一种日晕光度计检测系统及检测方法、系统、介质、设备

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	一种日晕光度计检测系统及检测方法、系统、介质、设备
	赵明宇; 刘煜; 宋腾飞; 张雪飞; 李小波; 王晶星
申请（专利权）人	中国科学院云南天文台
专利号	ZL202110746962.1
申请号	CN202110746962.1
	2021-10-15
申请日期	2021-07-01
公开（公告）号	CN113506256A
公开日期	2021-10-15
IPC 分类号	G06T7/00G06T7/13G06T7/194G06T5/00G01J1/00
授权国家	中国
专利类型	发明
专利状态	公开
学科领域	天文学 ; 天体物理学 ; 实测天体物理学 ; 太阳与太阳系 ; 太阳与太阳系其他学科
产权排序	1
摘要	本发明属于天空背景亮度检测技术领域，公开了一种日晕光度计检测系统及检测方法、系统、介质、设备，采用相位一致性方法从SBM图像上提取特征结构边界，利用里斯变换从矢量意义上得到各项同性的二维奇对称滤波函数，使得整套局域相位振幅理论直接应用到二维图像上。采用互相关的方法分离出日面边缘和掩体边缘；采用最小二乘法拟合做圆方程拟合，得到图像上的日心坐标、太阳半径、掩体中心坐标、掩体半径；在极坐标下用互相关确定和掩体相连的支架位置。本发明从SBM原始观测图像上把计算天空背景亮度所需要的日面区域和天空区域划分，分别计算天空区域的平均亮度和日面中心区域的亮度，二者之比就是衡量日冕观测条件的白昼天空背景亮度。
主权项	1.一种日晕光度计检测系统方法，其特征在于，所述日晕光度计检测方法包括：采用相位一致性方法从SBM图像上提取的特征结构边界；采用互相关的方法来分离出日面边缘和掩体边缘；根据太阳边缘点，采用最小二乘法拟合做圆方程的拟合，得到图像上的日心坐标、太阳半径、掩体中心坐标和掩体半径；将图像以掩体中心为原点进行极坐标展开，利用互相关方法确定掩体支架的位置；计算图像上扣除掩体边缘衍射环区域，和掩体支架投影区域之后的天空区域数值强度，以及日心附近区域的数值强度；计算不同太阳半径的天空背景亮度。 2.如权利要求1所述的日晕光度计检测方法，其特征在于，所述日晕光度计检测方法，还包括：采用互相关的办法从SBM图像特征结构边界中提取ND4减光片的边缘点，用最小二乘法拟合得到中心坐标和半径；以ND4减光片中心为原点，把图像从ND4边缘以外的一个环型区域进行极坐标展开，三个支架之间间隔120度；在极坐标中构造两个峰值间隔120度的高斯函数作为模板计算互相关，来确定支架投影的方向；至此，从SBM原始观测图像上把计算天空背景亮度所需要的日面区域和天空区域划分出来，分别计算天空区域的平均亮度和日面中心区域的亮度，二者之比就是衡量日冕观测条件的白昼天空背景亮度。 3.如权利要求1所述的日晕光度计检测方法，其特征在于，所述相位一致性方法，包括：采用单演滤波的二维相位一致性方法进行图像的边界探测；相位一致性原理认为，人眼感知的图像中的结构特征，集中在其傅立叶分量的相位一致性最高的地方，而非传统中认为的图像中强度梯度最大的地方；相位一致性的定义为：一维信号的傅立叶分量，作为复矢量按照平行四边形法则加起来，得到一个局域能量，\|E(x)\|；如果所有傅立叶分量的相位角都相等，则PC(x)＝1，而若所有傅立叶分量的相位完全不相干，则PC(x)→0；沿用Kovesi的方法，滤波函数用Log-Gabor函数，该函数可以构造成任意带宽得到具有最小空间幅度的最优化的滤波函数，其频域中的传输函数为：其中，ω0是中心频率，k/ω0控制滤波函数的带宽；由于实函数傅立叶变换的厄密共轭对称性，计算相位一致性时需要一对分别是偶对称和奇对称的滤波函数；对于二维图像而言，绕零频旋转对称的标量的奇对称滤波函数是不存在的，故采用单演滤波方法，利用里斯变换从矢量意义上得到了各项同性的二维奇对称滤波函数，使得整套局域相位振幅理论可以直接应用到二维图像上；里斯变换在频域的传输函数为：矢量满足作为希尔伯特变换在二维情况的推广，对应于解析信号的虚部，得到的三分量为： fM(x1，x2)＝(f(x1，x2)，(h1★f)(x1，x2)，(h2★f)(x1，x2))；就是一个二维的“解析信号”，称为单演信号，h1，h2是里斯变换在空间域中对应的滤波函数，★代表卷积；单演信号的三分量构成标准的球坐标，φ∈[0，2π)，θ∈[0，π)： f＝A cos(φ)； (h1★f)＝A sin(φ)cos(θ)； (h2★f)＝A sin(φ)sin(θ)；则单演信号在(x1，x2)的局域振幅为：局部相位为：局部方位相位为： θ(x1，x2)＝tan-1(h2★f，h1★f)；采用Log-Gabor函数作为多尺度小波变换的基函数；单演滤波里斯变换中，振幅和φ相位用来计算二维图像的相位一致性，θ相位代表图像的倾向性，参考经典的Canny算法，利用所述倾向性做非局域极值抑制约束边界特征的提取。 4.