地面物体在各种彩色遥感图象上颜色参数定量演算的研究

地面物体在各种彩色遥感图象上 颜色参数定量演算的研究 叶宗怀 邓仁达 徐兴新 (中国科学院地球化学研究所广州丹部) 摘 募 本研完发展 了由丘射光谱演算地拍在喜种韶色遥感图象上桶色枣数的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，井斫完了由 于摄影腔片和相纸的特性以及摄影洗印条件等方面可能定生的变化而引起计算结果与真 实图象颜 色偏 离 时应 采取 的纠正办法。经过实验验证，所发展的方法在 寮验误差和统计偏差范围 内可拭用于遥感图象地 物 颜 色的 宅量 分析 。 一 、 引 言 彩色的遥感图象 (包括真彩色、彩红外、 多光谱假彩色合成)应用十分广泛。比之各种 黑白图象，它们更能显示地物的成分、结构和 状态的特征，提供多得多的信息。人的眼睛一 般只能 区分=、三十种黑白灰阶，但能区分五 千多种颜 ，即使是彩色照片能出现的颜色， 也易于区分一千种左右。 过去，对各种彩色的遥感图象，缺乏定量 的色度分析，往往只凭人眼直觉判断，限于定 性的解译应用。 如果知道了摄影胶片及相纸的光谱响应及 感光特征，并且知道了在摄影、洗印、阅读图 片时的照明光源特性，那么，根据 色 度 学 原 理，就可 以由摄影胶片感光波段的地物光谱反 射率曲线演算出地物在图象上的颜色参数 (骐 度、色调、饱和度)。这样就建立起了地物在各 种彩色遥感图象上的定量标志，从而可以按地 蜘在图象上表现的颤色参数数据对地物进行种 类、成分、结构、状态等方面的定 量 统 计 分 折，推导出有应用价值的规律和结论，并应用 到实际的工作任务中去。 二、由地物的光谱反射率演算 地物在彩色图象上的颜色参数 ·52 · 地物在图象上的颜色感觉的产生过程是t 遥感时，太阳光照射地物，从其上反射后进入 遥感摄影机，使摄影胶片三层颜色 感 光 层 曝 光，并产生相应的颜色染料影象}印相时，以 室内规定的光源照明，透过胶片使相纸三层感 光层曝光，也产生相应的颜 色 染 料 影象，阅 读照片时，以室内自然光照明，经照片的透过 和反射后进入人眼，由人眼的颜色视觉特性产 生相应的颜色视觉。这个过程都可以定量地演 算，最后得出地物在图 象 上 的 颜 色 参 数 数 据。 通常，遥感时要天气晴朗，太阳直射地物， 我们用CIE推荐的 D65光源表示，其随波长而 变化的相对光谱功率分布为 S1 (^)，如图 l 所示。在遥感时同步地测得地物的反射率光谱 分布为R (^)， 则从地物反射出来的相对光谱 功率分布为S1(^)·R(^)。设C1 (^)、C1 (^) 和C1 a(^)分 为摄影胶片三层感光层的相对 光谱响应值。对真彩色胶片，这三层即为感红 层、感绿层和感蓝层。图 2表示KODAK公司 的真彩色航空胶片2445的这三层的相对光谱响 应值。对彩色红外胶片，这三层 即为 感 红 外 层、感红层和感绿层。图 3表示KODAK公司 的彩色红外航 空胶片2443的这三层的相对光谱 响应值}图4表示国产保定彩色红外腔 片 180 的这三层的相对光谱响应值。如果不考虑大气 维普资讯 http://www.cqvip.com 效应，N--层感光层的相对曝光量H1 为， H1i=，H1i(^)d2=／Sz(舢 ·R(^)·Czi(^)d2 (^ 1一 2^)i (^ 2一 1^)I i= 1，2， 分别在各 自的感光范围(^ 一 ^)；内积分。在实 标 计算中，用求和来近似积分； 址 HIl= >：Hl【“)=三sl(^)·R( )· 督 l i-1，：，3 c1 (^ ) 我们是在三层感光层各 自的感光波长范围 (^。 一 舡)i内以100A间隔读数求和的。 。。 