04-遥感光学基础

电磁波传播过程中通过两种介质的交界面上时，还会出现反射现象。而通过 大气时，气体、尘埃反射作用很小，反射现象主要发生在云层顶部，取决于 云量和云雾，而且各个波段均受到不同程度的影响，严重地削弱了电磁波强 度。因此，如果不是专门研究云层，尽量选择无云的天气接收遥感信号，则 不用考虑大气的反射。
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邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
黑白影象与彩色影象
• 真彩色影象
– 红绿蓝三波段合成
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遥感概论
遥感的光学基础
黑白影象与彩色影象
• 假彩色 彩色影象 彩色
– 真彩色之外的其它彩色合成方案 – 图像上物体的颜色，并非物体自身的 颜色。
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邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
• 目的和要求
–掌握颜色的性质、HSV模型、加色法等 –了解亮度对比和颜色对比、RGB模型等 –了解彩色显示原理
• 重点
–颜色的性质、HSV模型、加色法
• 难点
–颜色立体
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遥感概论
遥感的光学基础
遥感的光学基础
遥感概论
遥感的光学基础
光和颜色
•光
– 电磁波谱中0.38-0.76µm的波段能 引起人的视觉，称为可见光 简称 可见光, 可见光 光
遥感概论
遥感的光学基础
遥 感 概论
第五讲
====遥感光学基础====
遥感概论
遥感的光学基础
上一讲回顾
• 主要内容
– 大气对辐射的影响 – 地物波谱特征 – 几种常见地物的反射波谱特征
• 重点
– 大气窗口，大气散射对遥感的影响 – 地物波谱特征概念 – 几种常见地物的反射波谱特征
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遥感概论
遥感的光学基础
大气折射
• 因为电磁波传播过程中折射率的变化，使电磁 波在大气中传播的轨迹是一条曲线，到达地面 后，地面接收的电磁波方向与实际上太阳辐射 的方向相比偏离了一个角度，称为折射值
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遥感概论
遥感的光学基础
大气反射
• 主要发生在云层顶部
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遥感概论
遥感的光学基础
黑白影象与彩色影象
遥感概论
遥感的光学基础
黑白影象与彩色影象
• 遥感影象用照片或数字影象来表现 遥感影象用照片或数字影象来表现 照片
– 单波段或全色波段表现为黑白图象， 单波段或全色波段表现为黑白图象 黑白图象， – 三波段组合表现为彩色影象 三波段组合表现为彩色影象
TM
1 -蓝
4-近红外
2 -绿
5-近红外
3 -红
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7-近红外
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遥感概论
遥感的光学基础
真彩色： 真彩色：TM321 假彩色
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TM432
邱永红
TM741
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遥感概论
遥感的光学基础
绿—> B 红—> G 红外—> R 红外 各种地物在影 象上的颜色？
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邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
黑白影象与彩色影象
• 黑白相片成像原理
负像
显影、定影 显影
曝光
正像
潜像
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遥感概论
遥感的光学基础
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邱永红
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遥感概论
三层感光原理
彩色相片成像原理
遥感的光学基础
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遥感概论
三层感光原理
邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色显示原理
光源 LCD 滤光片
Eye
电极
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色投影原理
投影系统
强光源 反射镜 反射镜 反射镜
Red LCD
Green LCD
Blue LCD
聚光器
LCD 阵列
透镜
透镜
透镜
反射镜 反射镜 反射镜 (wavelength selective) 反射镜 (wavelength selective)
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色显示原理
遥感概论
遥感的光学基础
• 彩色显示原理
–加法原理 加法原理
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色显示原理
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色显示原理 R G
红色通道
绿色通道
B
蓝色通道
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遥感概论
遥感的光学基础
大气散射
• 米氏散射（Mie scattering）
