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1、第二章第二章 遥感电磁辐射基础遥感电磁辐射基础 本章主要介绍遥感理论中与电磁波有关的 物理概念。电磁波与电磁波的传播特性电磁波与电磁波的传播特性，电电 磁波谱；黑体辐射磁波谱；黑体辐射和黑体辐射特点黑体辐射特点，实际物 体的辐射与黑体辐射的区别；介绍太阳和地 球的辐射随波长的强度变化，以及大气对太大气对太 阳辐射的影响阳辐射的影响；最后分析地面物体对电磁波 辐射的反射作用，各种地物对电磁波反射的地物对电磁波反射的 不同对遥感影像解译的重要性不同对遥感影像解译的重要性。 21电磁波谱与黑体辐射电磁波谱与黑体辐射 遥感是利用传感器主动或被动地接受主动或被动地接受地面目标物反射的电磁波反射的电磁波，

2、 通过电磁波中所传递的目标物信息来识别目标，从而达到探测的目 的。因此，首先要了解电磁波的一系列性质、物体发射和吸收电磁 辐射的规律。 一一 电磁波和电磁波的传输特性电磁波和电磁波的传输特性 （一）电磁波的产生（一）电磁波的产生 电磁波是电磁振动的电磁振动的传播。当电磁振荡进入空间时，变化的磁场 激发了变化了的电场，使电磁振荡在空间传播，形成电磁波电磁振荡在空间传播，形成电磁波。电磁 波也称为电磁辐射电磁辐射。如图2.1所示。 可以通过日常生活中的一些现象来理解波动。比如：一根绳子抖 动时，振动沿绳子向前传播；水面被搅动时，水波向前传播等。 这些波动有一个共同的特点，就是质点的振动方向与波质点

3、的振动方向与波的传播方 向垂直垂直，我们称之为横波横波。电磁波是横波。（图22） （二）电磁波特点（二）电磁波特点 1、 波动性 电磁波的波动性可以由单色波的波函数看出： ：波函数：波函数 A A：振幅：振幅 ：圆频率：圆频率 t: t: 时间变量时间变量 k k： 圆波数圆波数 x x：空间变量：空间变量 ：初始位相：初始位相 波函数由振幅振幅和位相位相组成，一般遥感器仅仅记录电 磁波的振幅振幅信息，丢失位相信息。全息摄影中，同时记 录了振幅信息和位相信息。 )sin(kxtA /hchvE /hP 动量：P 能量：E h : 普朗克常数，6.62607551034 J s c : 光速；

4、v : 频率 能量和动量能量和动量是粒子属性，频率和波长是波动 属性。可见光，红外线；微波和无线电波； 紫外线和X射线Y射线。 3 电磁波的粒子性电磁波的粒子性 4 电磁波的叠加 原理 当两列波在同一空间两列波在同一空间 传播时，空间尚各点的传播时，空间尚各点的 振动为各列波单独振动振动为各列波单独振动 的合成。的合成。 任何复杂的电磁波复杂的电磁波 都可以分解成许多比较都可以分解成许多比较 简单的电磁波简单的电磁波； 比较简单的电磁波也 可以合成为复杂的电磁 波。 5 电磁波的衍射和偏振 电磁波遇到有限大小的障碍物时，能够绕过障碍物而有限大小的障碍物时，能够绕过障碍物而 弯曲地向障碍物地后面

5、传播弯曲地向障碍物地后面传播。把这种通过障碍物边缘 改变传播方向地现象，称为电磁波的衍射电磁波的衍射。 (设计遥感器地空间分辨率 具有重要意义。) 电磁波遇到“狭缝狭缝”的障碍物的障碍物时，能够通过狭缝地振动 分量，称为电磁破的偏振。 偏振光，非偏振光，部分偏振 最小分辨角: d 22. 10 d 物镜的有效孔径 6 电磁波的多普勒效应 电磁波因辐射源（或者观察者）相对于传播介质的运动，电磁波因辐射源（或者观察者）相对于传播介质的运动， 而使观察者接受到的频率发生变化而使观察者接受到的频率发生变化，这种现象称为多普勒效 应。 电磁波的传播实际上是能量的传递能量的传递，电磁波的能量与其传能量与其

6、传 播的频率成正比播的频率成正比。电磁波也称为电磁辐射。 电磁波在传播过程中遇到气体、液体或固体介质传播过程中遇到气体、液体或固体介质时会发 生一系列现象。当电磁波入射到平面上时，如果平面如同镜电磁波入射到平面上时，如果平面如同镜 面，会发生镜面反射面，会发生镜面反射，以垂直平面的法线为准，入射角等于入射角等于 反射角反射角，同时射入介质的电磁波会发生折射现象射入介质的电磁波会发生折射现象。折射角一折射角一 般不等于入射角般不等于入射角，例如当电磁波射入平静的水面时发生反射 和折射。 此外，电磁波射入介质后电磁波射入介质后，要损失能量要损失能量。这是因 为介质对电磁辐射的吸收作用吸收作用。如果

