第三章遙感光學(xué)基礎(chǔ)第1頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月遙感光學(xué)基礎(chǔ)遙感光學(xué)：以人為本，綜合物理光學(xué)、視覺生理、視覺心理、心理物理等學(xué)科，研究人眼對不同顏色光感覺的規(guī)律介紹遙感成像原理及過程，包括黑白、真彩色、假彩色和彩紅外第2頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月顏色性質(zhì)和顏色立體光：只有能被人的眼睛感覺到的、并產(chǎn)生視覺現(xiàn)象的輻射才稱為可見輻射或可見光，簡稱光第3頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月人眼的結(jié)構(gòu)圖第4頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月在人的視覺系統(tǒng)中有兩種感光細(xì)胞：桿狀細(xì)胞和錐狀細(xì)胞。

桿狀細(xì)胞為暗視器官，只在較暗的條件下起作用，不能分辨顏色和細(xì)節(jié)；

錐狀細(xì)胞是明視器官，在照度足夠高時起作用，并能分別辨顏色和細(xì)節(jié)。錐狀細(xì)胞對電磁光譜的三個波段：紅、綠、藍敏感。由于這個原因，這三種顏色被稱為三基色。在光亮條件下，人眼能分辨各種顏色，當(dāng)光亮降低到一定程度，人眼的感覺便是無彩色的，光譜變成不同明暗的灰?guī)?。人眼顏色視覺第5頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月

人類感光細(xì)胞的敏感曲線第6頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月視網(wǎng)膜的顏色區(qū)視網(wǎng)膜中央能分辨各種顏色﹐由中央向外圍部分過渡﹐對顏色的分辨能力逐漸減弱﹐直到對顏色的感覺消失。觀察小視場和大視場的顏色會有不同結(jié)果。眼睛感受到顏色﹐不只決定于客觀的刺激﹐還取決于用眼的什么位置接受這個刺激視網(wǎng)膜的顏色區(qū)1能分辨各種顏色2能分辨黃藍，對紅綠色盲，能分辨明暗3全色盲區(qū)，只能辨別明暗第7頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月

根據(jù)人眼的結(jié)構(gòu)，所有顏色都可看作是三種基本顏色——R

表示紅（Red）、G表示綠（Green)和B表示藍（Blue)按照不同的比例組合而成。國際照度委員會(CIE)在1931年就規(guī)定三種基本色的波長分別為R：700nm，G：546.1nm，B：435.8nm。在三原色中，其中的任一種顏色不能由其余兩種顏色混合相加產(chǎn)生，這三種顏色按一定比例混合，可以形成各種色調(diào)的顏色。三基色（三原色）第8頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月任何一種顏色都可以用三基色表示出來,即：第9頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月10九月2023RGB顏色模型

RGB模型用三維空間中的一個點來表示一種顏色，如圖下所示。每個點有三個分量，分別代表該點顏色的紅、綠、藍亮度值。在RGB模型立方體中，原點所對應(yīng)的顏色為黑色，它的三個分量值都為零。距離原點最遠(yuǎn)的頂點對應(yīng)的顏色為白色，它的三個分量值都為1。從黑到白的灰度值分布在這兩個點的連線上，該線稱為灰色線。立方體內(nèi)其余各點對應(yīng)不同的顏色。彩色立方體中有三個角對應(yīng)于三基色——紅、綠、藍。剩下的三個角對應(yīng)于三基色的三個補色——黃色、青色（藍綠色）、品紅。第10頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月如果將

R、

G、

B看成三個變量,就形成一個三維彩色空間?？梢杂靡粋€三維的立方體來表示它們能組成的所有顏色第11頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月

格拉斯曼（Glassman）定律：1lm（W）＝0.30lm（R）＋0.59lm（G）＋0.11lm（B）若1單位紅為0.30lm；

1單位綠為0.59lm；1單位白為1lm；

1單位藍為0.11lm；——白光可以由紅、綠、藍三色光按一定比例合成配比得到。以光強為單位，紅光為30%，綠光為59%，而藍光僅為11%。這一比例與太陽光中的紅、綠、藍三色光的比例基本相同，事實上這是人們長期適應(yīng)太陽光的結(jié)果。太陽光是自然界唯一的自然白光光源。第13頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月ETM+各波段設(shè)置遙感圖像的顯示R：700nm，G：546.1nm，B：435.8nm第14頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月遙感多波段圖像的顯示彩色合成，colorcomposite，根據(jù)三原色原理，對于一景遙感影像中的三幅影像（三個波段）或同一地區(qū)在影像精確配準(zhǔn)后的三幅不同來源的遙感影像分別賦以紅（R）、綠（G）、藍（B），生成彩色影像的過程。彩色合成的種類分為（近似）真彩色合成、假彩色合成與偽彩色合成三種。第16頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月遙感圖像彩色合成自然色（quasi-naturecolor，似真彩色）即合成彩色與人眼看到的自然景物近似。(TM321（RGB）——RGB)假彩色(falsecolor)除植被外，其它地物合成彩色與自然色近似，植物變?yōu)轷r明紅色（飽和度很高的紅）(標(biāo)準(zhǔn)假彩色：TM432（NIR、R、G）——RGB)，人眼對紅光敏感，突出植被信息，其他地物也還接近人眼看到地面實際場景的顏色。偽彩色(pseudocolor)，對于一景遙感影像，根據(jù)某種顯示意圖，建立顏色查找表，人為地將影像按灰度配賦某種顏色生成彩色影像。第17頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月