渡长InmI 图 1 D65光源的相对光 谱功率分布 镀忙 Into 图3 KODAK 2448 鬈 的相对光谱响应 嚣 波长 m 图4 保定彩红外胶片180的相对光谱响应 豳 2 KODAK 2445 的相对光谱响应 光培是 曲缝 摄影胶片的感光层上地物的感光密度为t D1 =D10I+ 1 L0G(Hli) i = 1· 2， 3 D10I为摄影 胶 片 第 i层 的 灰 雾 度 。图 5是 KODAK彩色胶片2445的感光特性 曲线’图 6 是KODAK彩色红外胶片2443的感 光 特 性 曲 线 }而图 7是国产保定彩色红外胶片18O的感光 特性曲线。应特别注意的是，被胶片摄影的地 物，其反射率变化范围可能很大，即胶片各处 的曝光量变化范围很宽，摄擞胶片各层的反差 系数坩；就不是常数 ，在编写计算软件时必须考 虑 1 的变化。 洗出的摄影腔片一般是负片，也可以是反 转正片。接着进行印相，印相时用CIE推荐的 ·5，· 维普资讯 http://www.cqvip.com A光源 (~P2856K的完全辐射体)，其相对光谱 功率分布为s2( )，图 8表示A光源的相对光谱 功率分布透过摄影胶片对彩色相纸曝光。设胶 片三层感光层中的染料密度 光 谱 分 布 为 Dl{ (^)， i= 1， 2， 3，图 9表示K0DAK真 彩色胶片2445．~层染料密度的光谱分布，图10 是KODAK彩红外片2443~层染料密度的光谱 分布，则三层染料总的密度的光谱分布为- 3 DD(^)= D1l·D1i( ) 筒 胶片的光谱透光率为1／1 0 “ 。设彩色相纸感 光层的相对光谱响应分布为C2i( )， i=1， 2， 3，则彩色相纸三层感光层的相对曝光量 为 I ^ 2i H2i= s2(^)· (1／10DD~ )·C2i(^) I： i i= 1， 2， 3 相应的感光密度为。 D2i=D2O．+ 2iL0G(H2I) i = 1， 2， 3 D20i为彩色相片的第 i层的灰雾度。也要注意 彩色相片备层的反差系数 2^ 在很宽的曝光 量 变化范围内不是常数。设彩色相片中各层颜色 染料密度的光谱分布为D2j(^)，则总的密度的 光谱分布为t S DE(k)= D2i·D2；( ) 感 光特 性 曲线 ● 光t对啦 圈 5 KODAK 2415 的感光特性曲线 ·54· 经冲洗后，即得出供解译用的遥感彩色相片． 相对嗥光量毫}致 圈 B KODAK 24t3的感光特性 曲绪 圈 7 保定彩红外片180的感光特性曲线 渡 性 (rim) 圈 8 A 光源的相对光谱功率分布 在用人眼阅读彩色相片时，规定用背阳开 窗的室内自然光，即CIE 推荐的C光源，其棺 对光谱功率分布为s3(^)，如图l1所示。光线 经相片的染料层在相片底面反射再经染料层避 ■叠 掌蛹 维普资讯 http://www.cqvip.com I． 制 1． 由 雀 D． * cnm’ 韬 9 KODAK 2445 染料层密度的光谱分布 国1O KODAK 2443 染料层密度的光谐分布 _船，射到人眼睛的光线的颜色刺激函数的相对 光谱分布为p(^)： (A) =s3(^)／10DD( 根据色度学原理，地物在彩色相片上的三刺激 值X、 Y、Z是由颜色刺激函数分别乘以CIE 光谱三刺激值贾( )、 ( )、 2 (1)(如图12 所 示)，并在整个可见光谱范围内相加而得到t X =K三 ( )·夏 (^) Y =K三 ( )· ( ) Z=K三 (^)· (^) 其 中K为一常数，将反射率为1 00％的地物的Y 值调整为100，定 出K值。这时候 Y值即为明度 (或亮度因数)，它表明地物在彩色相片上相应 悃 斑的明亮程度，以100％反射的地物为100。 