7、能量没有全部被吸 收，总有一小总分从入射延伸的方向射出介质。这部分 能量是透射辐射透射辐射。全部反射、吸收和透射的能量之和应 该与入射的总能量相等。而每一部分能量占总入射能量 的比率可以用百分比的方法计算： 反射率（)（反射能量/入射总能量）100% （22） 吸收率（） （吸射能量/入射总能量）100% （23） 透射率（T） （透射能量/入射总能量）100% （24） 以上各种比率值均小于1，并且随波长变化而变化。 辐射传播中，若碰到小粒子小粒子，如气体中的尘埃和水珠尘埃和水珠 等，由于上面各种作用无特定方向的同时发生，使辐射 向四面八方散去，电磁波的强度和方向强度和方向发生各种变化， 这

8、种现象是散射散射（图2.3）。散射的强度随波长而改变散射的强度随波长而改变。 （三）电磁辐射测量（三）电磁辐射测量 为了定量的描述电磁辐射，必须了解下面辐射测量的 定义及其度量单。 辐射能辐射能W；是指电磁波在转播过程中所携带的能量称为 的辐射量，单位是J； 辐射通量辐射通量：单位时间内通过某一面积的辐射能量，是 辐射能流的单位，记为=dW/dt。用W（JS）表示；辐 射通量是波长的函数，总辐射通量应该是各波段辐射通量总辐射通量应该是各波段辐射通量 之和或辐射通量的积分值。之和或辐射通量的积分值。 辐照度辐照度I：是表示在辐射接收面单位面积上辐射通量， 记为：Id/dS。单位是Wm2，S为面积

9、。 辐射出射度辐射出射度M：是表示单位面积上的辐射通量，记为： d/dS。单位也是Wm2，S为面积。 辐照度辐照度I与辐射出射度辐射出射度M都是描述辐射通量的密度密度，只不 过前者为物体接收辐射前者为物体接收辐射，后者为物体发出辐射后者为物体发出辐射。它们都与 波长有关。 （四）电磁波谱（四）电磁波谱 随着对电磁波 性质的认识逐渐 深化，人们发现 很多辐射都具有 共同的性质。而 且按照它们在真真 空中传播的频率空中传播的频率 或波长排列可以或波长排列可以 形成一个连续的形成一个连续的 谱带谱带，这个谱带 就是电磁波谱电磁波谱 （图2.5）。 以频率从高到低排列划分为射线、射线、X射线、紫外线，

10、射线、紫外线， 可见光、红外线、微波、无线电波可见光、红外线、微波、无线电波。人们习惯使用的波 长 单 位 除 了 千 米 、 米 、 厘 米 、 毫 米 ， 还 有 微 米 （1m=10-6m）、毫微米或纳米（1nm=103m）、埃 （110-10m）等。此外电磁波还可以用频率表示。电 磁波谱区的划分界线不是十分明确，常常相互渗透。一 般是按照产生电磁波的方法或测量电磁波的方法来划分， 习惯上电磁波区域的划分方法如下： 以波长为界： 无线电波 1m 长波 3000m以上； 中波和短波 103000m； 超短波 110m； 微波微波 1mm1m； 按波长减小排列，微波又依次分：P, L, S,

11、 C, X, Ku, K, Ka等波段。 红外波段红外波段 0.761000m； 超远红外波段 151000m； 远红外 615m； 中红外 36m； 近红外 0.763m； 可见光可见光 0.380.76m 红 0.620.76m 橙 0.590.62m 黄 0.560.59m 绿 0.500.56m 青 0.470.50m 蓝 0.430.47m 紫 0.380.43m 紫外波段 10-3 3.810-1m X射线 10-5 10-3m 射线 09m反射率明显下 降。陈雪与新雪在可见 光波段反射率相近，在 近红外反射率差异较大， 可区分陈雪与新雪。雪 与云在可见光反射率相 近难以区分，在近

12、红外 雪的反射率明显低于云， 因此，在近红外图像上 可以区分雪与云 思考题： 1、在真空中，电磁波速为3108米秒。 （1）可见光谱的波长范围从约3.8107米的紫色到约7.610 7米的红色，其对应的频率范围为多少？ （2）X射线的波长范围约从5109米到1.01011米，其对应 的频率范围又是多少？ （3）短波无线电的频率范围约为1.5兆赫到300兆赫，其对应的波 长范围是多大？ 2、阐述辐照度I，辐射出射度M与辐射亮度L的物理意义，它们 的共同点和区别是什么？ 3、在地球上测得太阳的平均辐照度 I1.4103瓦米3，设太阳到地球的平均距离约1.51011米。 试，试求太阳的总辐射能量。

13、4、假定恒星表面的辐射与太阳表面辐射一样都遵循黑体辐射规律。 如果测量得到太阳辐射波谱的太max5100A0.51m，北极 星的北max0.35m，试计算太阳和北极星的表面温度及每单位 表面积上所发射出的功率是多少？ 5、已知日地平均距离为天文单位，1天文单位约1.496103米， 太阳的线半径约为6.96105km： （1）通过太阳常数I，计算太阳的总辐射通量E； （2）由太阳的总辐射通量E，计算太阳的辐射出射度M。 6、大气的散射现象有几种类型？根据不同散射类型的特点分析 可见光遥感与微波遥感的区别，说明为什么微波具有穿云透雾 能力而可见光不能。 7、对照书内卫星传感器表中所列波段区间和大

