颜色色,当当光光亮亮降降低低到到一一定定程程度,人眼的感觉便是无彩色的,光谱变成不同明暗的灰带。度,人眼的感觉便是无彩色的,光谱变成不同明暗的灰带。人眼颜色视觉人眼颜色视觉本讲稿第五页,共五十一页人类感光细胞的敏感曲线人类感光细胞的敏感曲线本讲稿第六页,共五十一页视网膜的颜色区视网膜的颜色区l视网膜中央能分辨各种颜色视网膜中央能分辨各种颜色由中由中央向外围部分过渡央向外围部分过渡对颜色的分辨对颜色的分辨能力逐渐减弱能力逐渐减弱直到对颜色的感觉直到对颜色的感觉消失。消失。l观察小视场和大视场的颜色会有不观察小视场和大视场的颜色会有不同结果。同结
4、果。l眼睛感受到颜色眼睛感受到颜色不只决定于客观不只决定于客观的刺激的刺激还取决于用眼的什么位置还取决于用眼的什么位置接受这个刺激接受这个刺激视网膜的颜色区视网膜的颜色区1能分辨各种颜色能分辨各种颜色2能分辨黄蓝,对红绿色盲,能能分辨黄蓝,对红绿色盲,能分辨明暗分辨明暗3全色盲区,只能辨别明暗全色盲区,只能辨别明暗本讲稿第七页,共五十一页l根根据据人人眼眼的的结结构构,所所有有颜颜色色都都可可看看作作是是三三种种基基本本颜颜色色R 表表示示红红(Red)、G表表示示绿绿(Green)和和B表表示示蓝蓝(Blue)按按照照不不同同的的比比例例组组合合而而成成。国国际际照照度度委委员员会会(CIE
5、)在在1931年年就就规规定定三三种种基基本本色色的的波波长长分分别别为为R:700nm,G:546.1nm,B:435.8nm。l在在三三原原色色中中,其其中中的的任任一一种种颜颜色色不不能能由由其其余余两两种种颜颜色色混混合合相相加加产产生,这三种颜色按一定比例混合,可以形成各种色调的颜色。生,这三种颜色按一定比例混合,可以形成各种色调的颜色。三基色(三原色)三基色(三原色)本讲稿第八页,共五十一页任何一种颜色都可以用三基色表示出来任何一种颜色都可以用三基色表示出来,即:即:本讲稿第九页,共五十一页12 四月 2023RGB颜色模型颜色模型RGB模模型型用用三三维维空空间间中中的的一一个个
6、点点来来表表示示一一种种颜颜色色,如如图图下下所所示示。每每个点有三个分量,分别代表该点颜色的红、绿、蓝亮度值。个点有三个分量,分别代表该点颜色的红、绿、蓝亮度值。在在RGB模模型型立立方方体体中中,原原点点所所对对应应的的颜颜色色为为黑黑色色,它它的的三三个个分分量量值值都都为为零零。距距离离原原点点最最远远的的顶顶点点对对应应的的颜颜色色为为白白色色,它它的的三三个个分分量量值值都都为为1。从从黑黑到到白白的的灰灰度度值值分分布布在在这这两两个个点点的的连连线线上上,该该线线称称为为灰灰色色线线。立立方方体体内内其其余余各各点点对对应应不不同同的的颜颜色色。彩彩色色立立方方体体中中有有三三
7、个个角角对对应应于于三三基基色色红红、绿绿、蓝蓝。剩剩下下的的三三个个角角对对应应于于三三基基色色的的三三个个补补色色黄黄色色、青青色色(蓝蓝绿绿色)、品红。色)、品红。本讲稿第十页,共五十一页如果将如果将如果将如果将 R R、GG、BB看成三个变量看成三个变量看成三个变量看成三个变量,就形成一个三维彩色空间。可以就形成一个三维彩色空间。可以就形成一个三维彩色空间。可以就形成一个三维彩色空间。可以用一个三维的立方体来表示它们能组成的所有颜色用一个三维的立方体来表示它们能组成的所有颜色用一个三维的立方体来表示它们能组成的所有颜色用一个三维的立方体来表示它们能组成的所有颜色本讲稿第十一页,共五十一
8、页本讲稿第十二页,共五十一页格拉斯曼(格拉斯曼(Glassman)定律:)定律:1lm(W)0.30lm(R)0.59lm(G)0.11lm(B)若若1单位红为单位红为0.30lm;1单位绿为单位绿为0.59lm;1单位白为单位白为1lm;1单位蓝为单位蓝为0.11lm;白光可以由红、绿、蓝三色光按一定比例合成配比得到。以光强白光可以由红、绿、蓝三色光按一定比例合成配比得到。以光强为单位,红光为为单位,红光为30%,绿光为,绿光为59%,而蓝光仅为,而蓝光仅为11%。这一比例与太。这一比例与太阳光中的红、绿、蓝三色光的比例基本相同,事实上这是人们长期阳光中的红、绿、蓝三色光的比例基本相同,事实
9、上这是人们长期适应太阳光的结果。太阳光是自然界唯一的自然白光光源。适应太阳光的结果。太阳光是自然界唯一的自然白光光源。本讲稿第十三页,共五十一页ETM+各波段设置各波段设置遥感图像的显示遥感图像的显示R:700nm,G:546.1nm,B:435.8nm本讲稿第十四页,共五十一页本讲稿第十五页,共五十一页遥感多波段图像的显示遥感多波段图像的显示彩色合成,彩色合成,colorcomposite,根据三原色原理,根据三原色原理,对于一景遥感影像中的三幅影像(三个波段)或对于一景遥感影像中的三幅影像(三个波段)或同一地区在影像精确配准后的三幅不同来源的遥同一地区在影像精确配准后的三幅不同来源的遥感影