x= ／(x+Y+z)和Y：Y／(X+Y+Z)就 是 C1E色度图上的横坐标和纵坐标。由x、Y 值定出地物在彩色相片上图斑的色调 (或主波 长)及饱和度。当然，也可以由上述的 CIE— XYZ颜色系统表达参数转换为孟塞尔颜 色 系 统的表达参数。 由上述可知，只要搜集到摄影胶片的光谱 响应分布 (C1i(a)，i=1， 2， 3)、感光特 性数据(包括反差系数 1t及灰雾度 D1 0i，i= 1，2，3)、彩色相纸的光谱响应分布(C2i(^)， 苷 寄 # ■ 智 馨 耸 忙 tnm 图11 C光 源的相对光 谱功率分右 被 忙 (rim) 国12 CIE 光谐三刺激值 (^)，Y(^)， (^)的光谱分 布 i=1，2，3)，就可以由地物的反射率光谱 分布 R(^)演算出该地物在彩色相片上的颜色 参数。其中用到的光深的相对光谱功率分布可 以从色度学的书籍上方便地查到。 上述对彩色和彩色红外相片的推导，也完 全可 以用在多光谱彩色台成的相片上，只不过 把C1i(^)(i= 1， 2， 3)换成各光谱段遥 感器整体 (包括摄影肢片在内)的光谱响应曲 线，而把s2 0-)改为台成仪上各通道的彩色光 源的耜对光谱功率分布曲线 我们也做了这方 面的演算。 由于胶片相纸的性能及摄影条件和洗印条 件等方面可能发生变化，因此计算的结果与真 实相片有偏色。所以，计算时也必须加入纠色 的处理。我们的纠色方法是t以相片中某一已 知地物为准，根据它在相片上的颜售参数：计 55· 维普资讯 http://www.cqvip.com 算时将H2I、H2=、H2 a改为Kl H21、K=H2：、 KsH2。(这相当于在印彩色相片时用三色的各 种透过率滤光片控制三种颜色的曝 光 量 来 纠 色)，选择适当的K K：、K。值使已知地物获 得相片上的颜色参数，然后计算其他的地物。 此外，计算胶片和相纸的曝光量时都用相 对值，而由于曝光动态范围太，感光特性曲线 的 值不是常数，因而曝光量的取值会影响计 算结果。所以，具体的曝光量动态范围应参考 已知反射率的地物在相片上的颜色来定。 三、方法的地面验证 为了了解使用反射光谱演算地物在彩色图 象上颜色参数与实际遥感颜色图象上各种地物 的颜色参数之间符合的程度，我们进行了地面 验证工作．验证工作情况如下t 我们在新疆的哈图、萨尔托海和金窝子矿 区采集了几十种典型的岩石碎片，都是带 自然 寰 1 由地物光谱演算岩石在照片上 的颜色参救，与直接从用 片中涌出的颜色参救相互对厢 Y y 测置样 品号 光谱 计算 值 照片 科量 值 光谱 计算 值 照片 测量值 光谱 计 算值 JfIc片 捌量值 _ S 3．3 4．5 17．4±6．3 0． l±O．O23 0．42 ± )．O32 0．378±O．O10 O．37 ± ) ． S 3．6 3．5 32．6± d．0 0． ±0．姑 5 O．d20± )．0 3 ．382±O．O12 O．37O± )． S 2．B 2．9 5．8±1．4 0． r±0．020 0．400± }．O25 O．372±O．OOl O．37O± )． S 6．7±2．7 111．9 1．3 D． ±0．040 0．108± I．O35 O．377±O．OO8 O．369± S 2．0±3．3 S．1±2．1 O． ±0．010 O．4dO± I．008 O．3 7±O．OO8 O．38O± ● S 3．5±2．7 8．8±2．3 O． ±0．025 O．123± I．O25 O．376±O．OO5 O．3 O± ● ● S 6．5±3．3 12．1±2．6 O． ：±O．O32 O．t25± I．018 O．378 O．OO6 O．38O± ● S B．9±4．2 13．