14、气窗口的波段区 间，理解大气窗口对于遥感探测的重要意义。 8、综合论述太阳辐射传播到地球表面又返回直到被卫星或飞机 中的传感器接收，在这一整个过程中所发生的物理现象。（结 合图236） 9、从地球辐射的分段特性说明为什么对于常用的Landsat， SPOT等卫星影像解译必须了解地物反射波谱特性。 10、列举几种可见光与近红外区间植被、土壤、水体、岩石地 物反射波谱曲线实例，记住它们的基本规律。 第三章第三章 遥感光学基础遥感光学基础 本章从光学的角度介绍了本章从光学的角度介绍了遥感黑白相片遥感黑白相片和和 彩色相片彩色相片的生成原理，包括自然界颜色的性的生成原理，包括自然界颜色的性 质，描述颜

15、色的三个主要物理量：质，描述颜色的三个主要物理量：明度明度、色色 度和饱和度度和饱和度，以及三个物理量之间的关系。，以及三个物理量之间的关系。 介绍了色光的加色法原理和颜料的减色法原介绍了色光的加色法原理和颜料的减色法原 理，由此引入了理，由此引入了黑白相片、真彩色相片、假黑白相片、真彩色相片、假 彩色相片和彩红外相片的不同定义和它们的彩色相片和彩红外相片的不同定义和它们的 生成过程生成过程。最后，简单介绍了一些光学处理。最后，简单介绍了一些光学处理 方法。通过本章帮助学生方法。通过本章帮助学生理解遥感影像的生理解遥感影像的生 成以及遥感影像的解译原理成以及遥感影像的解译原理。 31 颜色性质

16、和颜色立体颜色性质和颜色立体 一、光和颜色一、光和颜色 电磁波谱中电磁波谱中0.38m至至0.76m的波段称作可见光谱的波段称作可见光谱。这。这 是因为这一区间的电磁辐射能够引起人的视觉。如是因为这一区间的电磁辐射能够引起人的视觉。如0.7m 为红色为红色，0.58m为黄色为黄色，0.51m为绿色为绿色，0.47m为蓝色为蓝色 等，这一部分加上紫外和红外部分来自于原子与分子的发等，这一部分加上紫外和红外部分来自于原子与分子的发 光辐射，称为光学辐射，但一般情况下，光辐射，称为光学辐射，但一般情况下，紫外线产生疼痛紫外线产生疼痛 感感，红外线产生灼热感红外线产生灼热感，都不会使人的视觉产生如颜色

17、、，都不会使人的视觉产生如颜色、 形状等的视觉印象。严格地说，只有能够被眼睛感觉到的、形状等的视觉印象。严格地说，只有能够被眼睛感觉到的、 并产生视觉现象的辐射才是并产生视觉现象的辐射才是可见辐射或可见光，简称光可见辐射或可见光，简称光。 人对光的反应是靠眼睛进行的，当眼睛注视外界物体时，人对光的反应是靠眼睛进行的，当眼睛注视外界物体时， 视网膜的感光细胞在光亮条件下分辨颜色和细节视网膜的感光细胞在光亮条件下分辨颜色和细节，所以在，所以在 光亮条件下，光亮条件下，人眼能分辨各种颜色人眼能分辨各种颜色，当，当光谱亮度降低到一光谱亮度降低到一 定程度，人眼的感觉便是无彩色的定程度，人眼的感觉便是无

18、彩色的，光谱变成不同明暗的光谱变成不同明暗的 灰带。灰带。人眼对不同波长的光感觉不相同。在光亮条件下，人眼对不同波长的光感觉不相同。在光亮条件下， 人眼对人眼对0.555m波长的光感觉最灵敏波长的光感觉最灵敏， 波长变大或变小，波长变大或变小， 灵敏度都会降低。不同人对亮度或颜色的评价都会有差异。灵敏度都会降低。不同人对亮度或颜色的评价都会有差异。 观察图片或屏幕时，常对观察对像的观察图片或屏幕时，常对观察对像的亮暗程度有一评价亮暗程度有一评价。 这一评价实际是相对于背景而言的，就是这一评价实际是相对于背景而言的，就是亮度对比亮度对比。 亮度对比亮度对比是视场中是视场中对像与背景的亮度差和背景

19、亮度之对像与背景的亮度差和背景亮度之 比比，选择适宜的对像和背景亮度，可以提高对比，从而提，选择适宜的对像和背景亮度，可以提高对比，从而提 高视觉效果。同样的观察图像，当高视觉效果。同样的观察图像，当背景较亮时，感觉不太背景较亮时，感觉不太 亮。亮。当当背景很暗时，会感觉亮度提高背景很暗时，会感觉亮度提高了，就是亮度对比的了，就是亮度对比的 效果。在遥感图像中，亮度对比主要用于效果。在遥感图像中，亮度对比主要用于单色黑白影像，单色黑白影像， 但是很难说明哪个是背景，哪个是对像。这时亮度对比就但是很难说明哪个是背景，哪个是对像。这时亮度对比就 变成两个或多个对像之间的对比，即亮度对比变成两个或多

