实验5 多光谱图像合成
一、实习目的和要求
1、了解彩色的基本特性和相互关系。
2、掌握三原色及其补色，掌握加色法及其减色法。
3、认识彩色正负像片的产生过程。
4、彩色合成原理
二、材料和工具
卫星图像、计算机,遥感图像处理软件等。
三、原理与方法
遥感图像光学处理的目的是通过光学手段增强目标地物的影像差异或影响特征，将目标地物从环境背景信息中突出出来。
1、色度学的基础知识
（1）颜色与视觉：在电磁波谱中，波长在0.38~76um范围的电磁波能够引起视觉反应，产生色觉的差异。物体的颜色取决于两方面的因素，对发光体而言，物体的颜色由其发出的光所具有的波长而定。常见的地物多为非发光体，其颜色取决于地物对可见光各波段的吸收、反射和透射等特性。对不透明地物而言，其颜色取决于地物对可见光的吸收、反射特性。地物对可见光各波段具有选择性的吸收和反射，则产生了彩色；地物对可见光各波段不具有选择性的吸收和反射，即对各波段具有等量吸收和反射，则产生非彩色。
（2）彩色的基本特性：明度、色调和饱和度为彩色的基本特性。明度是指彩色的明亮程度，是人眼对光源或物体明亮程度的感觉，彩色光亮度越高，人眼感觉越明亮，即有较高的明度。明度的高低取决于光源光强及物体表面对光的的反射率。色调是色彩彼此相互区分的特性，色调取决于光源的光谱组成和物体表面的光谱反射特性。饱和度是彩色的纯洁性，取决于物体表面的反射光谱的选择性程度，反射光谱越窄，即光谱的选择性越强，彩色的饱和度就越高。非彩色，即黑白色只用明度来描述，不使用色调和饱和度。
（3）颜色立体：下左图是表示明度、色调和饱和度三者之间关系的理想模型。模型呈枣核形，中间垂直轴代表明度，从底端到顶端，由黑到灰再到白，明度逐渐递增。中间水平面的圆周代表色调，顺时针方向由红、黄、绿、蓝到紫逐步过渡。圆周上的半径大小代表饱和度，半径最大饱和度最大，沿半径向圆心移动时饱和度逐渐降低，到了中心便成了中灰色。如果离开水平圆周向上、下（白或黑）的方向移动，也说明饱和度降低。
（4）互补色、三原色和彩色相加：当两种颜色混合产生白色或灰色时，这两种颜色为互补色。当三种颜色相混合时，其中的任一种不能由其余两种颜色混合相产生，这三种
颜色按一定比例混合，可以形成各种颜色，这三种颜色称为三原色。根据格拉斯曼定律，产生三原色原理，即白=红+绿+蓝。用三原色可以匹配出其它各色光，如：
R+G=Y（黄光）
B+R=M（品红色光）
G+B=C（青色光）
根据红、绿和蓝混合形成各种色调光的方法为加色法。
2、摄影胶片感光成像原理
（1）彩色负片：由感蓝光乳剂层、黄滤色层、感绿光乳剂层、感红光乳剂层，以及底层、片基和防光晕层组成。自然色彩光，或经物体反射的色光照射到胶片上，带有蓝光的成分使感蓝层感光，剩余蓝光被黄滤色层阻拦。绿光和红光成分透过滤色片，分别使感绿层和感红层感光。胶片经显影定影后，感光部分罚分别出现黄品青三层染料。即形成负片。自然光照射负片时，按减色法原理，看到的颜色分别是原色光的补色。
（2）彩色正片：由以上彩色负片再生成彩色正片时，相纸表面增加了紫外光吸收层，其感光层从上到下为：感红、感绿、感蓝层，分别含有青、品、黄三种染料。在相片冲印后，当自然光照射正片时，反射到人眼的彩色光，按减色法原理，呈现为物体原有的色彩。
3、彩色合成原理
由于人眼对黑白图像亮度级的分辨能力仅有10~20级左右，而对色彩的分辨率则可达到100多种，因此，将黑白图像转成彩色图像可使地物的差别易于分辨。
从通过滤光片、衍射光栅等分光系统而获取的多波段图像中选出三个波段，分别赋予三原色进行合成。根据各波段的赋色不同，可以得到不同的彩色合成图像。
由于地物波谱辐射在不同的波段上是不同的，如果能把这种地物在不同波段上的信息差异综合反映出来，那么图像上的地物信息差别就显著扩大了，即提高了识别效果。彩色合成就能达到这个目的，不过一幅假彩色合成图像只能综合反映三个不同波段的辐射特征信息。彩色采用的是加色法原理，将任意三个波段图像分别进行红、绿、蓝变换，再合成为一幅彩色图像。人们往往能从合成的彩色图像大致判断出地物在这三个波段的辐射特性，如偏红色的地物说明它在被赋予红色的那个波段的辐射度比其他被赋予绿色和蓝色的两个波段的辐射度要高；偏黄色的地物说明它在被赋予红色和绿色的两个波段的辐射度差不多，并高于被赋予蓝色的波段的辐射度，等等。
（1）模拟真彩色图像
当合成图像的红、绿、蓝三色与三个多光谱波段相吻合，也就是说，红光波段被赋予红色，绿光波段被赋予绿色，蓝光波段被赋予蓝色，如TM321，那么这幅合成图像所代表的色彩近似地代表了地物本身的颜色(由于蓝光波段的散射强烈，传感器几乎无法接收来自地物反射的蓝光信息，所以仅仅是一种近似)。
（2）假彩色合成
由于多波段遥感中，一幅图像大多不是在三原色的波长范围内获取的，如采用人眼看不见的红外波段等，因此由这些图像所进行的彩色合成称为假彩色合成。
进行遥感影像合成时,方案的选择十分重要,它决定了彩色影像能否显示较丰富的信息或突出某一方面的信息.以陆地卫星Landsat的TM影像为例,当4,3,2波段被赋予红、绿、蓝颜色进行彩色合成，在这种合成图像上，植被由于在近红外波段TM4的强光谱反射与绿波段TM2的较强光谱反射，呈现不同程度的品红到红色，易于识别。水在近红外波段的光谱反射率很低，表现为蓝到绿色(清水呈蓝色，浊水呈绿色)。这一合成方案就是标准假彩色合成。实际应用时，常常根据不同的应用目的在实验中进行分析、调试，寻找最佳合成方案，以达到最好的目视效果。
四、实验步骤
1、数据转换
2、几何配准：按照实验六几何校正的原理和步骤，以其中一图象如TM1作为参考图像，分别对其它图象如TM2、TM
3、TM
4、TM
5、TM
6、TM7进行几何配准。
3、彩色合成：
（1）设计合成方案：选择TM2、TM3、TM4三波段图象，将红色赋予TM4、将绿色赋予TM3、将蓝色赋予TM2、
（2）合成：打开Main/Image Interpreter/utilitie s/layer stack…/打开layer selection and stacking 对话框
（3）输入红色通道的单波段文件：TM4.img
（4）单击Add按钮
