1. 頻率域偽彩色實驗數據
一、實驗內容
1、對一幅灰階影像進行偽彩色增強。
2、利用三個波段的遙感影像進行假彩色增強。
3、利用TM1，2，3，波段的遙感影像進行真彩色合成。
4、理解偽彩色增強、假彩色增強、真彩色合成的原理、辦法及三種方法之間的區別和聯系。
5、掌握三大典型地物在假彩色合成影像呈現不同色彩的原因。
6、會利用相關系數、灰度閾值方法進行最佳假彩色合成分量的選擇。
二、實驗所用的儀器設備，包括所用到的數據
電腦一台，遙感影像處理軟體（ENVI），遙感影像文件bhtmref.img
三、實驗原理
1、偽彩色增強
偽彩色增強是把黑白圖像的各個不同灰度級按照線性或非線性的映射函數變換成不同的彩色，得到一幅彩色圖像的技術。偽彩色增強的方法主要有密度分割法、灰度級一彩色變換法和頻率域偽彩色增強法三種。本實驗中用到的是密度分割。密度分割是一種用於影像密度分層顯示的彩色增強技術。原理是將具有連續色調的單色影像按一定密度范圍分割成若乾等級，經分層設色顯示出一種新彩色影像。
2、假彩色增強
將一副自然彩色圖像或者是同一景物的多光譜圖像通過映射函數變換成新的三基色分量進行彩色合成,使增強圖像中呈現出與原圖像中不同的彩色的技術稱為假彩色增強技術。
3、真彩色合成
真彩色合成是指從多波段圖像中選擇其中三幅影像在顯示屏上合成一幅圖像，該三幅影像的波段范圍與自然界中的紅綠藍光的波長范圍大致一致。TM衛星影像中1、2、3波段的波譜范圍大致與自然界中的藍、綠、紅相仿，所以將TM1TM2、TM3按照藍、綠、紅的順序進行合成可以得到一幅真彩色圖像。
4、偽彩色變換
偽彩色變換是指由輸入的單波段影像，通過3個獨立的數學變換，產生R、G、B三個分量影像，然後合成為偽彩色影像的過程。彩色的含量由變換函數的形狀決定。
5、最佳假彩色合成變數選擇
最佳假彩色合成變數選擇方法依賴於對遙感圖像信息特徵的分析和研究目的，有信息分析法（選擇信息量最大的波段，但不一定得到研究所需要的信息）、影像灰度閾值分析法（對影像灰度閾值進行分析，選擇灰度閾值最大的波段）和波段間的相關系數分析法（對各波段的相關系數分析，選擇相關系數小的波段）。
2. 如何使用ENVI實現濾波偽彩色增強
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偽彩色增強是將一個波段或單一的黑白圖像變換為彩色圖像，從而把人眼不能區分的微小的灰度差別顯示為明顯的色彩差異，更便於解譯和提取有用信息。
偽彩色增強的方法主要有以下三種：
密度分割法
密度分割或密度分層是偽彩色增強中最簡單的一種方法，它是對圖像亮度范圍進行分割，使一定亮度間隔對應於某一類地物或幾類地物從而有利於圖像的增強和分類。它是把黑白圖像的灰度級從0（黑）到M0(白)分成N個區間Li,i=1,2,…,N。給每個區間Li指定一種彩色Ci，這樣，便可以把一幅灰度圖像變成一幅偽彩色圖像。此法比較直觀簡單，缺點使變換出的彩色數目有限。
空間域灰度級－彩色變換
空間域灰度級－彩色變換是一種更為常用的、比密度分割更有效的偽彩色增強法。它是根據色度學的原理，將原圖像的灰度分段經過紅、綠、藍三種不同變換，變成三基色分量，然後用它們分別去控制彩色顯示器的紅、綠、藍電子槍，便可以在彩色顯示器的屏幕上合成一幅彩色圖像。彩色的含量由變換函數的形狀而定。
頻率域偽彩色增強
頻率域偽彩色增強時先把黑白圖像經傅立葉變換到頻率域，在頻率域內三個不同傳遞特性的濾波器分離成三個獨立分量，然後對它們進行逆傅立葉變換，便得到三幅代表不同頻率分量的單色圖像，接著對這三幅圖像作進一步的處理（直方圖均衡化），最後將它們作為三基色分量分別加到彩色顯示器的紅、綠、藍顯示通道，從而實現頻率域分段的偽彩色增強。
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3. 實驗九 遙感圖像假彩色合成處理
一、實驗目的
掌握ENVI假彩色增強處理命令使用，包括參數設置和實施操作步驟，獲得將黑白單波段TM 圖像轉變為彩色圖像的直觀感性認識，從而加深對假彩色合成處理基本原理及其在遙感地質解譯中作用的理解。
二、實驗內容