20、个对像之间的对比，即亮度对比 CL对像 对像/ L对像对像。 。 这种现象的例子，如一张灰色纸片，在白色背景上看这种现象的例子，如一张灰色纸片，在白色背景上看 起来发暗（对比小）在黑色背景上看起来发亮（对比大）。起来发暗（对比小）在黑色背景上看起来发亮（对比大）。 颜色对比颜色对比不像亮度对比那么简单。首先，观察颜色要利用不像亮度对比那么简单。首先，观察颜色要利用 眼球视网膜的中央区眼球视网膜的中央区。也就是视场要小一些。因为当。也就是视场要小一些。因为当视场视场 过大眼球侧视时过大眼球侧视时，先是，先是红、绿感觉消失红、绿感觉消失，只能看到，只能看到黄蓝色黄蓝色， 再往外侧视黄蓝色感觉也会消

21、失成为全色盲区。这时对颜再往外侧视黄蓝色感觉也会消失成为全色盲区。这时对颜 色的判断会发生错误。再者，色的判断会发生错误。再者，人眼对颜色的判断与波长的人眼对颜色的判断与波长的 关系不完全固定关系不完全固定，要受光强度的影响。当光强度增加时，要受光强度的影响。当光强度增加时， 颜色会向红色或蓝色方向变化。所以观察颜色时尽量选择颜色会向红色或蓝色方向变化。所以观察颜色时尽量选择 周围光强度基本不变的环境。周围光强度基本不变的环境。 在视场中，在视场中，相邻区域的不同颜色的相互影响叫做颜色相邻区域的不同颜色的相互影响叫做颜色 对比对比。颜色的对比受视觉影响很大，例如：在。颜色的对比受视觉影响很大，

22、例如：在一块品红的一块品红的 背景上放一小块白纸或灰纸，用眼睛注视白纸中心几分钟，背景上放一小块白纸或灰纸，用眼睛注视白纸中心几分钟， 白纸会表现出绿色白纸会表现出绿色。如果背景是黄色，白纸会出现蓝色。如果背景是黄色，白纸会出现蓝色。 这便是颜色对比的效果。两种颜色互相影响的结果，使每这便是颜色对比的效果。两种颜色互相影响的结果，使每 种颜色会向影响色的补色变化（绿是品红的补色，兰是黄种颜色会向影响色的补色变化（绿是品红的补色，兰是黄 的补色的补色, 见见32）。在两种颜色的边界，对比现象更为明）。在两种颜色的边界，对比现象更为明 显。显。 在可见光谱段中颜色从紫端往红端过渡变化。在可见光谱段

23、中颜色从紫端往红端过渡变化。 一般来说，一般来说，只要波长改变了只要波长改变了0.001 0.002m 人眼就能观察出差别人眼就能观察出差别，不同波长人眼的区别，不同波长人眼的区别 能力也不同。就整个光谱而言，能力也不同。就整个光谱而言，正常人眼应正常人眼应 分辨出一百多种不同颜色。分辨出一百多种不同颜色。可见，人对颜色可见，人对颜色 的分辨力比黑白灰度的分辨力强很多，正因的分辨力比黑白灰度的分辨力强很多，正因 为如此，彩色图像能表现出更为丰富的信息为如此，彩色图像能表现出更为丰富的信息 量量 二、颜色的性质二、颜色的性质 当观察物体时人眼的感觉不同，对光源而言，比如：当观察物体时人眼的感觉不

24、同，对光源而言，比如： 白炙灯，日光灯等，白光光源若亮度很高看到的是白色，白炙灯，日光灯等，白光光源若亮度很高看到的是白色， 若亮度很低看到的发暗发灰，若无亮度则看到黑色。而对若亮度很低看到的发暗发灰，若无亮度则看到黑色。而对 不发光的物体而言，比如：画布，彩纸等，人眼所看到的不发光的物体而言，比如：画布，彩纸等，人眼所看到的 物体颜色是物体反射的光线所致。当物体对可见光波段所物体颜色是物体反射的光线所致。当物体对可见光波段所 有波长无选择地反射有波长无选择地反射, 反射率都在反射率都在8090以上时，物体以上时，物体 为白色为白色且显得明亮，且显得明亮，当反射率对所有波长均在当反射率对所有波

25、长均在4以下时，以下时， 物体为黑色物体为黑色，很暗，很暗，反射率居中则表现为灰色反射率居中则表现为灰色， 介于白介于白 和黑之间。如果和黑之间。如果物体对可见光有选择地反射物体对可见光有选择地反射，如对，如对0.6m 以上的波长反射率很高，则物体看起来以上的波长反射率很高，则物体看起来是红色是红色，如果物体，如果物体 反射反射0.48-0.56m波段波段的辐射，而吸收其他波长的辐射，的辐射，而吸收其他波长的辐射， 这一物体看起来是这一物体看起来是绿色绿色。所有颜色都是对某段波长有选择。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。地反射而对其它波长吸收的结果。 颜色的性质由明度

