[发明专利]一种太阳轮廓的自动提取方法

摘要

本发明属于我国天文领域的太阳物理学科，提出了一种太阳轮廓的自动提取方法。针对国家天文台怀柔太阳观测基地的全日面单色像，本发明首先采用形态学闭运算和腐蚀运算获取日面边缘的灰度信息；其次利用自适应阈值法提取边缘坐标；最后结合最小二乘拟合法对其进行拟合，得到一个联通的日面边缘二值图。与国际其它算法相比，本发明可处理具有仪器噪声的较低质量太阳观测数据，填补了国内相关领域的空白。发明方法对于确定日面半径和日地距离、计算太阳活动在日面中的位置以及研究其演化规律等具有重要意义和实用价值。

主权项

一种太阳轮廓的自动提取方法，其特征在于：相比国际上其它算法必须基于高质量的太阳数据进行处理，本发明针对我国分辨率较低的HSOS全日面单色像进行处理，能够准确的提取太阳轮廓，该方法的步骤如下：(1)为了消除日面上的活动，得到一个干净的日面，对原始图像采用形态学的闭运算进行处理，其中设置闭运算的结构元素半径需大于日面活动的半径，闭运算的公式如(1)、(2)和(3)所示，其中A代表原始图像，B代表结构元素；膨胀运算：腐蚀运算：$\mathrm{A\ΘB}=\left\{z\right|{\left(B\right)}_z\⊆A---\left(2\right)$闭运算：$A\·B=(A\⊕B)\mathrm{\ΘB}---\left(3\right)$(2)形态学的腐蚀运算具有使图像中目标物缩小的功能，为了将步骤1处理后所得图像的日面半径缩小，本发明对其进行腐蚀运算，操作如公式(2)所示；(3)将步骤1和步骤2所得的图像相减，消除重叠的日面内部，则可得到日面边缘信息，此步骤得到反映其轮廓信息的灰度图；(4)利用自适应阈值法对步骤3的灰度图进行分割，可得到一个二值图像，图中的白色区域则是日面的边缘，其中自适应阈值法计算阈值t的公式如下(4)、(5)、(6)、(7)、(8)：灰度为i的像素出现的概率为：$P_0\left(t\right)={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^t\mathrm{pi},P_1\left(t\right)={\mathrm{\Σ}}_{t+1}^{L-1}\mathrm{pi}---\left(4\right)$其均值分别为：$u_0\left(t\right)={\mathrm{\Σ}}_0^t\mathrm{ipi}/P_0\left(t\right),u_1\left(t\right)={\mathrm{\Σ}}_{t+1}^{L-1}\mathrm{ipi}/P_1\left(t\right)---\left(5\right)$图像的总体灰度均值为：$u_T={\mathrm{\Σ}}_0^{L-1}\mathrm{ipi}---\left(6\right)$${\mathrm{\δ}}_B^2\left(t\right)=P_0\left(t\right){[u_0\left(t\right)-u_T]}^2+P_1\left(t\right){[u_1\left(t\right)-u_T]}^2---\left(7\right)$最佳阈值t为：$t=\arg {\mathrm{\Σ}}_{t=0}^{L-1}\max {\mathrm{\δ}}_B^2\left(t\right)---\left(8\right)$(5)由于上一步骤的二值图像提取的白色区域属于一些离散点，为了使得区域封闭联通，此步骤首先提取这些白色区域的坐标；再对这些坐标进行最小二乘圆拟合，拟合的圆即是一个连通的日面轮廓。