地面站經系統處理得出的原始圖像產品都是反映灰度差異的黑白圖像。眾所周知，人眼識別和區分灰度差異的能力是很有限的，壹般只能區分二三十級，而識別和區分色彩的能力卻大得多，可達數百種甚至上千種，兩者相差甚遠。顯然，如把黑白圖像的灰度差異轉變為色彩差異，就可大大提高遙感圖像的目視分析解譯性能，所以彩色增強成為遙感圖像應用處理的又壹關鍵技術，應用十分廣泛。
1.密度分割和彩色編碼
實施遙感圖像彩色增強的途徑不少，其中最簡單的就是假彩色密度分層，或稱假彩色密度分割、彩色編碼。此法原理與技術都很簡單，就是將壹幅灰度範圍為0到L的黑白圖像f（x，y）的灰度按等間隔或不等間隔分割成是層（參見圖5-18），得到k-1個密度分割層面，其密度值為L；＜i=1，2，3，…，k），用Ci（i=1，2，3，…，k）表示賦予每壹層的顏色，則
中亞地區高光譜遙感地物蝕變信息識別與提取
密度分割的目的是以色彩差異來突出和增強感興趣的地物目標，所以密度分割的層數和分割點都要根據專業知識和經驗，並參照地物波譜來決定。壹般通過分析圖像直方圖峰點和谷點的具體值以及各類地物的亮度值，求出它們的均值和標準差等，從而確定分割層數、分割點和賦色方案。這樣就把壹幅具有不同灰度等級的影像變成了不同顏色的影像。這種增強處理對於地物具有灰度值均勻遞變特性或相鄰地物灰度突變的圖像顯示都十分有效，如水體深淺和混濁度差異，熱紅外遙感反映熱場變化，以及估計環境汙染，海上油膜擴散範圍，水陸邊界，林區跡地等，既方便快速，又有很好效果，只是受到技術條件的限制，目前所能映射的顏色種類還不夠多，這是其主要缺憾。
圖5-18 假彩色密度分割
2.彩色合成
彩色合成是圖像彩色增強應用最為廣泛的壹種處理技術，隨著多光譜遙感和多源數據融合技術的發展，日益顯示出其巨大的應用價值。為了較深入地闡明這種處理技術的理論依據，以便讀者能舉壹反三，靈活應用，下面對物理學中有關三原色理論與顏色表示系統等內容，結合遙感圖像的處理實踐做些說明。早在1666年牛頓就發現壹束白光通過玻璃三棱鏡後，可以分成紅、橙、黃、綠、青、藍、紫7種顏色。以後物理學的實驗研究進壹步查明，雖然上述7種色光的任意3種或兩種色光混合在壹起都可以生成多種多樣的色彩，但是只有紅、綠、藍3色以不同的比例才能混合出最多樣的色彩，而且紅、綠、藍3色以等比例的混合與7色的等比例混合的效果壹樣，都產生白光。所以國際照明委員會（CIE）確定紅（R）、綠（G）、藍（B）為三基色或稱三原色，並規定紅色光波長入R=700nm後來又發現紅、綠、藍三原色兩兩相混可合成3 種間色光，即R+G=Y（黃色），R+B=M（品色），G+B=C（青色）；還發現R，G，B分別與C，M，Y兩兩相混合成白光或從白光中分別減去R，G，B則得C，M，Y，故稱R-C，G-M，B-Y為互補色。圖5-19表示了CIE制定的色度圖，其中三角形頂點代表R，G，B三原色，三角形連線上各點所代表的顏色可由三原色中的二色以不同比例混合而得，三角形內各點所代表的顏色則由三色不同比例混合而成。圖5-20是另壹種更為直觀的三基色原理示意圖。圖5-20 a表示等量紅、綠、藍光相加合成白色光，等量紅、綠光合成黃光；等量紅、藍和藍、綠光則分別合成品、青色光；其他為不同比例混合而成的各種中間色光。此為加色合成法。圖5-20b表示減色法的合成原理，如圖5-19所示，從白光中分別減去R，G，B得到C，M，Y色，如此等等。這裏需指出，色光混合依據加色法，但遙感中所用的彩色攝影、彩色印刷和部分光學合成如染印法等，並不遵循上述加色法，而是依據減色法原理合成多種顏色，這二者不要混淆。m，綠色光波長入c=546.1nm，藍色光波長入B=5.8nm。
圖5-19 CIE制定的色度圖
圖5-20 三基色原理示意圖
明白了三原色或三原色中的二色混合可產生其他多種色彩的原理，就不難理解，如果對具有不同灰度的3張或兩張黑白圖像分別賦予紅、綠、藍3色或其中的兩色，然後疊加在壹起，必產生壹幅彩色圖像，尤其是3色合成的圖像，可把原來3張多光譜黑白圖像的灰度差異充分轉變為多種多樣的彩色影像，使人們用肉眼就能直觀地識別出更多地物目標的信息。現舉全球應用得最廣泛的Landsat TM圖像為例，該圖像***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，那麽合成的彩色圖像上，植物及其他綠色目標必顯示為綠色，如圖5-21所示，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，如此等等，這稱為天然色合成。