– 当大气中粒子的直径大于波长1/10到与辐射的波长 相当时发生 – 由烟、尘埃、小水滴及气溶胶等引起 – 散射强度与波长的二次方成反比，且散射光的向前 方向比向后方向的散射强度更强，方向性较明显 – 云雾对红外线的散射主要是米氏散射
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遥感概论
遥感的光学基础
亮度对比和颜色对比
• 颜色对比
–指相邻区域不同颜色的相互影响 指相邻区域不同颜色的相互影响 – 所有颜色都是对某段波长有选择 地反射而对其它波长吸收的结果 – 人眼能分辨一百多种不同颜色， 彩色图象能表现更丰富的信息量
人眼对颜色的分辨力比对灰度的分辨力要强得多
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源自文库11
遥感概论
遥感的光学基础
大气散射
• 无选择性散射（Non-selective scattering）
– 当大气中粒子的直径大于波长时发生的散射 – 散射强度与波长无关，任何波长的散射强度相同
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遥感概论
遥感的光学基础
大气散射
• 对遥感的影响
– 散射光直接进入 传感器，增加信 号中的噪声成分， 造成图象质量下 降 – 对可见光的短波 波段（蓝、绿） 影响较明显
• 不同波长的光刺激人眼引起色彩 感觉， 感觉，即颜色
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遥感概论
遥感的光学基础
亮度对比和颜色对比
• 在可见光波段内讨论 • 亮度对比
–亮度对比：视场中目标与背景 亮度对比： 亮度对比 的两度差与背景亮度之比 C=（ 对象- 背景）/L背景 C=（L对象-L背景）/L背景 –选择适宜的对象及背景的亮度， 选择适宜的对象及背景的亮度， 选择适宜的对象及背景的亮度 可以提高对比， 可以提高对比，从而提高视觉 效果。 效果。
– 瑞利散射（Rayleigh scattering） – 米氏散射（Mie scattering） – 无选择性散射（Non-selective scattering）
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遥感概论
遥感的光学基础
大气散射
• 瑞利散射（Rayleigh scattering）
– 当大气中粒子的直径小于波长1/10或更小时发生的 散射 – 由大气中原子、分子，如氮、二氧化碳、臭氧和氧 分子等引起 – 散射强度与波长的四次方成反比
• 反射波方向与入射波方向无关，且从任何角度观察反射 面，其反射辐射亮度为一常数
– 方向反射:实际物体多数为方向反射
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遥感概论
遥感的光学基础
物体的反射
• 地物的反射光谱
– 指地物的反射率随波长的变化规律 – 通常用二维几何空间内的曲线表示 ，即反射波谱 曲线
反射率（ρ）
反射波谱曲线
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遥感概论
遥感的光学基础
加色法和减色法
遥感概论
遥感的光学基础
加色法和减色法
• 互补色
– 混合后产生白色的两种颜色
• 三原色
– 按一定比例混合后能生成各种颜 色的三种颜色 – 加法三原色
• 红、绿、蓝
– 减法三原色（滤光） 减法三原色（滤光）
• • • 青 减红 品红 减绿 黄 减蓝
遥感概论
遥感的光学基础
黑白影象与彩色影象
• 伪彩色 彩色影象 彩色
– 将不同的灰度值 赋予不同的颜色 显示
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邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
TM4
密度分割结果 （伪彩色） 伪彩色）
遥感概论
遥感的光学基础
大气吸收
• 吸收入射辐射能，并将其转化为分子的内能 • 具有选择性，造成某些波段的太阳辐射强度 衰减
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遥感概论
遥感的光学基础
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遥感概论
遥感的光学基础
大气散射
• 辐射在传播过程中遇到小微粒会使传 播方向改变，并向各个方向散开，称 为散射 • 大气的散射现象有以下三种情况
横坐标表示波长λ，纵坐标表示反射率ρ
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波长（λ）
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遥感概论
遥感的光学基础
植被的反射波谱
• 可分为三段：
– 0.4-0.76µm: 绿色波段（0.55 µm）有一小反射峰，两边（蓝、红）为吸 收带 – 0.76-1.3 µm: 高反射，在0.7 µm处反射率迅速增大，至1.1处有峰值 – 1.3-2.5 µm: 受植物含水量影响，吸收率增加，反射率下降，形成几个 低谷
彩色数码相机成像原理
遥感的光学基础
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色红外成像原理
单波段
彩色红外相片
三波段
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色红外相片
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色红外相片
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邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
遥感概论
遥感的光学基础
上一讲思考题
• 什么是大气窗口，遥感中常用的大气窗口有哪 些？ • 大气散射有哪几种类型? • 大气散射对遥感有何影响？ • 主动遥感和被动遥感有何区别？ • 植被、土壤、水体的反射波谱有何特点?
