遙感概論課件：3顏色與攝影

1、13 彩色基本原理與攝影成像1 光和顏色 2 顏色的性質(zhì)3 加色法與減色法4 黑白影象與彩色影象5 攝影成像2光和顏色電磁波譜中0.38-0.76m的波段能引起人的視覺，稱為可見光, 簡稱光能夠被眼睛感覺到、并產(chǎn)生視覺現(xiàn)象的輻射是可見輻射或可見光可見光加上紫外和紅外部分來自原子和分子的發(fā)光輻射，稱為光學(xué)輻射-光學(xué)遙感(optical remote sensing)光3顏色 顏色是可見光作用到人眼中，并刺激了色覺神經(jīng)而產(chǎn)生的一種主觀感覺。所有顏色都是對某段波長有選擇地反射而對其它波長吸收的結(jié)果4物體產(chǎn)生顏色所必須的四大要素：光源、有色物體、眼晴、大腦5顏色形成的三要素(或四要素)：光、物體、眼睛

2、與大腦 6人眼三種錐體細(xì)胞的感色曲線 7光和顏色 可見光的波長不同，產(chǎn)生的色覺不同：0.7m為紅色，0.58 m為黃色，0.51 m為綠色，0.47 m為藍(lán)色 可見光是不同波長可見輻射的混合，其顏色決定于進入眼睛的可見光譜不同波長輻射的相對輻射功率分布。 可見光的分解：棱鏡色散（折射作用），分成各種色光 不能被棱鏡再分解的、單一波長的光-單色光，也稱光譜色，僅表現(xiàn)為一種顏色。 自然界單色光很少，多數(shù)為各色光的混合8物體的顏色根據(jù)物體發(fā)射電磁輻射的輻射通量密度，可將物體分為發(fā)光體和非發(fā)光體。發(fā)光體的顏色由它發(fā)出的可見輻射的波長而定。非發(fā)光體的顏色取決于它們對可見光所固有的吸收、反射和透射性能。根

3、據(jù)物體的吸收和反射狀況，可分為：消色物體和彩色物體。1、消色物體，或非彩色物體，對入射的白光呈無選擇吸收和反射，根據(jù)吸收和反射的多少，可呈白、灰、黑色。2、彩色物體對入射的白光有分解能力，呈選擇性吸收和反射。反射光與入射光相比，在強度和光譜成分兩方面均有改變：反射光為與入射光各波段輻射強度比例不同的色光，物體呈現(xiàn)色彩。光源不同，物體呈現(xiàn)的顏色不同。9物體的不同顏色10亮度對比亮度對比：視場中對象與背景的亮度差與背景亮度之比C=|L對象-L背景|/L背景選擇適宜的對象及背景的亮度，可以提高對比，從而提高視覺效果。兩個或多個對象間的對比，即C=L對象/L對象 人對光的反應(yīng)是靠眼睛進行的，人眼對不同

4、波長的光感覺不同。在光亮條件下，人眼對0.555um波長的光感覺最靈敏，波長變大或變小，靈敏度都會降低。 不同的人對亮度或顏色的評價都會有差異。11亮度對比不同地物間的對比度一條細(xì)長的河流在圖像上能清楚地反映出，原因？12顏色的性質(zhì) 顏色描述對遙感圖象很重要，顏色變換是遙感圖象處理的重要方法。視覺感受所有顏色都是對某段波長有選擇地反射而對其它波長吸收的結(jié)果 顏色的性質(zhì)由明度、色調(diào)、飽和度來描述明度（Lightness, 強度, Intensity，Value）色調(diào)（Hue）飽和度(Saturation)13I，VHS14明度（Lightness, 強度, Intensity）：是人眼對光源或物