遙感圖像顯示似真彩色顯示TM321標(biāo)準(zhǔn)假彩色TM432第18頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月2002年5月全球平均海平面溫度圖偽彩色圖像第19頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月W（白光）=R＋G＋B R＋G＝Y(jié)Y——yellow黃

R＋B＝MM——magenta品紅

G＋B＝CC——cyan青

Y＋B＝WY＝W－B M＋G＝W＝》M＝W－G C＋R＝WC＝W－R若兩種同等強度顏色混合產(chǎn)生白色或灰色，這兩種顏色為互補色，黃和藍、紅和青、綠和品紅。不分青紅皂白互補色第20頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月TheCMYColourModelGreenCyanBlueMagentaRedYellowBlack(minusblue)(minusgreen)(minusred)TheRelationbetweenRGBandCMYC=1-R

M=1-G

Y=1-B加色法和減色法加原色與減原色第21頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月

一般用于顏料的配制、彩色印刷、彩色相片的染印等。液體噴墨打印機顏料的顏色是由于染料選擇性吸收了白光中的某些波長，反射出白光中未被吸收的色光而產(chǎn)生。黃

＝

白－藍

＝

紅＋綠

＝

黃青

＝

白－紅

＝

藍＋綠

＝

青品紅＝白－綠＝藍＋紅＝品紅三種顏料等量混合，白光中的紅、綠、藍全部被吸收，所以呈現(xiàn)黑色CMYK模型CMYK(cyan，青；magenta；品紅,；yellow，黃；black，黑)第22頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月濾光片所謂濾色片意指該片只是對某種波長光“放行”，其余光一概阻隔。如藍光濾色片，則僅允許藍光透過，其余各光都被濾掉。一束白光先通過藍色濾光片（曲線A），透過藍光時，綠光和紫光也會部分透過再通過黃色濾光片（曲線B），透過黃光，綠光和紅光也會部分透過共同透過的部分為綠色屏幕上顯示為綠色（曲線C）減色法濾光實驗第23頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖像顏色的三個屬性

顏色是外界光刺激作用于人的視覺器官而產(chǎn)生的主觀感覺。顏色分兩大類：非彩色和彩色。非彩色是指黑色、白色和介于這兩者之間深淺不同的灰色，也稱為無色系列。彩色是指除了非彩色以外的各種顏色。顏色有三個基本屬性，分別是色調(diào)、飽和度和亮度。基于這三個基本屬性，提出了顏色模型HSI（Hue、Saturation、Intensity）。第24頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月Hue色相反映了該彩色最接近的光譜波長。Saturation飽和度是是色彩純潔的程度，即光譜中波段是否窄，頻率是否單一的表示。Intensity亮度是指光波作用于感受器所發(fā)生的效應(yīng)，其大小由物體反射率來決定，反射系數(shù)越大，物體的亮度愈大，反之愈小。第25頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月HSI模型①I分量與圖像的彩色信息無關(guān)；②

H和S分量與人感受顏色的方式是緊密相聯(lián)的。這些特點使得HSI模型非常適合借助人的視覺系統(tǒng)來感知彩色特性的圖像處理算法。第26頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月IHSHSI顏色立體H色度：取值0-360S飽和度：取值0-1I亮度：取值0-1第27頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第29頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月第30頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月

其他顏色模型

1）YUV電視信號彩色坐標(biāo)系統(tǒng)其中Y信號表示亮度，U、V信號是色差信號。

2）Lab顏色模型Lab顏色由亮度或光亮度分量L和a、b兩個色度分量組成。其中a在的正向數(shù)值越大表示越紅，在負(fù)向的數(shù)值越大則表示越綠；b在的正向數(shù)值越大表示越黃，在負(fù)向的數(shù)值越大表示越藍。

第31頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月通常用以區(qū)別顏色的的特性是亮度、色調(diào)和飽和度。色調(diào)和飽和度一起稱為彩色。因此顏色用亮度和彩色表征。形成任何特殊顏色需要的紅、綠、藍的量稱為三色值，并分別用X,Y和Z表示。一種顏色三色值的系數(shù)定義為可得對任何可見光譜內(nèi)的光波長，其波長相對應(yīng)顏色的三色值可直接從大量的實驗結(jié)果中得到。色度圖

