C06 · Цвет и спектры
Больше трёх каналов
Спектральное изображение хранит измерения по диапазонам длин волн, а не просто много цветов RGB.
Если нужны основы
Теория
Оси спектрального куба
У куба x, y и спектральная ось. У полосы есть центр и ширина отклика; близкие узкие полосы подробнее описывают спектр. Универсальной границы «мульти до N, гипер после N» нет — важен способ измерения. Время и глубина медицинского объёма — другие оси, не длина волны.
Радиационная яркость зависит от освещения и пути до прибора. Отражение требует тёмного/белого эталона и калибровки; атмосферные и поглощённые полосы могут быть невалидны. Пропуск нельзя подменить измеренным нулём.
Представьте восемь совмещённых серых снимков: каждый сделан в своей полосе, а клетка с одними координатами даёт восемь чисел. Это и есть маленький спектральный куб. В опыте ниже слева раскрыта одна настоящая плоскость этого куба, справа из трёх плоскостей собирается экранный RGB. Переназначение полос не пересчитывает измерение и не создаёт недостающие полосы из фотографии.
Три полосы на экране
Три полосы назначают R, G и B. При включении инфракрасной получается ложный цвет — полезное кодирование, а не естественная фотография. Отношения полос и NDVI подчёркивают различия при заданных предположениях.
Малый знаменатель, облака, тени и неправильная калибровка делают индекс ненадёжным. Один индекс не определяет вид растения или состояние поля. Восемь полос и три спектра ниже полностью созданы для урока.
Увидеть то, чего нет в RGB
Меняйте полосу для R: слева видна её отдельная серая плоскость, справа — композит. Переключите канал результата на G или B, чтобы проследить другую полосу. Нажмите на три разных материала и сравните их спектры.
Точные значения — в разборе точки
Серая шкала 0…1: от чёрного к белому.
- Назначить измерение каналу экрана
Точные значения — в разборе точки
RGB; диапазон показа 0…1
Разобрать выбранную точку
Что показывает график
Нажмите на другой участок изображения: кривая покажет его восемь измерений. Метки R/G/B показывают, какие три длины волны сейчас отправляются на экран.
- Растительность
- R: 750
- G: 650
- B: 500
Цвет композита зависит от назначения полос. Красный в ложных цветах не обязан быть красным в жизни.
Параметры и подробности
Все спектры созданы для урока, не измерены прибором. Восемь полос заданы независимо от RGB. Назначение инфракрасной полосы видимому каналу даёт ложный цвет. Двухкомпонентная модель использует два известных спектра с долями в сумме 1. Дополнительный третий материал замещает часть всей исходной смеси, а фиксированная ошибка полос проверяет устойчивость подбора.
Выбери точку на изображении. Стрелки перемещают её; Home и End — к краям строки. Просмотр не изменяет вычисление.
Для изменения примера нужен JavaScript и Canvas. Рассчитанные изображения доступны выше.
Смесь материалов и её остаток
Пиксель может охватывать несколько материалов. Линейная смесь складывает известные эталонные спектры с неотрицательными долями, сумма которых 1. Подбор долей — не то же, что классификация. Остаток показывает, подходит ли выбранная модель.
На графике видны два эталона, истинная смесь и ваша оценка. Один ползунок задаёт оценку доли растительности: доля второго материала дополняет её до 1. Когда кривые совпали во всех полосах, остаток равен нулю. В настоящих данных ненулевой остаток может означать шум или неверный набор материалов.
Сначала сведите остаток к нулю в точной модели. Затем в дополнительных параметрах добавьте третий материал или ошибку измерений и снова подберите долю. Теперь остаток может не исчезнуть: движение ползунка перебирает только смеси двух выбранных эталонов. Слева в расчёте — два эталонных отсчёта одной полосы, посередине их доли, справа предсказание; измеренная кривая нужна для проверки модели.
Спектр двух материалов
Задайте истинную долю и подберите оценку. Остаток считается по всем восьми полосам, не только по видимому цвету.
Точные значения — в разборе точки
Серая шкала 0…1: от чёрного к белому.