26、、色调、饱和度来描述颜色的性质由明度、色调、饱和度来描述。 明度明度：是人眼对光源或物体明亮程度的感觉是人眼对光源或物体明亮程度的感觉。与电磁波。与电磁波 辐射亮度的概念不同，明度受人的视觉感受性和经验影响。辐射亮度的概念不同，明度受人的视觉感受性和经验影响。 一般来说，物体反射率越高，明度就越高一般来说，物体反射率越高，明度就越高。所以白色一定。所以白色一定 比灰色明度高。黄色比红色明度高因为黄色反射率高，对比灰色明度高。黄色比红色明度高因为黄色反射率高，对 光源而言，亮度越大，明度越高。（图光源而言，亮度越大，明度越高。（图3.1a） 色调色调：是色彩彼此相互区分的特性。：是色彩彼此相互区

27、分的特性。可见光谱段的不同可见光谱段的不同 波长刺激人眼产生了红橙黄绿青兰紫等彩色的感觉波长刺激人眼产生了红橙黄绿青兰紫等彩色的感觉。多数。多数 情况，刺激人眼的光波不是单一波长，而常常是一些波长情况，刺激人眼的光波不是单一波长，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，对于的组合，对于光源，则是不同波长的亮度组合，对于反射反射 物体不同反射率的不同波长组合，共同刺激人眼产生组合物体不同反射率的不同波长组合，共同刺激人眼产生组合 后的颜色感觉。后的颜色感觉。(图图3.1b)是一个颜色环，是表示颜色的理是一个颜色环，是表示颜色的理 想示意图。想示意图。 园环上把光谱色按顺序标出

28、，从红到紫是可园环上把光谱色按顺序标出，从红到紫是可 见光谱上存在的颜色见光谱上存在的颜色，构成园环。每种颜色都在园环上或园环，构成园环。每种颜色都在园环上或园环 内占一个位置，白色位于中心。没有对应波长的颜色不是光谱色。内占一个位置，白色位于中心。没有对应波长的颜色不是光谱色。 饱和度饱和度，是彩色纯洁的程度是彩色纯洁的程度，也就是，也就是光谱中波长段是否窄，频率光谱中波长段是否窄，频率 是否单一的表示是否单一的表示。对于光源，发出的若是。对于光源，发出的若是单色光就是最饱和的彩色单色光就是最饱和的彩色， 如如激光激光，各种光谱色都是，各种光谱色都是饱和色饱和色。对于物体颜色，如果物体对光谱

29、。对于物体颜色，如果物体对光谱 反射有很高的选择性，只反射很窄的波段则饱和度高。反射有很高的选择性，只反射很窄的波段则饱和度高。 如果光源或物体反射光在某种波长中混有许多其它波长如果光源或物体反射光在某种波长中混有许多其它波长 的光或混有白光则饱和度变低。的光或混有白光则饱和度变低。白光成分过大时，彩色白光成分过大时，彩色 消失成为白光。消失成为白光。在在(图图3.1b)的颜色环中，环上最外围的的颜色环中，环上最外围的 一圈是饱和度最高的颜色，位置约靠近中心，颜色越不一圈是饱和度最高的颜色，位置约靠近中心，颜色越不 饱和。黑白色只用明度描述，不用色调、饱和度描述。饱和。黑白色只用明度描述，不用

30、色调、饱和度描述。 为了形像地描述颜色特性之间系为了形像地描述颜色特性之间系 ，通常颜色立体来表现，通常颜色立体来表现 一种示意关系，见图一种示意关系，见图(3.2) 中间垂直轴代表明度中间垂直轴代表明度， 从底端到顶端，由黑到灰从底端到顶端，由黑到灰 再到白明度逐渐递增。再到白明度逐渐递增。中中 间水平面间水平面的圆周代表色调，的圆周代表色调， 相当于相当于颜色环颜色环，顺时针方顺时针方 向由红、黄、绿、兰到紫向由红、黄、绿、兰到紫 逐步过渡逐步过渡。圆周上的。圆周上的半径半径 大小代表饱和度大小代表饱和度，半径最，半径最 大时饱和度最大，沿半径大时饱和度最大，沿半径 向圆心移动时饱和度逐渐

31、向圆心移动时饱和度逐渐 降低，降低，到了中心便成了中到了中心便成了中 灰色灰色。如果离开水平圆周。如果离开水平圆周 向上下白或黑的方向移动向上下白或黑的方向移动 也也说明饱和度降低说明饱和度降低。颜色。颜色 立体是颜色环和明度轴的立体是颜色环和明度轴的 结合。结合。 3.2 加色法与减色法加色法与减色法 一、颜色相加原理一、颜色相加原理 1、 互补色：两种颜色混合产生白色或灰色，这两种互补色：两种颜色混合产生白色或灰色，这两种 颜色称为互补色。如颜色称为互补色。如黄和蓝黄和蓝，红和青红和青，绿和品红绿和品红均为互补均为互补 色。色。 如果两种非互补色混合，如果两种非互补色混合， 所得颜色混合色