①桂林市TM 1～7波段數據假彩色合成波段組合方案設計；②TM 1～7波段數據調入ENVI的Available Bands List窗口操作；③R（紅）、G（綠）和B（藍）變換操作及假彩色合成變換結果顯示；④不同假彩色合成變換方案結果的對比分析。
三、實驗要求
假彩色合成是遙感圖像處理中最有效和常用的圖像增強處理方法，必須熟練掌握。
與單純的數學計算/變換不同，該實驗實質上是用計算機數值模擬三基色光合成二次色光的物理過程和結果，因此，對實驗過程中現象的理解要緊密聯系光度學和色度學理論。操作時應注意，在「Available Bands List」窗口中執拆脊行RGB變換時，要先用滑鼠點擊所需變換顏色通道左端的小圓圈（位於窗口中部），再接著點擊所需變換的波段名（位於窗口上部），只有在顏色通道框中確實顯示出需變換的波段名之後，才執行換選另一波段的操作。
另外，要正確認識假彩色合成形成的地物顏色，因為它們並非是地物真實的顏色。如何能通過假彩色合成處理得到接近地物真實顏色，如水體為藍色，樹木植被為深綠色，莊稼植被為淺綠色，山體為灰色，城鎮為褐色等，是一個需要探索的課題，可結合實驗進行探索研究。
總之，通過本實驗要切實掌握彩色三要素、三基色合成二次色和多光譜遙感影像假彩色合成的基本原理和ENVl的技術實現。
編寫實驗報告。
四、技術條件
①微型計算機；②桂林市TM 1～7波段數據；③ENVI軟體；④Photoshop軟體（ver 6.0以上）和ACDSee軟體（ver.4.0以上）。
五、實驗步驟
（1）在ENVI主菜單欄中選擇「File>OpenImage File」，出現文件目錄窗口，將桂林市TM 1～槐搜7波段數據調入「Available Bands List」窗口。
（2）假彩色合成增強處理。根據光的三基色合成二次色原理，選擇三個波段的遙感影像Bx、By和Bz，分別對其作紅變換TR {Bx｝、綠變換TG {By｝和藍變換TB {B2｝，然後將變換後的圖像疊加在一起，就得到了假彩色合成處理圖像。這一處理可解析表示為
遙感地質學實驗教程
式中：g為假彩色合成處理輸出圖像。實際上，在ENVI中，三基色的變換是由計算機通過彩色通道分配自動完成的，無需處理者編程。上機只需用滑鼠選擇通道即可，具體操作如下。
圖9-1 假彩色合成操作的可用波段列表和R、G、B變換通道選擇對話框最下方的「Dims」框顯示的是所選擇圖像的尺寸大小，即樣（列）數x行數
以TM7、TM5和TM2 三波段的假彩色合成為例，如圖9 -1 所示，在鉛御歷「Available Bands List」窗口中部，用滑鼠點擊「RGB Color」，即選擇了假彩色合成處理功能。之後，從「Available Bands List」窗口中，順序點擊選擇TM7、TM5、TM2波段。被點擊的波段按順序進入窗口下方顯示的紅（R）、綠（G）、藍（B）通道。之後，點擊【Load RGB】按鈕，窗口下方出現一道從左至右逐漸伸長的藍色水平條，示意假彩色合成處理進程。當處理結束時，屏幕上即顯示出處理得到的TM7、TM5、TM2波段假彩色合成影像。將此圖像輸出到自己的工作目錄中（存檔採用JPEG 格式）。文件名直接按假彩色合成的波段序號排列，如：TM7紅變換、TM5綠變換、TM2藍變換，則文件名為752.JPG。同時，用ENVI工具欄上的「Tools>Cursor Location Value」功能（見實驗六），讀取表9-1中所列出的6種地物的三個波段的亮度值，並記錄於表中。
按此步驟，繼續作另外兩個不同組合的假彩色合成（波段組合方案自定）。結果存入統一的文件夾中。
（3）三種假彩色合成處理方案完成之後，用Photoshop的平鋪顯示功能，將三種假彩色合成圖像同時並列顯示在屏幕上。觀察不同地物在不同假彩色合成影像上的色彩特徵，並根據表9-1的實驗數據對不同地物的影像特徵差異做出簡單地分析。
表9-1 不同地物在不同假彩色合成方案中的三波段的R、G、B色度配方
六、實驗報告
（1）簡述實驗過程。
（2）回答問題：①假彩色合成處理對參加合成的波段有何要求？為什麼要有此要求？②與黑白遙感圖像相比，假彩色合成遙感圖像對地質解譯有何優勢？
實驗報告格式見附錄一。
4. 彩色增強
數字圖像的彩色增強處理有單波段圖像的偽彩色增強和多波段圖像的彩色合成兩個不同的途徑。
1. 單波段圖像的偽彩色增強