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邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
大气对辐射的影响
• 主要是大气成分 的作用 • 对电磁辐射具有 折射、反射、 折射、反射、吸 散射作用 收、散射
2011-4-13
邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
土壤的反射波谱
• 土壤的表面反射光谱曲线比较平滑，没有明显的峰谷 • 土质越细反射率越高；有机质含量越低，反射率越高； 土壤含水量越低，反射率越高。
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邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
水体的反射光谱
• 反射主要在蓝绿波 段，其它波段吸收 都很强，近红外吸 收更强
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遥感概论
遥感的光学基础
颜色的性质
• 亮度 亮度(Brightness,Value, Luminance)
– 人眼对光源或物体明亮程度的 主观感受
• 色调 色调(Hue)
– 不同波长的光刺激人眼引起的 不同波长的光刺激人眼引起的 波长 色彩感觉
• 饱和度 饱和度(Saturation)
水体中含有其它物质时， 水体的反射光谱曲线会发 生 变化
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遥感概论
遥感的光学基础
岩石的反射波谱
• 无统一特征
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遥感概论
遥感的光学基础
• 同类地物的反射光谱具有相似性，但 也有差异性。
2011-4-13
邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
本讲的主要内容
TM321
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遥感概论
遥感的光学基础
大气窗口
• 通过大气时 较少被反射、 吸收或散射 的，透过率 较高的电磁 电磁 波段
2011-4-13
邱永红
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遥感概论
遥感的光学基础
地物反射波谱特征
遥感概论
遥感的光学基础
物体的反射
• 反射的类型
– – – 三种反射：镜面反射、漫反射、方向反射 三种反射 镜面反射 漫反射
邱永红
品红
–S：饱和度 S
–V：明度 V
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遥感概论
遥感的光学基础
彩色
V
H
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S
31
遥感概论
遥感的光学基础
颜色立体 • RGB模型 模型
– R：红色 ：
– G：绿色 ： – B：蓝色 ：
• 取值范围 取值范围0-1 或0-255 • 取值范围0-1 取值范围 或0-255 • 取值范围 取值范围0-1 或0-255
黑白影象与彩色影象
• 彩色影象
– 真彩色 真彩色(true color)：红绿蓝三波段合成 ： – 假彩色 假彩色(false color)：真彩色之外的其它 ： 彩色合成方案 – 伪彩色 伪彩色(pseudo color)
• 灰度图象的彩色显示 • 将不同的灰度值赋予不同的颜色显示
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– 色彩的纯度 – 反映光谱中波段的宽窄，或频 波段的宽窄， 反映光谱中波段的宽窄 率是否单一， 率是否单一，或颜色中掺入白 光的多少
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遥感概论
遥感的光学基础
颜色立体
遥感概论
遥感的光学基础
绿 青 红 蓝 黄
颜色立体
• HSV模型 HSV模型
–H：色调 H
• 用角度量表示 • 范围从0到360度 范围从0 360度 • 红绿蓝分别相隔120度 红绿蓝分别相隔120 120度 • 互补色分别相差180度 互补色分别相差180 180度 • 表示所选颜色纯度和该 颜色最大纯度之比 • 范围从0到1 范围从0 • S=0时，只有灰度 S=0时 • 范围从0到1。 范围从0