圖像分類及成像原理

RGB圖像

RGB圖像是一種采用紅色（R）、綠色（G）、藍(lán)色（B）三種顏色分量來(lái)表示各種顏色的圖像。這三種顏色分別是通過(guò)各種比例的基本顏色組合而成，它們?cè)诓煌谋壤驴梢援a(chǎn)生眾多的顏色。在RGB圖像中，每一個(gè)像素都由三個(gè)值（即R、G、B）來(lái)表達(dá)，每個(gè)值都是一個(gè)8位的數(shù)值，取值范圍是0-255，表示該顏色分量的強(qiáng)度。通過(guò)這種方式，可以構(gòu)建出一個(gè)由紅、綠、藍(lán)三種顏色構(gòu)成的三維的顏色空間，即RGB顏色空間。

問(wèn)題：可以通過(guò)RGB圖像恢復(fù)高光譜圖像嗎？

解答： 一句話就是RGB圖像本身就不包含高光譜的信息，自然也就無(wú)法通過(guò)圖像處理從RGB圖像恢復(fù)到高光譜圖像。

 可見(jiàn)普通的可見(jiàn)光相機(jī)只記錄了2/3/4即紅綠藍(lán)三個(gè)波段的信息，其他波段就都丟掉了，所以我們會(huì)看到RGB圖像就有3個(gè)通道。因?yàn)橹挥涗浟?個(gè)信號(hào)，所以也就沒(méi)有辦法根據(jù)3個(gè)通道的信息去恢復(fù)其他丟失的光譜信息。RGB圖像廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備中，如電視、電腦顯示器、相機(jī)、手機(jī)等。它是一個(gè)有效的圖像存儲(chǔ)方式，可以在保持高質(zhì)量的同時(shí)占用較少的存儲(chǔ)空間。此外，RGB圖像也是將圖像處理的重要基礎(chǔ)，可以通過(guò)對(duì)紅、綠、藍(lán)三種顏色分量的處理，實(shí)現(xiàn)各類圖像操作，如灰度化、色彩調(diào)整、圖像增強(qiáng)等。

遙感成像原理

遙感成像（Remote Sensing）的原理是利用各種傳感器（如衛(wèi)星、航空器、無(wú)人機(jī)等）所接收到的電磁波信號(hào)，對(duì)地面的特征進(jìn)行探測(cè)和感知。遙感成像的基本原理是利用電磁波與地物之間的相互作用及其反射、傳播、散射等特性，提取出地面信息并加以解譯識(shí)別。

遙感成像的主要過(guò)程包括：輻射能量源、輻射能量接收器、輻射能量傳輸、地物輻射與散射、接收器接收與記錄、圖像處理與解譯等環(huán)節(jié)。

具體來(lái)說(shuō)，是通過(guò)發(fā)送電磁波向地面發(fā)射能量，地物吸收、反射、散射和透射部分電磁波到環(huán)境中，部分電磁波被接收器采集和記錄下來(lái)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)壓縮、圖像增強(qiáng)、各種數(shù)據(jù)處理，得出高質(zhì)量的遙感圖像和數(shù)據(jù)產(chǎn)品，以供使用者進(jìn)行相關(guān)應(yīng)用。

遙感技術(shù)在自然資源檢測(cè)、地理信息系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、城市規(guī)劃、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。例如，通過(guò)遙感技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)礦產(chǎn)勘探、農(nóng)作物種植面積、病蟲害監(jiān)測(cè)、氣象預(yù)報(bào)及天氣災(zāi)害防治、自然災(zāi)害預(yù)警等方面的應(yīng)用。

全色圖像

全色圖像是單通道的，其中全色是指全部可見(jiàn)光波段0.38~0.76um，全色圖像為這一波段范圍的混合圖像。因?yàn)槭菃尾ǘ?，所以在圖上顯示為灰度圖片。全色遙感圖像一般空間分辨率高，但無(wú)法顯示地物色彩，也就是圖像的光譜信息少。 實(shí)際操作中，我們經(jīng)常將全色圖像與多波段圖像融合處理，得到既有全色圖像的高分辨率，又有多波段圖像的彩色信息的圖像。全色圖像通常用于衛(wèi)星遙感和空中攝影中，以便更快地傳輸和處理數(shù)據(jù)。

高光譜圖像

高光譜則是由很多通道組成的圖像，具體有多少個(gè)通道，這需要看傳感器的波長(zhǎng)分辨率，每一個(gè)通道捕捉指定波長(zhǎng)的光。把光譜想象成一條直線，由于波長(zhǎng)分辨率的存在，每隔一定距離才能“看到”一個(gè)波長(zhǎng)?！翱吹健边@個(gè)波長(zhǎng)就可以收集這個(gè)波長(zhǎng)及其附近一個(gè)小范圍的波段對(duì)應(yīng)的信息，形成一個(gè)通道。也就是一個(gè)波段對(duì)應(yīng)一個(gè)通道。注意對(duì)圖中土壤的高光譜圖像，如果我們沿著紅線的方向，即對(duì)高光譜上某一個(gè)像素的采樣，就可以針對(duì)此像素生成一個(gè)“光譜特征”。

高光譜圖像成像原理是利用光譜相似的物體在不同波段下表現(xiàn)出不同的光譜反射率或輻射率的特性。光譜分辨率越高，即波段數(shù)量越多，越能區(qū)分物體之間的差異。具體地，高光譜圖像采集裝置（如遙感衛(wèi)星或飛機(jī)載荷等）在不同波段下將透過(guò)大氣層的電磁波反射或輻射回地球表面，形成高光譜圖像?；诟吖庾V圖像數(shù)據(jù)，可以提取出地表物體的光學(xué)特征，并對(duì)不同地物類型進(jìn)行分類識(shí)別。

多光譜圖像

多光譜圖像其實(shí)可以看做是高光譜的一種情況，即成像的波段數(shù)量比高光譜圖像少，一般只有幾個(gè)到十幾個(gè)。由于光譜信息其實(shí)也就對(duì)應(yīng)了色彩信息，所以多波段遙感圖像可以得到地物的色彩信息，但是空間分辨率較低。更進(jìn)一步，光譜通道越多，其分辨物體的能力就越強(qiáng)，即光譜分辨率越高。

為什么多光譜圖像的空間分辨率比全色圖像要低？

多光譜圖像在獲取圖像時(shí)需要同時(shí)采集多個(gè)波段的信息，因此相比于全色圖像需要更多的時(shí)間和資源。為了在同一時(shí)間內(nèi)獲取多個(gè)波段的數(shù)據(jù)，多光譜傳感器常常采用分束器技術(shù)，將光線分為多個(gè)光譜并在不同的探測(cè)器中獲取數(shù)據(jù)，這會(huì)導(dǎo)致每個(gè)探測(cè)器探測(cè)到的區(qū)域大小和分辨率都會(huì)降低。另外，多光譜圖像的數(shù)據(jù)量更大，需要更多的存儲(chǔ)和處理能力，因此通常需要在權(quán)衡空間分辨率和數(shù)據(jù)量方面做出選擇，從而導(dǎo)致多光譜圖像的空間分辨率比全色圖像低。