光譜分析（二）-- 成像原理與光譜特性

重點 遙測影像特性詩 前言 -- 生活化相關現象 RGB ， HIS 的轉換公式 底片（光化學感應記錄）之感光原理 光譜篩選器 — 濾片 航照參數 遙測影像的特性 — 三多四解

遙測影像特性詩

星載航攝高空像星載航攝高空像

垂探斜照不同樣垂探斜照不同樣

光學電子感應錄光學電子感應錄

詳略細粗解析丈詳略細粗解析丈

生活化相關現象 人們描述所看到的彩色並非由精確的

RGB 數值構成、而多半是 HIS 的顏色類別、濃度與亮度的描述

老鷹可以半空中看到地面的小動物 高解像力的鷹眼

響尾蛇可以在夜間”看到獵物” 感應環境的熱而形成熱影像 ;

生活化相關現象　傳統照相機－以光

化學的底片記錄

要有好的照相效果接要有適當的濾鏡來配合，以濾掉不要的光線，如過多的天光，水面的反射，紅外線等。

數位照相機－以光電子(CCD 、 CMOS) 來記錄

RGB 與 HSI 之轉換 H.S.I. 色彩系統的定義是由

色度圖中 R 、 G 、 B 三點所連成的色彩三角形所構成。

色相（ Hue ）是由角度所表示，以紅色之色相為零度，因此以中心點白色為中心，由白紅線段為起點，逆時針旋轉一個角度 θ ，即代表一個不同的顏色

飽和度（ Saturation ）則以百分比來表示，純色彩的飽和度為 100 ％，中心點白色的飽和度為 0 ％

CIE 1391 色度圖

RGB 與 HSI 之數學關係 Hue （色相）

R 、 G 、 B 平分 360 度， RGB 各為 0 度、 120 度、及 240 度。色相為 RGB 強度合力之角度，即在 X,Y 軸上分量之合。

 

Saturation （濃度）加入白光比率之 1 的補數。

Intensity （亮度） RGB 強度的平均。

R B

G

合向量

3

BGRI

I

BGRBGR

BGRS

,,min1,,min

31

BGBRGR

BRGRH

2

1 21

cos

RGB image ＆ HIS image

RGB image

HIS image

高解像力與低解像力影像融合 RGB 與 HSI 之轉換可應用於－高低解像力影

像的融合 將具較細微之全頻段黑白與較粗之多光譜影像

組合成較細緻之彩色影像，其處理程序是以RGB 組合計算出亮度，而亮度即為全頻段之黑白影像，若以細緻黑白影像取代 HSI 中之亮度，再轉回 RGB 影像則增加原細緻黑白影像之空間資訊，而形成較高解像力的彩色影像

高解像力與低解像力影像融合 R

SPOT(12.5M)彩色

Resample( )再取樣

SPOT(6.25M)彩色

RGB IHS轉

SPOT(6.25M)彩色

G B

G G

G G

B B

B B

H H

H H

S S

S S

R R

R R

I I

I I

S S

S S

H H

H H

I’ I’

I’ I’

P/255 P/255

P/255 P/255

P P

P P

H S沿用原來的 及 I P/255將 替換成

SPOT(6.25M)單色

255除以

IHS RGB轉

SPOT(6.25M)彩色R R

R R

B B

B B

G G

G G

黑白底片及相紙之感光過程及原理

黑白負片 感應的是影像的補數影像。

黑白正片 直接記錄影像強度。

底片結構

底片光譜感應曲線（可見光及紅外光 B/W）

可見光黑白影像 紅外光黑白影像

彩色底片感光原理 彩色底片是由三層感應不同光段之膠片

合成者 負片則是與感應光段之互補色（造成沖

印象紙時之負負得正的效果） 由上而下藍光感應層下有一黃色濾片層

以阻擋藍光光段，使下面之綠及紅光感應膠片對藍光感應。

彩色底片結構

彩色底片之感應曲線

彩色底片成像 各光段感應其對應之膠

膜層而成像。正片染相同之顏色，負片染補色。

感光過程 感光顯像結果

底片敏感性及對比 film2 與 film1 相比， film2 有較寬的感應域（曝光

帶），但 film1 有較高的輻射解析度（較敏感）。

三、濾片 (filter) 短波過濾片 ( low pass filter )

阻止長波穿透或選擇短波穿透 長波過濾片 ( high pass filter )