32、。可以所得颜色混合色。可以 用颜色环模拟，因为混合色的位置就在连接两种颜色的直用颜色环模拟，因为混合色的位置就在连接两种颜色的直 线上。例如：品红和黄混合，连接园环上品红和黄两点，线上。例如：品红和黄混合，连接园环上品红和黄两点， 可以混合出连线上的各种颜色，那种颜色的比例大，就偏可以混合出连线上的各种颜色，那种颜色的比例大，就偏 向那种颜色。可以按杠杆定律计算。如果品红占向那种颜色。可以按杠杆定律计算。如果品红占80，而，而 黄占黄占20，那么混合色在联线上按，那么混合色在联线上按2：8的比例，更接近品的比例，更接近品 红处。从中心过这一混合色点作一半径，红处。从中心过这一混合色点作一半径，

33、 与园环的交点与园环的交点 就是混合的颜色。该点越靠近中心，饱和度越大。图中这就是混合的颜色。该点越靠近中心，饱和度越大。图中这 一点约是一点约是0.7m（700nm）,接近红色。这种颜色还可以再接近红色。这种颜色还可以再 和第三种颜色混合，得到另一种混合色。依此类推。和第三种颜色混合，得到另一种混合色。依此类推。 2、三原色三原色；三种颜色按一定比例混合，可以形成各种三种颜色按一定比例混合，可以形成各种 色调的颜色，称为三原色色调的颜色，称为三原色。实验证明，。实验证明，红、绿、蓝三种红、绿、蓝三种 颜色是最优的三原色颜色是最优的三原色，可以最方便地产生其它颜色。，可以最方便地产生其它颜色。

34、 混合后的颜色属于颜色环内部颜色，它们是一种视觉效混合后的颜色属于颜色环内部颜色，它们是一种视觉效 果上的颜色，失去了颜色的光谱组成意义。果上的颜色，失去了颜色的光谱组成意义。 为了加深对互补色和三原色的理解。可以做一个实为了加深对互补色和三原色的理解。可以做一个实 验。如图验。如图3.3。用三个可调亮度的光源，分别经过红绿。用三个可调亮度的光源，分别经过红绿 蓝三个滤光片，再经过透镜形成平行光束。在暗室中照蓝三个滤光片，再经过透镜形成平行光束。在暗室中照 射到白屏幕上。构成红、绿、蓝三原色。调节三原色灯射到白屏幕上。构成红、绿、蓝三原色。调节三原色灯 光的强度比例可以在白屏幕三束光重叠的部位

35、看到白光。光的强度比例可以在白屏幕三束光重叠的部位看到白光。 在只有红光和绿光重叠的部位产生黄光，在只有绿光和在只有红光和绿光重叠的部位产生黄光，在只有绿光和 蓝光重叠的部位产生青色光，在只有蓝光和红光重叠的蓝光重叠的部位产生青色光，在只有蓝光和红光重叠的 部分产生品红色光。不断地调节各灯的强度，白屏幕上部分产生品红色光。不断地调节各灯的强度，白屏幕上 还会出现各种中间颜色。仔细观察，会发现自然界各种还会出现各种中间颜色。仔细观察，会发现自然界各种 颜色都可以由红绿蓝这三原色产生。颜色都可以由红绿蓝这三原色产生。 这个实验可以简单地画成加色法示意图如图这个实验可以简单地画成加色法示意图如图34

36、。大园的颜色代。大园的颜色代 表色光的三原色。两园相交的部分是两种色光等量相加的混合色，表色光的三原色。两园相交的部分是两种色光等量相加的混合色， 显然，它一定是第三种颜色的补色。三个园相交的部分是三种颜显然，它一定是第三种颜色的补色。三个园相交的部分是三种颜 色等量相加的结果，一定是白色。该示意图可以帮助理解和记忆。色等量相加的结果，一定是白色。该示意图可以帮助理解和记忆。 三、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。 （二）、减法三原色 图38中减法中的三原色采用了加法三原色的补色，即 黄

37、色、品红色和青色。采用理想模型即白光由红、绿、蓝 三色组成来理解，可以认为当使用黄色滤光片时，将黄色 波长附近的红、绿段透过（透过率高）而将远端的蓝色吸 收（透过率低），便形成减蓝色即黄色。这种滤光片控制 了蓝色透过。同样地，减绿滤色片吸收绿色生成品红色， 减红滤色片吸收红色生成青色（图38）。实际生活中用 减色法的实例也很多，如作彩色涂料将三色叠加时，由于 光线依次通过减红、减绿、减蓝层而成黑色。只有当涂料 浓度不够，减得不彻底时才会出现灰白色，但这仍旧是减 色法而不是加色法。 思考题：思考题： 1、熟悉颜色的三个属性：明度、色调、饱和度，、熟悉颜色的三个属性：明度、色调、饱和度， 举例比较

38、。举例比较。 2、比较理想颜色立体和孟塞尔颜色立体的相同点和、比较理想颜色立体和孟塞尔颜色立体的相同点和 区别。区别。 3、在图、在图36中，若有红、绿、兰三原色分别位于红：中，若有红、绿、兰三原色分别位于红： 0.61m,绿：绿：0.54m，兰：，兰：0.47m附近，将这三点连成附近，将这三点连成 三角形，以此为基础找到它们的补色位置，说明补色三角形，以此为基础找到它们的补色位置，说明补色 黄、品红、青的波长及饱和度。黄、品红、青的波长及饱和度。 4、理解加色法与减色法的原理和适用条件。在彩色、理解加色法与减色法的原理和适用条件。在彩色 合成时，有滤光片分别透光并照射到白色屏幕上利用合成时，