5、體明亮程度的感覺。與電磁波輻射的概念不同，明度受人的視覺感受性和經(jīng)驗影響。物體反射率越高，明度就越高。光源：亮度越大，明度越高不同色別，反射率不同，明度也不同：黃-紅黑白圖象：灰度、灰階15色調(diào)（Hue）：也稱色別，色彩彼此間相互區(qū)分的特性。可見光波段的不同波長刺激人眼產(chǎn)生了不同色彩（紅-紫）的感覺。從紅到紫是可見光譜上存在的顏色，每種顏色對應(yīng)一個波長值，是光譜色。有時刺激人眼的光波不是單一波長，而是一些波長的組合，也可構(gòu)成一些顏色，但它們找不到對應(yīng)的波長值，不叫光譜色。一定的光譜或其混合對應(yīng)確定的顏色，但一定的顏色卻可由多種光譜混合形成16飽和度(Saturation):彩色純潔的程度，即光

6、譜中波長段是否窄，頻率是否單一的表示。對于光源，發(fā)出的若是單色光就是最飽和的彩色，如激光和各種光譜色。對于不透明物體顏色，如果物體對光譜反射有很高的選擇性，只反射很窄的波段，則飽和度高。如果光源或物體反射光在某種波長中混有許多其它波長的光或混有白光，則飽和度變低。黑白色只用明度描述，不用色調(diào)、飽和度描述。17彩色 IH S18顏色的合成 光譜相同的光引起相同的色覺，而光譜不同的光，也能引起相同的色覺， 光和色有單一的對應(yīng)關(guān)系，但色和光沒有相應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系加色法：色光混合減色法：染料混合19加色法三原色：若三種顏色，其中的任一種都不能由其余二種顏色混合相加產(chǎn)生，三種顏色按一定比例混合，可以形成各種

7、色調(diào)的顏色，則稱之為三原色。 實驗證明，紅、綠、藍(lán)三種顏色是最優(yōu)的三原色。由三原色混合，可以產(chǎn)生其他顏色，稱為加色法。當(dāng)然，混合后的顏色只是一種視覺效果上的顏色，已完全失去了顏色的光譜意義。互補色：若兩種顏色混合產(chǎn)生白色或灰色 , 這兩種顏色就稱為互補色。 如黃和藍(lán)，紅和青，綠和品紅均為互補色。電視屏幕、電腦顯示器等顯示的彩色，為加色法2021Color TheoryAdditive Color加色法22減色法顏色的減法混合彩色攝影、彩色印刷打印、美術(shù)顏料的混合減色法是從自然光（白光）中，減去一種或二種基色光而生成色彩的方法。一般適用于顏料配色、彩色印刷等色彩的產(chǎn)生。顏料本身的色彩是由于本身選

8、擇性地吸收了入射自然光中一定波長的光，反射出未被吸收的色光而呈現(xiàn)出本身的色彩。例如，黃色顏料是由于本身吸收了自然光中的藍(lán)色光，反射出未被吸收的紅光和綠光疊加混合的結(jié)果；品紅顏料是由于吸收了自然光中的綠光，反射出紅光和藍(lán)光相加的結(jié)果；同樣，青顏料是由于吸收了自然光中的紅光成分，反射藍(lán)光與綠光的結(jié)果。23減法三原色減法三原色：指加法三原色的補色，即黃(Y)、品紅(M)和青色(C)。 Yellow, Magenta, Cyan用白光由紅、綠、藍(lán)三色組成這種理想模型來理解，可以認(rèn)為黃色，是減去藍(lán)色的的紅綠組合；同樣地，品紅色是減去綠色的紅藍(lán)組合，青色是減去紅色的藍(lán)綠組合。這樣，黃、品紅、青便是減色法的

9、三原色。將彩色涂料的三色疊加時，由于光線依次通過減紅、減綠、減藍(lán)層就成黑色。只有當(dāng)涂料濃度不夠，減色不徹底時才會出現(xiàn)灰白色，但這仍是減色法而不是加色法。減色法的呈色原理可以用下面的式子來表達(dá)： YMWBGR YCWBRG CMWRGB YMCWBGRO（黑） 24Color TheorySubtractive Color減色法cyan, magenta and yellow (CMY) 25A red apple is a good example of subtractive color; the apple really has no color; it has no light ener

