太阳高分辨数据评价与喷流/日浪的观测研究

题名	太阳高分辨数据评价与喷流/日浪的观测研究
作者	郑艳芳
学位类别	博士
答辩日期	2015-07-01
授予单位	中国科学院研究生院
授予地点	北京
导师	王锋
关键词	太阳高分辨观测图像评价图像模糊太阳喷流
其他题名	The Research on Solar High Resolution Data Assessment and Observations of jets/surges
学位专业	天文技术与方法
中文摘要	信息技术、望远镜及其终端技术的发展与应用为太阳物理的研究提供了前所未有的高时间和高空间分辨率、多波段、多角度的海量观测数据。太阳研究工作者通过对这些数据测量分析、统计研究来更深入地了解太阳的各种机制，以及这些机制对地球生物和人类生活的影响，进而对各种灾害性空间天气进行预报。人眼对各种事物的感知大多数来源于视觉，图像是最直观的视觉数据，因此，太阳多波段、多角度的拍摄图像是最主要的太阳观测数据。在太阳观测图像的获取过程中，由于望远镜本身、大气湍流、光学系统、终端仪器和CCD相机的影响，所得的图像像质会受到一定的影响。对像质的评价是整个望远镜建设的重要工作之一，也是衡量一个望远镜能否高效产出的因素之一。图像评价主要包括主观评价和客观评价两类。图像评价的主观评价方法在图像产生之初就已经应用在图像领域，并且在太阳观测领域取得了丰硕的成果，主观评价的成果也作为客观评价验证和客观评价方法研究的指导因素之一，发挥着巨大的作用。随着计算机技术的发展，客观评价方法在主观评价研究的基础之上得到了发展和应用。图像评价工作不仅涉及到人类视觉系统，还几乎涵盖了数字图像处理领域的图像获取、图像运算、图像变换与滤波、图像增强、图像复原与重建、图像分割、图像形态学处理、小波变换和图像多分辨率处理等。目前，客观评价方法在太阳观测图像预处理、太阳爆发事件空间自动识别、太阳爆发事件动态演化过程跟踪和太阳观测的统计、分类与分析过程中得到了广泛的应用。因此，太阳高分辨数据评价与喷流/日浪的观测研究工作就是在研究数字图像处理技术应用到太阳观测图像的基础上，探索更适用于太阳高分辨数据处理的方法与技术。云南天文台抚仙湖一米新真空望远镜（NVST）是目前世界上较大口径太阳望远镜，着重于太阳的高分辨观测和多波段光谱观测研究。本文针对太阳高分辨观测数据的处理、分析与应用需求，研究各种图像评价方法在太阳高分辨观测领域的应用价值。NVST高分辨观测数据主要特点是能实现太阳光球、色球的高时间和高空间分辨率的同步观测，为太阳小尺度事件（比如喷流或日浪）的观测和爆发机制研究提供最直观最清晰的图像。此外，由于太阳本身是一个动态变化的球体，以及地基望远镜本身受到大气湍流等因素的影响，没有一个可以作为标准的参考图像，因此，研究图像客观评价方法在高分辨观测数据中的应用时，着重研究无参考图像评价方法。图像评价在太阳高分辨观测中主要有四方面的应用前景：（1）主观评价方法用于太阳事件的分析研究，比如，太阳物理学家利用其先验的科学理论知识，对高分辨率的太阳色球H-alpha图像进行分析研究，发现某一时间在爆发过程中的某一细节对整个太阳爆发理论机制的影响；（2）图像评价方法用于监视望远镜系统的图像质量。例如，在望远镜观测中，由于受到多种复杂因素的影响，导致图像获取系统离焦，可以使用像质度量平台来监视和自动校准以获得最靠近焦点的观测图像。（3）图像评价方法可以用来基准和定位图像处理系统和算法。例如，多种高分辨重建方法重建出来的数据需要进行比较和选择，可以借助像质度量平台来评价哪一个方法会提供最好质量的图像。（4）图像评价方法可以被嵌入到一个图像处理系统中来优化算法和参数设置。例如，在观测数据处理过程中，找到并剔除影响数据处理结果的图像，达到优化数据处理的目的。本文针对这些应用研究需求，对图像评价方法和太阳观测图像处理进行了深入探索与研究。具体工作包括如下几个方面：第一：研究数字图像处理领域的图像评价方法与算法，并对其在太阳高分辨观测过程中的应用价值做一个系统的分析。第二：针对地基大口径太阳望远镜观测图像无原始参考图像的事实，研究一种基于人类视觉系统特性和图像模糊度的评价方法在太阳高分辨观测中的应用。第三：对目前太阳观测图像的处理方法与应用进行了深入调研，并对其中所应用到的图像评价方法和基本思想做了一个系统的概括和总结。第四：结合数字图像处理领域中的图像评价方法和太阳高分辨数据处理方法，对一个具体的普遍存在的太阳爆发事件进行研究，并在此基础上，给出一个高分辨H-alpha日浪的自动识别方法。
英文摘要	Solar observation has achieved unprecedented high spatial and temporal, high spatial resolution, multi-angle and multi-band data by the development and application of new technologies. Researchers analyze these high-quality data to obtain in-depth knowledge of the sun. The images of the sun are the most important observational data because it is the easiest way to get for human visual system. Image quality will be affected by telescope, atmospheric turbulence, optical systems and other factors during the observational process of solar telescopes. Therefore, the solar image assessment is one of the important works of the solar observations. Image assessment includes subjective assessment and objective assessment. Subjective assessment has been developed in the infancy of image. The results of subjective assessment can be used as one of the criteria for objective assessment. The development and application of objective