偽彩色增強是將單一波段的影像變換為彩色影像，從而把人眼不能區分的微小的灰度差別顯示為明顯的色彩差異，更便於解譯和提取。對於單波段圖像生成偽彩色最簡單的方法是彩色密度分割，它是對影像亮度范圍進行分割，使一定的亮度間隔對應某一類地物或幾類地物，從而有利於影像的增強和分類。控制最終圖像中的彩色和原始圖像中與其對應的亮度之間的關系就可產生三幅偽彩色分圖像。適當選擇這個關系就有可能使人類視覺系統的能力在鑒別色彩、濃度和亮度方面得到充分的利用。然後，利用適當數量的三基色再把三幅分圖像組合起來。它對於有著遞變規律的地表景物的顯示十分有效，有時也能顯示出一些細節變化。在數字圖像處理中，單波段圖像的偽彩色增強主要是用於檢測單波段圖像的亮度值變化趨勢信息，為後續處理提供參考。從這個意義講，單波段圖像的偽彩色增強有圖像預處理的功能。
另一種單波段偽彩色處理方法是偽彩色合成。它是對單波段的遙感數據通過加色比例變換函數把黑白灰級變換為紅、綠、藍彩色級，然後再加色合成，生成偽彩色圖像。由於這種圖像能把單波段上不易區分的細微灰度變化映射成不同的色彩，因此比彩色密度分割有更好的快速檢測單波段圖像灰度變化信息的效果。
2. 多波段圖像的彩色合成
數字圖像的單波段彩色增強不足以揭示多波段遙感中地物在不同波段上豐富的波譜特徵信息。為了發掘多波段數字圖像的信息優勢，提高圖像的解譯判讀效果，同樣可採用彩色合成。其基本的方法原理與單波段偽彩色合成類同，只是紅、綠、藍變換不是對同一波段，而是分別對三個波段實施，即由三個波段的遙感數值根據設定的波段灰度與彩色之間的變換關系表，直接控制圖像處理系統中彩色顯示裝置的紅、綠、藍三色槍的光強輸出，加色合成顯示在彩色屏幕上，形成彩色圖像。
以 TM 圖像為例，該圖像共有 7 個波段數據，其中第 1，2，3 和 4 波段分別響應藍、綠、紅和近紅外波段的輻射能量。前面已闡明各種地物的波譜特性，尤其是綠色植物有極其鮮明且相當穩定的波譜反射曲線，如果對 TM 的第 1，2，3 波段圖像分別賦藍、綠、紅色進行合成處理，那麼合成的彩色圖像上，植物及其他綠色目標必顯示為綠色 ( 圖 4-10) ，因為第 2 波段探測器僅響應綠色，形成的影像灰度值將最高。同理，紅色地物目標主要反射紅色光，TM 第 3 波段影像的灰度值將最高，合成後必顯示為紅色，這樣的合成稱為天然色合成。如果換一種合成方案，以 TM2，3，4 波段分別賦 B，G，R 色進行合成處理，在合成的圖像上植物將顯示為紅色，因為第 4 波段探測器的波譜響應范圍正處於植物陡坡效應區，其影像灰度值必然最高，這種合成稱為假彩色合成，與彩紅外感光材料的色彩顯示一致。如果調整一下賦色方案，例如 TM2，3，4 波段分別賦 B，R，G 色，則合成的彩色圖像上植物顯示為綠色，有類似天然色的色彩顯示效果，可稱之為模擬近天然色合成。同理，可以任意選擇三個不同波段，具有不同灰度特徵的圖像數據分別賦 R，G，B 三原色進行合成，可獲得各種各樣的彩色圖像，其色彩顯示規律取決於三基色刺激值，而三基色刺激值又受控於三個波段圖像的灰度。
圖 4-10 多光譜遙感圖像彩色合成原理示意圖
在數字圖像處理中，彩色合成通常是最常用、最基本，往往也是最便捷有效的增強處理方法。由於 R，G，B 彩色合成通道所對應的波段組合不同，會形成多組合方案，用戶可根據工作任務需要進行適宜的選擇。一般來說，選擇最佳波段的原則有兩點: ①所選擇的波段的信息量應最大; ②所選擇的波段能使某些類別地物界限之間識別最容易區分。
對於陸地衛星的 TM 或 ETM + 數據而言，遙感地質岩性、構造信息提取中常用的彩色合成方案有 432 ( RGB) ，742 ( RGB) ，753 ( RGB) 等。不同的波段———色通道 ( 相當於濾光片) 組合方案具有不同的色彩及地物增強效果; 充分利用地物波譜特徵 ( 曲線) ，選擇合成方案同樣是取得理想增強效果的關鍵。
數字圖像的彩色合成目前已不僅僅針對不同波段進行，而且還可以用不同的數字處理結果 ( 如比值、K － L 變換的不同分量等) 作輸入圖像，獲得全新含義的合成圖像 ( 如比值合成圖像) ; 更進一步，也可以將非遙感的地質信息 ( 如物、化探數據) 通過彩色坐標變換 ( HIS 變換) 轉換成 R，G，B 分量，作為輸入圖像，製成多元信息復合的彩色合成圖像。因此如何選擇波段或分量進行彩色合成是一個重要問題。