- Сравнить предсказание с измерением
Точные значения — в разборе точки
RGB; диапазон показа 0…1
Разобрать выбранную точку
Что показывает график
Изменяйте оценку доли: предсказанная кривая должна совпасть с истинной во всех восьми полосах. Совпадения одного цвета на экране недостаточно.
- Растительность
- Сухой материал
- Измеренная смесь
- Ваша оценка
- R: 750
- G: 650
- B: 500
Совпадение долей даёт нулевой остаток в точной модели. Шум, неизвестные материалы и нелинейность мешают этому в реальности.
- Среднеквадратический остаток
- 0.0304
Параметры и подробности
Все спектры созданы для урока, не измерены прибором. Восемь полос заданы независимо от RGB. Назначение инфракрасной полосы видимому каналу даёт ложный цвет. Двухкомпонентная модель использует два известных спектра с долями в сумме 1. Дополнительный третий материал замещает часть всей исходной смеси, а фиксированная ошибка полос проверяет устойчивость подбора.
Выбери точку на изображении. Стрелки перемещают её; Home и End — к краям строки. Просмотр не изменяет вычисление.
Для изменения примера нужен JavaScript и Canvas. Рассчитанные изображения доступны выше.
Справка: от спектра к признакам
Справка и следующие методы
Спектральный угол сравнивает направление векторов спектра, уменьшая влияние общего множителя. PCA ищет направления наибольшей изменчивости; MNF сначала учитывает модель шума. Это другие задачи, не кнопки восстановления измерений из RGB. Здесь они не выдаются за реализованные алгоритмы; вычисляемая модель выше — только линейная смесь двух известных эталонов.
Практика
Проверь идею на другом условии. Следуй задаче над изображениями; разбор точки поможет объяснить результат. Эта практика не оценивается.
Согласовать все полосы
Подберите долю по всем восьми полосам, не подглядывая в истинную долю. Проверьте совпадение кривых. Добавьте третий материал и найдите наименьший остаток: объясните, почему он больше нуля, хотя доля выбрана наилучшим образом.
Точные значения — в разборе точки
Серая шкала 0…1: от чёрного к белому.
- Сравнить предсказание с измерением
Точные значения — в разборе точки
RGB; диапазон показа 0…1
Разобрать выбранную точку
Что показывает график
Изменяйте оценку доли: предсказанная кривая должна совпасть с истинной во всех восьми полосах. Совпадения одного цвета на экране недостаточно.
- Растительность
- Сухой материал
- Измеренная смесь
- Ваша оценка
- R: 750
- G: 650
- B: 500
Совпадение долей даёт нулевой остаток в точной модели. Шум, неизвестные материалы и нелинейность мешают этому в реальности.
- Среднеквадратический остаток
- 0.1116
Параметры и подробности
Все спектры созданы для урока, не измерены прибором. Восемь полос заданы независимо от RGB. Назначение инфракрасной полосы видимому каналу даёт ложный цвет. Двухкомпонентная модель использует два известных спектра с долями в сумме 1. Дополнительный третий материал замещает часть всей исходной смеси, а фиксированная ошибка полос проверяет устойчивость подбора.
Выбери точку на изображении. Стрелки перемещают её; Home и End — к краям строки. Просмотр не изменяет вычисление.
Для изменения примера нужен JavaScript и Canvas. Рассчитанные изображения доступны выше.
Игры
Проверь объяснение
Вопрос 1 из 5
В полосе 800 нм растительность светлая. Что означает светлая клетка?
Точные значения — в разборе точки
Серая шкала 0…1: от чёрного к белому.
Точные значения — в разборе точки
RGB; диапазон показа 0…1
Точные значения — в разборе точки
RGB; диапазон показа 0…1
Точные значения — в разборе точки
RGB; диапазон показа 0…1
Точные значения — в разборе точки
RGB; диапазон показа 0…1
Точные значения — в разборе точки
RGB; диапазон показа 0…1
Выбери один ответ. Он проверится сразу.
Ограничения и материалы
Границы этого примера
Восемь условных полос 450–800 нм, три авторских спектра. Нет импорта спутниковых кубов, атмосферной коррекции и идентификации реальных материалов.