如果換壹種合成方案，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4波段探測器的波譜響應範圍正處於植物陡坡效應區，其影像灰度值必最高，這稱為假彩色合成或常規彩紅外合成，與彩紅外感光材料的色彩顯示壹致。如果調整壹下賦色方案，例如TM 2，3，4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3個不同波段，具有不同灰度特征的圖像數據分別賦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3個波段圖像的灰度。圖5-22展示了早期彩色顯像管三原色合成過程，圖中彩色查找表LUT用來控制各通道灰度反差，進行合成的3個圖像數據存儲在3個刷新存儲器中，它們分別調制紅色、綠色和藍色電子槍，最後在屏幕上顯示出彩色圖像，也就是說，3幅原來存在灰度差異的黑白圖像，逐點映射到由顯示三刺激值所確定的彩色空間裏，這種顯示的三刺激值是原圖像象元灰度值的線性或非線性函數，其映射關系可以表示為：
RD=OR｛f1，f2，…｝
GD=OG｛f1，f2，…｝
BD=OB｛f1，f2，…｝ （5-37）
式中OR｛f1，f2，…｝，OG｛f，f，…｝ 和OB｛f1，f2，…｝ 是通用的函數算子；RD，Gd，BD。表示顯示的紅、綠、藍三刺激值f1，f2，…表示原始圖像數據。
圖5-21 多光譜遙感圖像彩色合成原理示意圖
例如TM4，3，2做假彩色合成映射可以寫成：
中亞地區高光譜遙感地物蝕變信息識別與提取
圖5-22 RGB彩色CRT圖像顯示略圖
這壹線性映射把TM圖像每壹象元的第4波段灰度值映射成紅色電子槍輸出值，第3和第2波段的灰度值，則分別映射為綠色和藍色輸出值，於是植被顯示成紅色。
在遙感圖像應用處理中，彩色合成不必考慮彩色保真度，這既沒有必要，也很難精確地做到。因為彩色合成的根本目的，在於把多張黑白圖像反映地物目標波譜特性的灰度差異，轉化為合成圖像的彩色差異，從而大大提高遙感圖像目視分析解譯的效果。
參與合成的各分量圖像，可以是多光譜遙感的不同波段圖像，或其中某些波段圖像的加、減、乘、除組合，或經變換處理如K-L或K-T變換後的新變量，也可以是顯示動態變化的不同時相的圖像，還可以是不同遙感器獲得的數據，甚至是不同性質來源的數據經過融合處理獲得的新數據組，然後以彩色顯示其融合結果。
為了獲得最佳的合成效果，優化參與合成的分量圖像組合及賦色方案非常重要，這是獲得優質合成圖像的前提。關於組合問題，壹方面通過計算各種組合嫡值反映的信息量大小，同時分析各分量識別區分主要地物類別能力高低來確定，此外對分量圖像進行恰到好處的拉伸也有重大作用，它可使合成圖像取得較好的彩色平衡與彩色範圍，更符合人眼色覺心理特征。有時為了獲得某些特殊的合成效果，還可對某些分量圖像做高通濾波，使影像邊緣得到壹定增強。總之需根據應用目的、地區特點、分量圖像本身的特性等要素並結合實踐經驗進行綜合考慮，來確定遙感圖像彩色合成實施方案與具體措施。
3.IHS變換
物理學上表示顏色體系的表色系統主要有兩類，壹類是根據實驗把顏色作為生理物理量而定量處理的混色系統，簡稱RGB系統或RGB空間，另壹類是使用記號、色譜等定性處理人所感知的顏色的表色系統，簡稱IHS系統，著名的孟塞爾表色系統就屬此類。
當需要定量處理色彩時，RGB混色系統很方便，但如要對某地物目標的彩色特性進行描述，直接使用紅、綠、藍分量就很難實施，因為人眼不能直接測定R，G，B三色的比例，只能通過感知顏色的亮度、色調和飽和度來區分地物，所以IHS系統更容易理解。同樣，在彩色顯示上為了得到所期望的視覺結果，采用強度（I）、色調（H）操作比采用紅、綠、藍比例操作更容易實現。因為通常用彩色顯示器顯示的色彩由RGB信號的亮度所確定，而RGB表色系統不是線性的，所以通過這種操作來調整顯示色的色調等就很困難。在這種情況下應先把RGB分量先變換成強度、色調、飽和度（即IHS）分量，這樣在彩色增強時才容易更好地控制。圖5-23展示了這種變換處理過程，經變換處理，調整好亮度與飽和度後，再反變換回RGB系統，進行彩色合成顯示，使圖像彩色增強獲得更佳的效果。把這種RGB空間和IHS空間之間的關系模型化並進行相互變換的處理過程稱IHS變換。
圖5-23 IHS變換與反變換示意圖
圖5-24 色度坐標系IHS變換示意圖
表5-1 IHS變換公式
在RGB空間中，I，H和S三個參數的定義不同，可以獲得不同的IHS變換模型。較簡單常用的變換模型是色度坐標系模型（參見圖5-24）。根據這個模型可以推導出在不同條件下IHS正反變換的計算公式。表5-1列出了這些公式，供讀者查閱。