如权利要求3所述的日晕光度计检测方法，其特征在于，所述非局域极大抑制，包括：非局域极大抑制算法是图像边缘检测的后处理，对图像水平和垂直方向分别求一阶导数，通过两个方向的导数计算每个像素位置的“方向性”和“梯度强度”；然后按方向性，即两个方向导数的反正切划分8个主方向；在每个像素点沿着该处的主方向计算邻域两个位置的梯度强度，如果该像素的梯度强度值在这个邻域内不是一个局域极大值，就把它去掉，这称之为非局域极大抑制；相位一致性计算的是特征结构的方向性，而经典的边缘检测认为梯度强度最大的地方是特征结构，二者是互相垂直的，实际应用中需注意修正；滞后阈值是采用两个阈值，利用上限阈值找出所有可以确定的特征结构位置，寻找和这些位置相连通的点，如果这些连通的位置满足下限阈值，则同样被认为是特征结构，继续递归地寻找直到相连通的点处低于下限阈值为止。 5.如权利要求1所述的日晕光度计检测方法，其特征在于，所述采用互相关的方法来分离出日面边缘，包括：通过观测时间计算当时的太阳角半径，根据CCD像元尺寸和望远镜焦距估算出图像的太阳像半径是多少像素；其中，所述互相关的模板根据太阳的位置参数和望远镜的仪器参数进行构造，所述标准的图像互相关方法还用于确定太阳边缘、ND4边缘和ND4支架位置。 6.如权利要求1所述的日晕光度计检测方法，其特征在于，所述圆的最小二乘法拟合，包括：日冕图像的极坐标展开需要日心坐标和半径，利用非线性最小二乘法对圆方程做最佳拟合来得到这两个参数；其中，所述圆方程为：其中，{(xi，yi)，i＝1，2，...，m}为待拟合的点；线性拟合为：得到的参数称为代数拟合，它最小化数据点和代数方程的残差平方和，通常作为最佳拟合的初始参数；最佳拟合又称几何拟合，它最小化数据点和圆心距离的函数与半径的残差平方和；将圆方程写成如下形式：几何距离函数为：其中，是圆心坐标，是半径，是数据点的坐标；最佳拟合要求为：最小，其中参数矢量为S是βj，j＝1，2，3的非线性函数，因此这一个非线性最小二乘法问题。 7.如权利要求1所述的日晕光度计检测方法，其特征在于，所述日晕光度计检测方法，还包括： (1)坐标变换：直角坐标到极坐标；采用图像矩阵整体作为参数计算变换坐标，然后通过插值完成变换，计算效率较高； (2)坐标变换：极坐标到直角坐标； (3)瑞利分布相位一致性算法需要对噪声响应进行估计，令振幅的分布为\|Z\|＝f(x；s)，假设噪声是高斯分布，频域中的实部和虚部为独立同的高斯分布，二者合成的振幅为瑞利分布：其中，s＞0是统计分布的展宽参数，又称为“Mode”，x＝s刚好对应于分布的极大值：在精度要求不高的情况下，可以通过中值来估计展宽参数，因为中值对应于概率密度累积分布的1/2，求解：可得中值：瑞利分布的平均值μ和标准偏差σ与展宽参数s之间的关系是：因此需要这个程序计算瑞利分布的展宽参数，从而得到平均值和标准偏差来估计噪声强度。 8.一种执行权利要求1～7任意一项所述的日晕光度计检测方法的日晕光度计检测方法系统，其特征在于，所述日晕光度计检测方法系统包括：特征结构边界提取模块，用于采用相位一致性方法从SBM图像上提取的特征结构边界；日面边缘与ND4掩体边缘分离模块，用于采用互相关的方法来分离出日面边缘和掩体边缘；圆方程拟合模块，用于根据太阳边缘点，采用最小二乘法拟合做圆方程的拟合，得到图像上的日心坐标和太阳半径；根据掩体边缘点，采用最小二乘法做圆方程的拟合，得到掩体边缘衍射环的中心坐标和半径；掩体支架定位模块，将图像以掩体中心为原点展开到极坐标，利用互相关方法确定与掩体刚性联结、相互间隔120度的三个掩体支架在图像上的投影位置；天空背景亮度计算模块，计算不同太阳半径处的有效天空区域的天空背景亮度参数。 9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：采用相位一致性方法从SBM图像上提取的特征结构边界；采用互相关的方法来分离出日面边缘；根据太阳边缘点，采用最小二乘法拟合做圆方程的拟合，得到图像上的日心坐标和太阳半径；根据掩体边缘点，采用最小二乘法拟合做圆方程的拟合，得到图像上的掩体中心坐标和掩体半径；将图像以掩体中心为原点展开到极坐标，利用互相关方法确定与掩体刚性联结、相互间隔120度的三个掩体支架在图像上的投影位置；计算不同太阳半径处的有效天空区域的天空背景亮度参数。 10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求8所述的日晕光度计检测系统。
语种	中文
专利代理人	刘洁
代理机构	重庆市信立达专利代理事务所（普通合伙）
文献类型	专利
条目标识符	http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/24591
专题	选址与日冕观测组
作者单位	中国科学院云南天文台, 云南省昆明市官渡区羊方旺396号
第一作者单位	中国科学院云南天文台
推荐引用方式 GB/T 7714	赵明宇,刘煜,宋腾飞,等. 一种日晕光度计检测系统及检测方法、系统、介质、设备. ZL202110746962.1[P]. 2021-10-15.

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CN113506256A-一种日晕光度计（1043KB）	专利		开放获取	CC BY-NC-SA	浏览请求全文