太陽耀斑圖像去云方法比較研究

王凱 李婉卿 熊煒

摘 要：由于太陽耀斑圖像中地球云霧對斑跡有所干擾，故需要對太陽耀斑圖像進行去云處理。針對多尺度Retinex理論與暗通道優先算法兩種去云方法進行比較研究，詳細介紹了兩種方法的數學模型與具體算法，分別運用兩種方法對太陽耀斑圖像進行去云處理，并進行MATLAB仿真，根據仿真結果對兩者去云效果進行評估與對比。通過圖像與客觀誤差參數比較兩種去云方法，發現暗通道優先算法在影像平均灰度、細節信息顯示、圖片信息量與相對清晰程度等方面均優于多尺度Retinex去云方法，其中圖片清晰度提升了約16%，標準差與信息量均提升了約8%，平均灰度降低了約27%。

關鍵詞：太陽耀斑;去云處理;暗通道優先;多尺度Retinex;天文觀測

DOI：10. 11907/rjdk. 191088

中圖分類號：TP317.4

文獻標識碼：A文章編號：1672-7800（2019）006-0163-04

Abstract： Due to the interference of the earth's cloud in the solar flare image， it is necessary to remove cloud from the solar flare images. The two methods of MSR theory and dark channel prior algorithm are compared. The mathematical models and specific algorithms of the two methods are introduced in detail. Two methods are used to process the solar flare image and perform MATLAB simulation. According to the simulation results， the cloud-removing effects of the two methodsare evaluated and compared. Comparing the two methods of cloud removal by image and objective error parameters， it is found that the dark channel priority algorithm is better than the multi-scale Retinex cloud method in displaying the average gray level， detailed information display， picture information and relative clarity of the image. Among them， the picture clarity is improved by about 16%， the standard deviation and information are improved by about 8%， and the average gray level is reduced by about 27%.

Key Words： solar flare; cloud removing; dark channel prior; MSR theory; astronomical observation

0 引言

太陽大氣中充滿著磁場，磁場結構越復雜，越容易儲存更多磁能。當磁場中儲存磁能過多時，會通過太陽活動爆發以釋放能量，太陽耀斑是最劇烈的爆發形式之一。太陽耀斑的能量來源于磁場[1]，太陽耀斑爆發時，太陽局部區域會向外拋射大量粒子云。多種觀測手段表明，耀斑爆發時幾乎全波段的電磁輻射都會增強，其中短波輻射（包括紫外光和x射線）和射電波段變化最為明顯。近年來，科學家對太陽耀斑的研究逐漸增多，但由于觀測時拍攝的耀斑圖片易受到云層遮擋，故需要對其經過一定的去云處理后才能用于研究。

目前，對圖像進行處理的方法有多種，包括同態濾波、小波變換、Retinex理論、暗通道優先算法等，其中董靜薇等[2]結合同態濾波與小波變換算法，將兩者共同應用于去云處理;張馳等[3]使用改進的雙邊濾波器作為濾波函數，并使用S型函數曲線對Retinex算法進行改進;暗通道優先算法最早是由何明凱[4]在2009年提出的，其提出一種暗通道理論，將去云圖像與原始圖像聯系到一起。本文主要針對太陽耀斑圖像去云領域的多尺度Retinex算法與暗通道優先算法，從平均灰度、細節信息顯示等4個方面進行比較，得出去云效果更好的方法。

1 太陽耀斑圖像去云方法

Retinex（Retina-Cortex）是一種常用的建立在科學實驗與科學分析基礎上的圖像增強方法，其功能類似于視網膜與皮層成像，以顏色恒常性為基礎[5]。暗通道優先算法基于一個統計規律，即在絕大多數非天空的局部區域，某些像素總會有至少一個顏色通道具有很低的值，該通道則被稱為暗通道[6]。分別采用基于多尺度Retinex與暗通道優先算法的模型對太陽耀斑圖片進行去云處理，得到重構圖像[7]。

1.1 基于多尺度Retinex的圖像去云方法

通過對圖3中原始圖像的分析，其耀斑顯示并不清晰。由三維成像原理及耀斑特性[23]可知，圖片上方凸起部分即為耀斑，但圖片頂端較為平緩。對比兩種方法去云處理后所得圖像，可知采用暗通道優先算法處理時圖中耀斑更加清晰、明顯，也驗證了對圖片進行客觀評價時參數計算的正確性。

4 結語

為了得到去云后的太陽耀斑圖像，本文運用了基于多尺度Retinex理論與暗通道優先算法的去云方法。通過對比圖像與建立客觀誤差參數對兩種去云方法進行比較，發現暗通道優先算法在影像平均灰度、細節信息顯示、圖片信息量及相對清晰程度等方面均優于多尺度Retinex去云方法，并且通過觀察灰度值三維成像圖[24]可以看出，采用暗通道優先算法的耀斑突出程度更好。因此，在太陽耀斑圖像去云方面，暗通道優先算法具有更強的實用性。

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（責任編輯：黃 健）