39、有滤光片分别透光并照射到白色屏幕上利用 什么原理？若是滤光片叠合透光又利用什么原理？分什么原理？若是滤光片叠合透光又利用什么原理？分 别解释之别解释之 并举实际例子说明。并举实际例子说明。 3.3黑白影像与彩色影像黑白影像与彩色影像 遥感影像常常用照片来表现，单波段单波段或全 色波段表现为黑白影像，三波段三波段组合表现为 彩色影像。无论是光学处理，还是以计算机 处理为主的情况下，处理结果常形成底片底片 （负片）或照片照片（正片）。一些回收式卫星 其数据也是以胶片形式记录胶片形式记录。因此，有必要 学习黑白影像和彩色影像的制作原理。 一、黑白一、黑白(彩彩)片感光原理片感光原理 卤族元素和银的化

40、合物能在光照射下分离出银。照相 乳胶由大量卤化银晶粒和明胶组成，把照相乳胶均匀涂敷 在玻璃或赛璐珞基片上就制成了照相胶片。 照相的第一步是感光感光，当光照在底片上时卤化银在光子作 用下，使带正电银离子移动，形成潜像中心。第二步是显显 影影，使感光底片在暗室中浸入显影液体，液体中显影物质 把曝过光的卤化银还原成金属银，这时潜像变成可见像， 感光越强金属银密度越大。第三步为定影定影，定影液把显影 后残留在乳胶层中卤化银去掉，形成负片负片，这样光强光强之处 银颗粒层厚而发黑黑，透过率低透过率低，光弱光弱处银颗粒层薄而发白，发白， 透过率高透过率高，刚好与自然景物的黑白呈度相反，所以叫做负叫做负 片。

41、片。 洗印像片时使光透过负片照在像纸上，经过同样的曝洗印像片时使光透过负片照在像纸上，经过同样的曝 光、显影、定影过程形成正片光、显影、定影过程形成正片。负片黑处透过光弱，在正 片上发白，负片白处透过光强，在正片上发黑。因此正片 反映的黑白程度与自然景物相比，经过两次相反变换变成 一致。 二二 彩色影像片生成原理彩色影像片生成原理 （一）、彩色合成与假彩色合成（一）、彩色合成与假彩色合成 遥感影像的生成分二步走。首先在航空或航天 遥感的传感器中分波段接受地面上地物的信息。每 一波段相当于一个光谱段。地面接收站接收站接收卫星发 回的信号恢复后信号恢复后是显示在屏幕上的黑白图像黑白图像或输出 生成

42、黑白底片黑白底片。第二步是利用三个波段的黑白底三个波段的黑白底 片加色合成为彩色影像片加色合成为彩色影像。合成后的影像如果与自然 景物完全一致一致称为真彩色合成影像真彩色合成影像，如果与自然景 物色彩不一致不一致称为假彩色或伪彩色合成影像假彩色或伪彩色合成影像。 无论什么片基，彩色片中彩色的生成过程类似，如图无论什么片基，彩色片中彩色的生成过程类似，如图314所所 示。把自然界物体的颜色简单划分为兰、青、绿、黄、红、品示。把自然界物体的颜色简单划分为兰、青、绿、黄、红、品 红六个色彩段，再加上全黑和全白共八色，红六个色彩段，再加上全黑和全白共八色， 思考题：思考题： 1、熟悉颜色的三个属性：明

43、度、色调、饱和度，、熟悉颜色的三个属性：明度、色调、饱和度， 举例举例 比较比较。 2、比较理想颜色立体和孟塞尔颜色立体的相同点和区、比较理想颜色立体和孟塞尔颜色立体的相同点和区 别。别。 3、在图、在图36中，若有红、绿、兰三原色分别位于红：中，若有红、绿、兰三原色分别位于红： 0.61m,绿：绿：0.54m，兰：，兰：0.47m附近，将这三点连成三附近，将这三点连成三 角形，以此为基础找到它们的补色位置，说明补色黄、品角形，以此为基础找到它们的补色位置，说明补色黄、品 红、青的波长及饱和度。红、青的波长及饱和度。 4、理解加色法与减色法的原理和适用条件。在彩色合、理解加色法与减色法的原理和

44、适用条件。在彩色合 成时，有滤光片分别透光并照射到白色屏幕上利用什么原成时，有滤光片分别透光并照射到白色屏幕上利用什么原 理？若是滤光片叠合透光又利用什么原理？分别解释之理？若是滤光片叠合透光又利用什么原理？分别解释之 并举实际例子说明。并举实际例子说明。 5、利用标准假彩色影像并结合地物光谱特性，说明为、利用标准假彩色影像并结合地物光谱特性，说明为 什么在影像中植被呈现红色，湖泊、水库呈兰偏黑色，重什么在影像中植被呈现红色，湖泊、水库呈兰偏黑色，重 盐碱地呈偏白色。盐碱地呈偏白色。 6、一幅黑白影像，分析在底片特性曲线上曝光量适中、一幅黑白影像，分析在底片特性曲线上曝光量适中、 过大、过小在

