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不管是卫星影像还是航空影像,都是通过相机或者遥感传感器将地物对不同波段的光的反射值分别记录下来,所以才有了不同的波段数据。所以在栅格影像中,波段这个词是从光谱上的色带引用过来的,不同波长的光对应不同的色带,每一个波段都是由传感器采集到的光谱的一段波长,波段可以表示光谱的任何部分,包括可见光、红外光和紫外光。如下图:

04-栅格波段

一般来说,有的栅格数据只记录了单个波段的波长,我们就称之为单波段栅格;而有的记录了多个波段的波长,那我们就称之为多波段栅格。一个波段是由一个像元值矩阵组成;而多波段的栅格则包含了同一个空间区域上的像元值矩阵。典型的单波段栅格数据是DEM(数字高程模型),DEM中的每一个像元只包含了一个代表表面高程的值;还有另外一种表示单波段栅格的是全色影像(灰度影像)。要渲染单波段栅格数据,通常有三种方式:

04-栅格波段

  1. 使用两种颜色渲染,黑色和白色。譬如经过扫描得到的宗地地图我们可以采用二进制图像的方式,用1表示白色,0表示黑色来渲染。如下图所示:

    04-栅格波段

    二进制图像

    至于采用这种渲染方式,一个典型的应用场景是对扫描图进行矢量化,因为它只有两个颜色,非常容易捕捉到数据,而捕捉对于矢量化来说是重要的前提。

  2. 灰度渲染,譬如全色影像,每个像元值从0到255,如下图所示:

    04-栅格波段

    灰度渲染

  3. 色彩映射:对一组值进行编码,每一个值对应一组已定义的RGB值:

    04-栅格波段

    色彩映射

对于多波段栅格数据来说,每个位置上的像元都有多个值和它关联。要显示多波段的栅格数据,一般来说,我们可以将多波段栅格数据中的任意三个波段组合成RGB合成图。

04-栅格波段

譬如下图的真彩色正射影像,包含了分别表示红光、绿光和蓝光的三个波段:

04-栅格波段

彩色影像

背景知识

一般来说,相机或者遥感传感器的波段数越多,波段宽度越窄,地面物体的信息越容易区分和识别,针对性越强。成像光谱仪所得到的图像在对地表植被和岩石的化学成分分析中具有重要意义,因为高光谱遥感能提供丰富的光谱信息,足够的光谱分辨率可以区分出那些具有诊断性光谱特征的地表物质。

光谱(spectrum):是复色光经过色散系统(如棱镜、光栅)分光后,被色散开的单色光按波长(或频率)大小而依次排列的图案,全称为光学频谱。光谱中最大的一部分可见光谱是电磁波谱中人眼可见的一部分,在这个波长范围内的电磁辐射被称作可见光。复色光中有着各种波长(或频率)的光,这些光在介质中有着不同的折射率。因此,当复色光通过具有一定几何外形的介质(如三棱镜)之后,波长不同的光线会因出射角的不同而发生色散现象,投映出连续的或不连续的彩色光带。这个原理亦被应用于著名的太阳光的色散实验。当太阳光(呈现白色)通过三棱镜折射后,将形成由红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫顺次连续分布的彩色光谱,覆盖了大约在390到770纳米的可见光区。

04-栅格波段

RGB三色原理

   在中学的物理课中我们可能做过棱镜的试验,白光通过棱镜后被分解成多种颜色逐渐过渡的色谱,颜色依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,这就是可见光谱。其中人眼对红、绿、蓝最为敏感,人的眼睛就像一个三色接收器的体系,大多数的颜色可以通过红(R)、绿(G)、蓝(B)三色按照不同的比例合成产生。同样绝大多数单色光也可以分解成红绿蓝三种色光。这是色度学的最基本原理,即三基色原理。三种基色是相互独立的,任何一种基色都不能有其它两种颜色合成。红绿蓝是三基色,这三种颜色合成的颜色范围最为广泛。红绿蓝三基色按照不同的比例相加合成混色称为相加混色。

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