第32頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月確定顏色的另一種方法是用CIE（國際照明委員會）色度圖紅綠藍色度圖

第33頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月邊界：純色邊界內(nèi)部：混合色等能量點：白光任意兩點連線：兩類顏色相加得到馬蹄形內(nèi)：三種原色的不同混合等能量點到邊界點連線：特定譜色的所有色調(diào)色度圖

加色法和減色法第34頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月三角形：RGB顯示器，彩色全域；不規(guī)則區(qū)域（多邊形）：高質(zhì)量彩色打印設(shè)備的彩色域色度圖

加色法和減色法第35頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月總結(jié)顏色模型

為了科學(xué)地定量描述和使用顏色，提出了各種顏色模型。面向硬件設(shè)備的最常用彩色模型是RGB模型而彩色處理的最常用模型是HSI模型在印刷工業(yè)上用CMYK電視信號傳輸中，用YUV色彩系統(tǒng)第36頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月黑白影像和彩色影像成像過程負(fù)片到正片的基本攝影順序原始場景攝影機加工處理負(fù)片像紙加工處理正片膠片藍+綠+紅0.38μm0.76μm黑白片感光原理感光顯影和定影顯影和定影感光第37頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月黑白片感光原理感光特性曲線曝光量（H）的對數(shù)底片的密度（D）D=logφ0/φi曝光量H=I.t,I為光的照度，t為曝光時間Φ0為底片未露光處的透過率Φi為底片露光處的透過率第38頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月彩色攝影原理負(fù)片有三層感光乳劑，感光性質(zhì)如下：

層序號感光性質(zhì)形成顏色1藍（B）黃（Y）3紅（R）青（C）2綠（G）品紅（M）W－B＝Y(jié)W－G＝MW－R＝C負(fù)片的基片是透明膠片第39頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月正片也是三層感光乳劑，所不同的是正片的基片是不透明的，即看上去是反射光，而不是透射光。地物層顏色負(fù)片

紅綠蘭白黑YYMMCCYYY

MMMCCCRGBWBL正片正片顏色這里反復(fù)運用了互補色，得到以上結(jié)果。第40頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月CCD傳感器ChargeCoupledDevice電荷耦合器件，由大量獨立的光敏元件組成，這些光敏元件通常是按矩陣排列的CCD數(shù)碼相機成像：第41頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月CCD成像過程1、景物反射的光線通過DC的鏡頭透射到CCD上。

2、當(dāng)CCD曝光后，光電二極管受到光線的激發(fā)釋放出電荷，產(chǎn)生感光元件的電信號。

3、CCD控制芯片利用感光元件中的控制信號線路對光電二極管產(chǎn)生的電流進行控制，由電流傳輸電路輸出，CCD將一次成像產(chǎn)生的電信號收集起來，統(tǒng)一輸出到放大器。

第42頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月4、經(jīng)過放大和濾波后的電信號，由A/D將電信號（此時為模擬信號）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)值的大小和電信號的強度即電壓的高低成正比。

5、輸出到數(shù)字信號處理器（DSP）。在DSP中，這些圖像數(shù)據(jù)被進行色彩校正、白平衡處理等后期處理，編碼為DC所支持的圖像格式、分辨率等數(shù)據(jù)格式

6、最后，圖像文件就被寫入到存儲器上（內(nèi)置或外置存儲器）。第43頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月課外了解部分

色彩的物理、生理與心理效應(yīng)（1）

暖色與冷色

紅色、橙色和黃色可使人聯(lián)想到太陽或火，是暖色的。任何包含了藍色的顏色，如綠色、紫色或藍綠色(青色)，可使人聯(lián)想到空氣、天空和水，它們被稱為冷色。1色彩的物理效應(yīng)第44頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）

膨脹色與收縮色

膨脹色：前進性的暖色、明度高。收縮色：后退性的冷色、明度低。（3）

輕色與重色

輕色：明度高、冷色。重色：明度低、暖色（4）

華麗色與樸素色

華麗色：色度或明度愈高者愈華麗。樸素色：色度或明度愈低者愈樸素。第45頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）

興奮色與沉靜色

興奮色：暖色或明亮色、色度高。沉靜色：冷色或暗色、色度低。（6）

柔軟色與堅硬色

柔軟色：明度高、色度低、暖色。堅硬色：明度低、色度高、冷色。（7）

色彩的味覺

①酸：未成熟的果實，以綠色為主，加上黃、黃綠。第46頁，課件共51頁，創(chuàng)作于2023年2月②甜：成熟的果實，以黃、橙、