45、曲线中的位置和所造成的视觉影响。举例说过大、过小在曲线中的位置和所造成的视觉影响。举例说 明。明。 7、熟悉摄影负片和正片生成原理。、熟悉摄影负片和正片生成原理。 8、熟悉彩红外影像生成原理，并与摄影片生成过程比、熟悉彩红外影像生成原理，并与摄影片生成过程比 较相同与不同之处。较相同与不同之处。 9、遥感光学处理方法主要有哪些？、遥感光学处理方法主要有哪些？ 解决什么问题？解决什么问题？ 第四章第四章 传感器传感器 传感器传感器是获取地面目标电磁辐射信息的装置是获取地面目标电磁辐射信息的装置 收集器收集器：负责收集地面目标辐射的电磁波能量。具体元件形式多种：负责收集地面目标辐射的电磁波能量。具

46、体元件形式多种 多样，如透镜组，反射多样，如透镜组，反射 镜组，镜组， 天线等。天线等。 探测器探测器：主要功能是将收集到的电磁辐射能转变为化学能或电能。：主要功能是将收集到的电磁辐射能转变为化学能或电能。 具体的元器件主要有感光胶片、光电管、光敏和热敏探测元件、共具体的元器件主要有感光胶片、光电管、光敏和热敏探测元件、共 振腔谐振器等。振腔谐振器等。 处理器处理器：对转换后的信号进行各种处理，如显影、定影、信号放大、：对转换后的信号进行各种处理，如显影、定影、信号放大、 变换、校正和编码等具体的处理器类型有摄影处理装置和电子处理变换、校正和编码等具体的处理器类型有摄影处理装置和电子处理 装置

47、。装置。 输出器输出器：输出信息的装置。输出器类型主要有扫描晒像仪、阴极射：输出信息的装置。输出器类型主要有扫描晒像仪、阴极射 线管、电视显像管线管、电视显像管、磁带记录仪、磁带记录仪、XY彩色喷笔记录仪等彩色喷笔记录仪等 收集器收集器 探测器探测器 处理器处理器 输出器输出器 图图4-1 传感器的一般结构传感器的一般结构 4.1 4.1 传感器的分类传感器的分类 遥感信息获取遥感信息获取的关键是的关键是传感器传感器。地物发射或反射的。地物发射或反射的电磁波信电磁波信 息息，通过，通过传感器收集、量测并记录在胶片或磁带传感器收集、量测并记录在胶片或磁带上，然后进行上，然后进行光光 学或计算机处

48、理学或计算机处理，最终才能得到可供进行，最终才能得到可供进行几何定位和图像解译的几何定位和图像解译的 遥感图像遥感图像。因为地物对不同波段电磁波的发射和反射特性大不相。因为地物对不同波段电磁波的发射和反射特性大不相 同，并且电磁波随着波长的变化其性质有很大的差异，因接收电同，并且电磁波随着波长的变化其性质有很大的差异，因接收电 磁辐射的传感器的种类极为丰富。磁辐射的传感器的种类极为丰富。根据分类标准的不同，传感器根据分类标准的不同，传感器 有多种分类方法有多种分类方法。 1 1、按数据记录方式可分为、按数据记录方式可分为成像方式和非成像方式两大类成像方式和非成像方式两大类。非。非 成像的传感器

49、记录的是地物的一些物理参数；在成像系统中，按成像的传感器记录的是地物的一些物理参数；在成像系统中，按 成像原理又可分为成像原理又可分为摄影成像、扫描成像摄影成像、扫描成像等类型。等类型。 2 2、按传感器工作的波段可分为可见光传感器、红外传感器和、按传感器工作的波段可分为可见光传感器、红外传感器和 微波传感器微波传感器。从可见光到红外区的光学波段的遥感器统称。从可见光到红外区的光学波段的遥感器统称光学遥光学遥 感器感器，微波领域的传感器统称为，微波领域的传感器统称为微波传感器微波传感器。 3、按工作方式可分为、按工作方式可分为主动传感器主动传感器和和被动传感器被动传感器。 被动式传感器被动式传

50、感器接收目标接收目标自身的热辐射或反射太阳辐射自身的热辐射或反射太阳辐射，如，如 各种摄像机、扫描仪、辐射计等；各种摄像机、扫描仪、辐射计等； 主动式传感器主动式传感器能向目标能向目标发射强大的电磁波，然后接收目标发射强大的电磁波，然后接收目标 反射的回波，反射的回波，主要指各种形式的主要指各种形式的雷达雷达，其工作波段集中在，其工作波段集中在 微波区微波区。 成像传感器是目前最常见的传感器类型，其分成像传感器是目前最常见的传感器类型，其分 类如图类如图4-2所示所示。 框幅摄影机框幅摄影机 光学摄影类型光学摄影类型 缝隙摄影机缝隙摄影机 全景摄影机全景摄影机 多光谱摄影机多光谱摄影机 被动式