冕環(huán)是日冕結(jié)構(gòu)的重要組成部分,對冕環(huán)的尺寸及形態(tài)學的研究有助于我們更好地認識冕環(huán)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),同時也為進一步理解日冕構(gòu)造、日冕活動區(qū)演化、日冕加熱、日冕磁場和日冕等離子體屬性等相關(guān)問題提供線索.本文以冕環(huán)的自動檢測算法和基于自動檢測算法的冕環(huán)寬度統(tǒng)計為研究目標,首先,提出了一種有效的基于匹配濾波和非銳化掩模增強的冕環(huán)自動檢測算法.其次,使用所提出的算法對太陽動力學天文臺（Solar Dynamics Observatory, SDO）的大氣成像組件（Atmospheric Imaging Assembly, AIA）的圖像和高分辨率日冕成像儀（Highresolution Coronal Imager, Hi-C）的圖像中的冕環(huán)進行檢測,并將檢測結(jié)果與目前性能表現(xiàn)較優(yōu)的算法——Oriented Coronal Curved Loop Tracing（OCCULT）的檢測結(jié)果進行對比,以說明本文算法能檢測到更多的冕環(huán).進一步地,獲得所有檢測到的冕環(huán)的主軸和其局部方向,提取、計算和統(tǒng)計分析了它們的橫切面輪廓寬度.最后,得到如下結(jié)論:（1）本文的冕環(huán)檢測算法優(yōu)于現(xiàn)存的性能較優(yōu)的冕環(huán)檢測算法OC... 

【文章來源】：科學通報. 2020,65(08)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：14 頁

【部分圖文】：

(網(wǎng)絡(luò)版彩色)原始試驗數(shù)據(jù)及它們的雙通濾波結(jié)果.(a)Hi-C的原始圖像;(b)AIA/SDO的原始圖像;(c)(a)通過7個像元尺寸為[nsm1,nsm2]的雙通濾波器后的結(jié)果;(d)(b)通過7個像元尺寸為[nsm1,nsm2]的雙通濾波器后的結(jié)果

顯然,圖1(a)和(b)的原始日冕圖像中包含了大量冕環(huán).雖然這些冕環(huán)像素的強度相比其領(lǐng)域像素的強度要高,但是冕環(huán)與冕環(huán)之間沒有很清晰的邊界,而且許多冕環(huán)聚集在一起形成大量難以分割的環(huán)簇.特別地,在冕環(huán)足點附近,由于圖像強度較高,干擾結(jié)構(gòu)較強冕環(huán)之間的邊界更加難以區(qū)分.正是由于以上這些特點,常用的圖像分割方法很難從原始日冕圖像中自動和高效地檢測出冕環(huán).盡管前面所述的雙通濾波器可以增強特定像元寬度的冕環(huán)(如圖1(c)和(d)),但是要從這些增強的圖像中分割出每一根獨立的冕環(huán)并進行寬度自動統(tǒng)計還是比較困難(需要說明的是,圖1(a)和(b)原始圖像中的高亮條帶表示冕環(huán),而圖1(c)和(d)雙通濾波器圖像中,為了與OCCULT算法進行對比,圖像進行了反色,即條帶表示冕環(huán)).根據(jù)文獻[7～11]可知,大部分的冕環(huán)橫切面輪廓較好地符合高斯型結(jié)構(gòu),且對于每一條獨立的冕環(huán),雖然其可能有一定的彎曲半徑,但是沿著其擴展方向,其橫切面寬度變化很小.因此,首先使用分段線性化的二維高斯函數(shù)構(gòu)造每一條獨立的冕環(huán)(圖3顯示了一條獨立冕環(huán)的分段線性化模型),而對于每一個分段線性化的部分,其二維高斯函數(shù)如下:

如圖3所示,較粗的實線表示一條獨立的冕環(huán),其由15個分段線性化的部分組成,而對于每一個分段線性化的部分,L為分段線性化的長度,x為分段線性化的冕環(huán)水平方向上的坐標到其中心的距離,σ與分段線性化的冕環(huán)的半寬有關(guān).顯然,通過式(1)可以獲得一個冕環(huán)段的函數(shù)形式.而對于冕環(huán)檢測,目的是將所有的冕環(huán)結(jié)構(gòu)(大量的冕環(huán)段)從圖像中分割出來.換言之,如果能夠把已知函數(shù)形式(式(1))的冕環(huán)的函數(shù)值相比于干擾結(jié)構(gòu)進一步增強,就容易把冕環(huán)從圖像中分割出來.

【參考文獻】：
博士論文
[1]太陽爆發(fā)事件和日冕加熱中磁拓撲的研究[D]. 楊凱.南京大學 2018



本文編號：3382327