4±3．8 0． ±0．O33 O．~,It9± I．025 O．37O± O．OO3 O．3他 S 3．9 3．2 7．9±2．5 0． ±O．015 O．47O± }．020 O．2 O±O．Ol● O．38O ● ● S 7．2±4．3 33．7±3．5 0． ±O．O1日 O．437± }．O12 O．3g O．Ol1 O．3BO± ● S O．8±2．1 5．7±2．8 0． -±O．O2口 O．408± }．O22 O．372±O．OO7 O．37O ● S ．7±2．6 14．3±2．1 0． }±0．021 O．410± I．O28 O．37B±O．OO6 O．374± _1 S 1．8±2．8 10．6±2．3 O． }± O．O20 0．470± ．O21 O．375±O．O18 O．39O± _ S ．5±2．7 7．1±2．4 O． ±0．011 0．n C ．O15 O．37O±O．OOl O．372± ． 1 S ．2±d．8 38．6±4．6 O． ±0．O23 0．4 d5 ．O2O O．38O±O．OO5 O．382±· }．1 S 5．1 7．8 56．3±6．4 O． ±0．O2t 0．1aO± ．O32 O．38O±O．O2O O．36O±I 1．1 S ：．g± 3．3 6．7±3．1 O． ±0．0 l O．41O± ．O2O O ．37O±O．OO5 O．3 O±1 ●1 S ’．9± 4．6 33．7±4．8 O． ±0．O3O O．t50± ．021 O．38O±O．OO5 O ． 3 O±l ．I S ’．3±4．● 13．8±1．2 O． ±O．043 O．42O± ．025 O． 38O±O．OO5 O．38O l ．1 S ：．B 3．8 9．8 3．1 0． ±0．O34 O．118± ．O33 O．钉 6±O ．OO6 O．375±I ．I S j．1±4．3 25．6±2．8 0． ±0．O23 O．150± ． O2 O．38 d±O．013 O．柚 O±I ．1 S ；．8±5．3 38．8±4．2 0． ±O．O42 0．438± ．O26 O ． 38B±O．OO7 O．38 ±l ．( j．8±3．1 6．05±2．5 0． ±0．O22 0．467± ．018 O ． 37O±O．O O．38O±I ．( Z ：．B±2．9 5．3±3．3 O． ±0．016 0．450± ．012 O ． 376±O．OoB O．38O±1 ．( ． 6±3．0 9．0±2．8 0． ±0．005 0．448 ． OO3 O．3 8±O．OO4 O． 8O±( ．( 1．4±2．B 1 4．7±2．2 0． ±0．010 O．480± ．015 O．38O±O．OO8 O． 9O±( ．1 }．7±3．6 9．2±1．7 0． ±0．O23 O．47O± ． O22 O．38O±O．OO3 O．38O±( ．1 }．6±i．8 5．3±1．4 O． ±0．O21 O．盯 O± ．O18 O．376±O．OO5 O．37O±( ． 1．2±2．7 10．9±i．9 0． ±0．01 q O．450±· ．O13 O ． 377±O．OO4 O．S8O：( ．【 2 ；．0±3．1 9 ． 5±2．3 0． =0．O22 0．48O±一 ．O23 O．38O±O．OO8 0．3g0±( ．{ 2l }．8±]．8 14．2 3．2 0． ±O．009 0．450±1 ．O12 O．380±O．O1O O．38O±f ．( 2 ： 【．3±2．6 20．6= 4．2 0．一 ±0．OO7 0．432±1 ．OOB O ． 378±O．0O5 O．