阻止短波穿透或選擇長波穿透 特定光波過濾片 ( band pass filter )

阻止某光段或選擇某光段穿透 強度校正過濾片 ( antivignetting filter )

鏡片中間穿透率低於外圈穿透率，使所有光線在空間有有差異穿透率

顏色補強過濾片 ( color compensating filter ) 是安排不同光段有不同穿透比例，使較弱之光段可以較明

顯

過濾之單色影像組合應用 四個分別過濾不同光段之航照底片，可以合成自然彩片

（ R 、 G 、 B ）或紅外光彩片（ IR 、 R 、 G ）

四光段照相機 四個單一光段 B/W影像

航空照相 比例尺

航照的比例尺決定了地物的大小 同解像力比例尺愈大，同一地物面積愈大 s ＝ d / b ＝ f / H' ＝ f / （ H - h ）

s : 比例尺 d : 影像上地物長 b : 地面地物長 f : 焦距 H‘ : 飛機離地高 H : 航高 h : 地面高度

平坦地面上拍攝垂直像片的比例尺

航照覆蓋 H' / A 　＝　 f * a

A : 地面覆蓋面積 a : 底片面積 H‘ : 飛行器離地高度 f : 焦距同一高度之航空攝影

航照覆蓋會與底片大小及照相機焦距有關 大覆蓋面積需大底片或短焦距（即廣角）照相機。 前者保有相同之比例尺，後者則造成較小之比例尺照片

焦距對地面範圍的影響

解像力對比圖 底片

每 mm 可以觀察之線條數 記錄地物之詳細度，解像力愈高，在同一比例下地物會越詳細。

掃描器 光譜掃描器的最小紀錄單元

是以最小掃瞄角度來描述，即IFOV （ Instantaneous field of view ）

對應之地面的空間解像力推算，故愈近飛機攝影垂直點，地面解像力愈細反之愈大。

遙測的三多及影像的四解 1. 三多 1) 多高程 2) 多光譜 3) 多時段 2. 四解 1) 空間解像力 2) 時間解像力 3) 光譜解像力 4) 輻射解像力

六、各類影像之光段         1.SPOT

2.Landsat TM ＆ MSS

3.IKONOS IKONOS 衛星可感測之波段如下： 全色態 (Panchromatic) ： 0.45-0.90 μm 多 光譜態 (Multispectral) ： 0.45-0.52 μm (Blue) 0.52-0.60 μm (Green) 0.63-0.69 μm (Red) 0.76-0.90 μm (Near IR) ( 多光譜態與 Landsat 4&5 TM 波 段相同 )

4. 中巴衛星之特性

5. 福衛二號之特性 影像幅寬 (垂直觀測 )：對地 24 公里 全色態 (Panchromatic)：

0.52~0.82μm 多光譜態 (MultiSpectral)：

0.45-0.52 μm (Blue)0.52-0.60 μm (Green)0.63-0.69 μm (Red)0.76-0.90 μm (Near IR)

各類影像四解比較表影像種類影像種類 空間空間 時間時間 光譜光譜 輻射輻射SPOT HRVSPOT HRV 12.5m*12.5m12.5m*12.5m 2525 天天 3bands3bands 8bits8bits

SPOT PANSPOT PAN 6.25m*6.25m6.25m*6.25m 2525 天天 1band1band 6bits DCPM6bits DCPM

TMTM 30m*30m30m*30m 1616 天天 7bands7bands 8bits8bits

MSSMSS 79m*79m79m*79m1616 天天（（ Landsats4,5)Landsats4,5)

4bands4bands 6bits6bits

IKONOS IKONOS MultispectralMultispectral

4m*4m4m*4m 33 天天 4bands4bands 11bits11bits

IKONOS PANIKONOS PAN 1m*1m1m*1m 33 天天 1band1band 11bits11bits

中巴中巴 19.5*19.5m19.5*19.5m 2525 天天 4bands4bands 8bits8bits

福衛二號 福衛二號 MultispectralMultispectral

8m*8m8m*8m 0.5~10.5~1 天天 4bands4bands 8bits8bits

福衛二號 福衛二號 PANPAN

2m*2m2m*2m 0.5~10.5~1 天天 4bands4bands 8bits8bits

MODIS MODIS 250m*250m~1000250m*250m~1000m*1000mm*1000m

1~21~2 天天 36bands36bands

一般航照一般航照 解析度最高解析度最高 任一時刻任一時刻 可見光可見光 最低最低