10、像分别赋以红(感影像分别赋以红(R)、绿()、绿(G)、蓝()、蓝(B),),生成彩色影像的过程。生成彩色影像的过程。彩色合成的种类分为(近似)真彩色合成、假彩彩色合成的种类分为(近似)真彩色合成、假彩色合成与伪彩色合成三种。色合成与伪彩色合成三种。本讲稿第十六页,共五十一页遥感图像彩色合成遥感图像彩色合成 l自然色(自然色(quasi-naturecolor,似真彩色),似真彩色)即合成彩色与人眼看到的自然景物近似。即合成彩色与人眼看到的自然景物近似。(TM321(RGB)RGB)l假彩色假彩色(falsecolor)除植被外,其它地物除植被外,其它地物合成彩色与自然色近似,植物变为合成彩色
11、与自然色近似,植物变为鲜明红鲜明红色(饱和度很高的红)色(饱和度很高的红)(标准假彩色:标准假彩色:TM432(NIR、R、G)RGB),人眼,人眼对红光敏感,突出植被信息,其他地物也对红光敏感,突出植被信息,其他地物也还接近人眼看到地面实际场景的颜色还接近人眼看到地面实际场景的颜色。l伪彩色伪彩色(pseudocolor),对于一景遥感影像,对于一景遥感影像,根据某种显示意图,建立根据某种显示意图,建立颜色查找表颜色查找表,人,人为地将影像按灰度配赋某种颜色生成彩色为地将影像按灰度配赋某种颜色生成彩色影像。影像。本讲稿第十七页,共五十一页遥感图像显示遥感图像显示似真彩色显示似真彩色显示TM3
12、21标准假彩色标准假彩色TM432本讲稿第十八页,共五十一页2002年年5月全球平均海平面温度月全球平均海平面温度图图伪彩色图像伪彩色图像本讲稿第十九页,共五十一页W(白光)(白光)=RGBRGYYyellow黄黄RBMMmagenta品红品红GBCCcyan青青YBWYWBMGWMWGCRWCWR若两种同等强度颜色混合产生白若两种同等强度颜色混合产生白色或灰色,这两种颜色为互补色或灰色,这两种颜色为互补色,黄和蓝、红和青、绿和品色,黄和蓝、红和青、绿和品红。红。不分不分青青红红皂皂白白互补色互补色本讲稿第二十页,共五十一页TheCMYColourModelGreenCyanBlueMagen
13、taRedYellowBlack(minus blue)(minus green)(minus red)The Relation between RGB and CMYC=1-RM=1-GY=1-B加色法和减色法加色法和减色法加原色与减原色加原色与减原色本讲稿第二十一页,共五十一页一一般般用用于于颜颜料料的的配配制制、彩彩色色印印刷刷、彩彩色色相相片片的的染染印印等等。液液体喷墨打印机体喷墨打印机颜颜料料的的颜颜色色是是由由于于染染料料选选择择性性吸吸收收了了白白光光中中的的某某些些波波长,反射出白光中未被吸收的色光而产生。长,反射出白光中未被吸收的色光而产生。黄黄白蓝白蓝红绿红绿黄黄青青白红
14、白红蓝绿蓝绿青青品红品红白绿白绿蓝红蓝红品红品红三种颜料等量混合,白光中的红、绿、蓝三种颜料等量混合,白光中的红、绿、蓝全部被吸收,所以呈现全部被吸收,所以呈现黑色黑色CMYK模型模型CMYK(cyan,青;,青;magenta;品红;品红,;yellow,黄;,黄;black,黑,黑)本讲稿第二十二页,共五十一页滤光片滤光片所谓滤色片意指该片只是对所谓滤色片意指该片只是对某种波长光某种波长光“放行放行”,其余光一概阻,其余光一概阻隔。如蓝光滤色片,则仅允许蓝光透过,隔。如蓝光滤色片,则仅允许蓝光透过,其余各光都被滤掉。其余各光都被滤掉。一束白光先通过蓝色滤光片(曲线一束白光先通过蓝色滤光片(
15、曲线A),),透过蓝光时,绿光和紫光也会部分透过蓝光时,绿光和紫光也会部分透过透过再通过黄色滤光片(曲线再通过黄色滤光片(曲线B),透过),透过黄光,绿光和红光也会部分透过黄光,绿光和红光也会部分透过共同透过的部分为绿色共同透过的部分为绿色屏幕上显示为绿色(曲线屏幕上显示为绿色(曲线C)减色法滤光实验减色法滤光实验本讲稿第二十三页,共五十一页 图像颜色的三个属性图像颜色的三个属性l颜颜色色是是外外界界光光刺刺激激作作用用于于人人的的视视觉觉器器官官而而产产生生的的主主观观感感觉觉。颜颜色色分分两大类:非彩色和彩色。两大类:非彩色和彩色。l非非彩彩色色是是指指黑黑色色、白白色色和和介介于于这这两
16、两者者之之间间深深浅浅不不同同的的灰灰色色,也也称称为为无色系列。无色系列。l彩彩色色是是指指除除了了非非彩彩色色以以外外的的各各种种颜颜色色。颜颜色色有有三三个个基基本本属属性性,分分别别是是色色调调、饱和度和亮度。饱和度和亮度。l基基于于这这三三个个基基本本属属性性,提提出出了了颜颜色色模模型型HSIHSI(HueHue、SaturationSaturation、IntensityIntensity)。)。本讲稿第二十四页,共五十一页lHue色相反映了该彩色最接近的光谱波长。色相反映了该彩色最接近的光谱波长。lSaturation饱饱和和度度是是是是色色彩彩纯纯洁洁的的程程度度,即即光光谱
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