876±f ．C 2 ● ；．7±3．2 15 ． O±3．2 0．- ±0．O12 0．452±1 ．O18 O．378±O． 012 O．382±( ．( 2： ● O．一 ±0．013 0 ． 461±1 ．O12 O．383±O．OO8 O．385±C ．C 1．8=4．2 26．3±2．8 r 2： ： ，．8 3．1 16．3±3．2 0． · ±0．008 0．434±1 ．OO0 O．379±O．OO8 O． 382±C ．C 2 ] ．1±2．3 10．5±2．0 0． ±0 ． 015 0．450±1 ．O11 O．37O±O．O06 O． 375± C ．C 2 -．7± 3．2 9．1±1．5 0． ±0．00 0． 458±1 ．O12 O．379±O．OO3 O．381=C ．D 2] ● 2 J 1．9±2．8 2 d．5±2．9 O． ±0．O22 0．159±1 ．O23 D．383±O．OO5 0．381 C ．D J ；．5±5．4 43．8±4．9 0． =O．004 0．451±( ．OO6 O ． 38O±O．OO6 O．384±D ．0 2 ] ．3± 3．1 10．6±2．9 0． ±O．005 0．4t2±l ．OO3 O．378±O．OO3 O ．375±日 ．O 2： 1．6±2．， 27．7 3．1 0． ±O．008 0．460±( ．OO7 O．381±O．OO4 O． 087±0 ．O 。 2： ] ．．9± ．3 11．3=2．7 O ． ±O．007 0．t36±( ．OO4 O．378±0． OO5 O．3 7±O ．O - 出 ．4±3．2 18 ．3±2．4 0． ±0．1112 0．458±( ．018 O． 079±O．OO6 O．383± O ．O 一 2 j ．6=2．8 17．1±3．1 0． ±0．01O O ． 448±t ．O12 O．38O= O．O1O O．3B7±O ．O 2 1 ．5=1．9 6．目±1．2 0． ±0．008 O．430±t O14 O．374±O．OO O．钉 O±O ．O 2j 】 ．7±3．1 l6．6±2．4 O． ±0 ． 007 0．459±( O12 O．耵 B±O．OO3 e．282±O ．O {2 1 ．9±2．3 lg．0 3．2 0．d ±0．006 O．{59±C OO5 O ．38O±O．OO5 O．385±O ．O {2{ 】 ．8±2．8 1S．O=1．7 0．d ±0．OO9 0． |7O±( O21 O．379±0．OO6 O． 38O±O ．O {筮 】 ． 8±3．2 6．0±1．4 O． ±0．008 O．'140± C 0O3 O．376±O．OO4 O．382±O ．O {2： 】 ．9±2．4 5．3±1．3 0． ±0．0,12 0． 82±0 ．o29 O．3 O±O．OO6 O．3 4±O ．0 {2{ 】 ．5±2．5 8．3±2．0 O． ±0．009 O．421±日 OO8 O ．盯5±O．OO5 { O．37O±O O ·5 · 维普资讯 http://www.cqvip.com 表面的，每种类型的岩石一般采集 6--12块。 对这几十种类型共几百块具 自然表 面 的 岩 石 碎片，一方面用 实验室 17025实验室iso17025实验室认可实验室检查项目微生物实验室标识重点实验室计划 内的高精度 日立-340分 光光度计测量了它们的反射光 潜曲线，并用上 节方法演算出它们在彩色图象上应有的颜色参 数；另一方面 ，将这些碎片样品连同反射率 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 参考灰板系列和颜色标准参考片放在一起，在 地面上进行彩色摄影，然后通过典型的摄影、 洗印和放大处理 ，得到地物的地面彩色摄影图 象，并用彩色密度计测出各种岩块的彩色密度 值，换算成CIE或孟塞尔颜色系统 的 颜 色 参 数。