基于圖論的日冕暗化現(xiàn)象提取技術(shù)研究.pdf

1、日冕物質(zhì)拋射(Coronal Mass Ejection，CME)是太陽(yáng)表面最劇烈的大尺度爆發(fā)過(guò)程之一，它是影響近地空間環(huán)境和驅(qū)動(dòng)日地空間災(zāi)害性天氣的最主要太陽(yáng)爆發(fā)事件。理解CME的物理機(jī)制和起源以及建立CME預(yù)報(bào)系統(tǒng)是太陽(yáng)物理的研究熱點(diǎn)，也是空間天氣預(yù)測(cè)和模型建立的基礎(chǔ)。作為CME的一個(gè)重要的伴隨物理現(xiàn)象，日冕暗化現(xiàn)象被認(rèn)為是和CME緊密相關(guān)的一個(gè)重要的日面現(xiàn)象，因此本文將日冕暗化事件作為研究對(duì)象。當(dāng)前的研究已逐漸深入到CME與暗化現(xiàn)

2、象的定量物理關(guān)系，這就要求我們能夠?qū)θ彰岚祷l(fā)生的區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。同時(shí)，隨著觀測(cè)水平的不斷提高，得到的觀測(cè)數(shù)據(jù)越來(lái)越多，而現(xiàn)有的暗化提取技術(shù)卻發(fā)展緩慢，亟待提高。本文擬利用基于圖論的Graph Cuts方法和日冕暗化圖像的梯度、紋理、暗化先驗(yàn)知識(shí)等信息，研究多種暗化現(xiàn)象的提取工作，實(shí)現(xiàn)日冕圖像暗化區(qū)域的自動(dòng)精確地提取，為進(jìn)一步研究暗化與CME的相關(guān)性提供基礎(chǔ)。
　　本文首先介紹日冕暗化現(xiàn)象主要觀測(cè)手段和提取方法的研究現(xiàn)狀，然后

3、概述相關(guān)背景和技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)。接著本文圍繞日冕暗化提取方法主要做了3個(gè)方面的研究。
　　(1)提出了日冕暗化圖像種子點(diǎn)提取方案。首先結(jié)合日冕暗化BD圖和PBD圖的顯著圖以及暗化先驗(yàn)知識(shí)得到圖像的初始種子點(diǎn)，然后使用改進(jìn)的k-means算法對(duì)種子點(diǎn)進(jìn)行聚類，最后使用暗化現(xiàn)象的經(jīng)驗(yàn)閾值成功得到最終的種子點(diǎn)，整個(gè)過(guò)程無(wú)需人工干預(yù)。
　　(2)提出了融合紋理和梯度信息的日冕暗化圖像提取方案。結(jié)合Gabor小波濾波器的多通道降維特性，使

4、用Gabor小波濾波器提取日冕圖像的紋理特征，并結(jié)合日冕圖像的梯度特征共同計(jì)算Graph Cuts算法中圖像的權(quán)值。同時(shí)，將第一次提取的暗化區(qū)域結(jié)果作為粗提取結(jié)果，進(jìn)行二次提取，得到最終的暗化區(qū)域提取結(jié)果。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了該提取方案的有效性。
　　(3)開(kāi)發(fā)了日冕圖像暗化區(qū)域自動(dòng)提取系統(tǒng)。采集1997年-2014年間包含不同暗化現(xiàn)象的130幅日冕暗化圖像，構(gòu)建了日冕暗化現(xiàn)象的圖像庫(kù)和基準(zhǔn)庫(kù)。同時(shí)，在研究提取算法的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了日