assessment is benefited from the development of computer technology. Image assessment work is not only related to the human visual system, but also covers almost the field of digital image processing, such as image acquisition, image computing, image transformation and filtering, image enhancement, image restoration and reconstruction, image segmentation, morphological image processing, wavelet transform and image multi-resolution processing. Currently, the method of objective assessment has been widely used for solar image preprocessing, solar image spatial automatic detection, the dynamic evolution of the solar eruptions, and the research of statistics, classification and analysis process. The study on solar high resolution data assessment and application mainly includes exploring suitable methods and techniques based on the application of digital image processing for solar observational images. The New Vacuum Solar Telescope in Yunnan observatories is one of the biggest solar telescopes in the world. The telescope focuses on the high resolution observations of the solar photosphere and chromosphere. The image assessment applied for high-resolution observations has four potential values. (1) Subjective assessment is applied for the analysis and study of solar observations of events based on scientists’ knowledge and experience. (2) Image assessment method is used to monitor the quality of the image for telescope control system. (3) Image assessment method can be used to locate for image processing systems and algorithms. (4) Image assessment method can be embedded into an image processing system to optimize the algorithm and parameter settings. This thesis studies the demand for the applications mentioned above, and the specific tasks include the following aspects. First, research on image assessment methods and algorithms in the field of digital image processing, and make a systematic analysis of its application for the solar high-resolution data. Second, research on an image assessment method, which is based on human visual system and image ambiguity, and used for solar high resolution data processing of NVST. Third, research on the current image processing methods and its application for solar observation, and make a systematic summary and conclusion for the basic idea of image assessment during the solar image processing. Last, research on a specific widespread event of the sun by image assessment method combining with solar high-resolution data processing method, and on this basis, an automatic identification method for solar high-resolution jets/surges is given.
语种	中文
学科主题	天文学
页码	103
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.ynao.ac.cn/handle/114a53/4914]
专题	云南天文台_抚仙湖太阳观测站
作者单位	中国科学院云南天文台
推荐引用方式 GB/T 7714	郑艳芳. 太阳高分辨数据评价与喷流/日浪的观测研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2015.