将上述按地物光谱演算的结果与地砥摄影 实际测得的结果进行比较，就可以 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 其符合 的程度，从而对我们发展的演算地物在遥感彩 色图象上颜色的方法作出实验的验证。 由于岩石 自然表面的不均匀性．同种岩石 的光谱反射率曲线的绝对值和形状都可能有较 大的弥散性，所以各种岩石碎块的颜色的演算 或测定，都采用 6—12个样品求平均值，并求 出标准差值。之所以采用具 自然面的岩石，是 因为这样才符合野外地质的真实情况。 表 1列出了各种岩石按上述演算和实际摄 影所得的颜色数据。由表 1的数据可见，在岩 石特性的弥散范围内，两者基本 上 是相 符 合 的。但是，对反射率低的岩石样品， 由摄影得 到的明度显著地低于由光谱演算的结果，这说 明在摄影时，在低曝光范围内的感光特性离线 性的程度超出了按收集到的资料所给的数据。 四、结 语 我们根据色度学原理，发展了由地物的反 射光谱演算地物在各种彩色遥感图象上颜色参 数的方法，并且与遥感摄影同步地测量了一些- 典型地物的反射光谱，这是为了与遥感图象中 该地物的颜色参数进行对照，以修正由于摄影 材料性能和摄影洗印条件变化所引起的偏色。 经实验验证，在实验允许误差和实际地物数据 的允许统计偏差范围内，所发展的方法可以用 于遥感彩色图象中地物颜色的半定量分析，并 且在应用于广州市遥感调查环境污染和广东省 一 些地区的土地利用的详查工作中，取得了较 好的效果。 盛况空前，硕果絮累——记第九届 亚’洲遥感学术讨论会 第九届亚洲遥感学术讨论会于1988年11月 23日至12月 1日在泰国首都曼谷隆重举行，与 会代表近550人，分别来 自亚洲20多个国 家 和 地区，以及欧、美、大洋潮～些国家。中国派 出12人 代表团参加了这届盛会。会议就遥感技 术及其在社会、经济、资源、环境等方面的应 用，以及在教育、合作等方面进行了大会交流， 小组讨论、展览和参观考察，从 中可看出遥感 技术及其应用有如下发展趋势t 1．遥感技术向集成化、专业化、精细化和 应用化的方向发展。例如， 日本的资源和海洋 专用卫星系统，我目的窄带红外细分航空成像 系统、地球科学信息计算机处理系统、相应的 数字 图象处理技术和运算功能等，都引起了与 、 蕾的关注 。 2．遥感应用领域H益扩大，注重社会和经 济效益，逐步使遥感技术商品化。如泰国应用 遥感技术，只花一年多时间就完成了全国的土 地和水资源的普查工作；我国应用遥感技术在 矿产资源 (特别是金矿)普查 中取得了成果， 澳遥感中心用遥感技术发现了一批金矿床等。 3．地区与国际问的遥感技术合作在加强。 如泰、加合作，用遥感完成了 “泰国青迈地区 的自然资源现状与开发战略的研究 j日、印尼 合作的 “热带雨林的调查与开发”研究。会上 各国代表就冰川、河流、海洋等项目的国际合 作问题进行了酝酿。 4．遥感教育工作越来越引起国际各界的关 注。联合国荷兰国际技术 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院和泰国亚洲 国际技术学院等的代表在会上介绍了遥感教育 的成果。这两学院多年来为我国堵讲了数千名 遥感专业人才 (他们已成为我国的遥感专业骨 干)。下届亚洲遥感学术讨论会定于明年11月在 吉隆坡举行。 (镣堵松供翦) 一 · 7 ’ 维普资讯 http://www.cqvip.com