10、gy of its own, it merely reflects the wavelengths of white light that cause us to see red and absorbs most of the other wavelengths which evokes the sensation of red. The viewer (or detector) can be the human eye, film in a camera or a light-sensing instrument. 打印或印刷過程的彩色減色法CYMKK：Black26黑白影像與彩色影像遙感影

11、像常以照片（或數(shù)字影像）來表現(xiàn):單波段或全色波段表現(xiàn)為黑白圖像，三波段組合表現(xiàn)為彩色影像彩色圖像：真彩色(true color)：（三波段組合）與真實物體相同的顏色假彩色(false color)：（三波段組合）圖像上物體所具有的顏色，并非它本身的顏色。偽彩色(pseudo color)偽彩色 (pseudocolor): 灰度圖象的彩色表示或顯示27單波段三波段28綠G紅 B紅外 R各種地物在影象上的顏色？Each pixel on the computer monitor is made up of a triad of red, green, and blue phosphors B-G

12、-RB-G-R29B-G-RB-G-R30不同波段組合的圖像：NIR-R-G， R-G-BR-NIR-G NIR：近紅外R：紅G：綠B：藍(lán) 31123457TM32真彩色：TM321假彩色TM432 TM74133TM4密度分割結(jié)果（偽彩色）34天然彩色合成（natural color composite）圖像用非可見光波段合成的假彩色圖像，以模擬真彩色圖像IKONOSa,假彩色b,真彩色c,天然彩色35天然彩色合成方案：R = XS2G = (3 XS1 + XS3)/4B = (3 XS1 - XS3)/4 SPOT 天然彩色圖像SPOT: XS1-綠，XS2-紅，XS3-NIR36黑白攝

13、影材料：膠片；相紙黑白膠片航空攝影經(jīng)常使用的標(biāo)準(zhǔn)型膠片航空攝影成像37攝影的負(fù)-正順序：a)負(fù)片曝光；b)相紙放大；c)接觸印相潛影反轉(zhuǎn)色調(diào)定影航空攝影成像顯影38黑白膠片的光譜靈敏度（全色、紅外感光片）39全色和黑白紅外航空照片比較在紅外照片上，植被更亮，小的河流和潮濕的土壤范圍更清楚（由于紅外波段的光譜反射特征）40彩色膠片使用彩色膠片的優(yōu)點，人眼辨別彩色色調(diào)比辨別灰色色調(diào)的能力更強41彩色膠片的結(jié)構(gòu)和光譜靈敏度加藍(lán)色濾光片原因：難以制造出只對紅光和綠光感光而不對藍(lán)光感光的乳劑層（感光層）42就光譜靈敏度而言，彩色膠片的三層可認(rèn)為是三種黑白鹵化銀乳劑（如上圖）；彩色膠片沖洗后每層所具有的色

14、澤，實際上并不是藍(lán)綠紅三色。沖洗后，藍(lán)感光層含有黃色，綠感光層含有品紅色，而紅感光層含有青色。每層所具有的配色量與拍攝時景物原色的光的強度成反比關(guān)系。當(dāng)我們注視此彩色膠片時，配色層便會產(chǎn)生原景物的視感覺。彩色膠片的結(jié)構(gòu)43彩色膠片的彩色形成過程44彩色紅外膠片 與通常的彩色膠片不同，彩色紅外膠片在它的三層感光乳劑上可記錄綠、紅、紅外（波長0.7-0.9um）的景物能量。這三層經(jīng)顯影后的顏色仍是黃、品紅和青色。因此，得到“假彩色”膠片，即膠片上的藍(lán)色反映反射的綠色波段能量，綠色反映反射的紅色波段能量，紅色反映反射的紅外波段能量。彩紅外識別偽裝45彩色紅外膠片46彩色紅外膠片的彩色形成過程47Aerial PhotographyNormal ColorFalse-col