基于同態濾波和維納濾波的太陽耀斑去云處理對比研究

胡品端 黎子晉 袁國淳

摘 ?要：對于太陽耀斑圖像去云處理的研究，該文建立了基于同態濾波的去云模型以及基于維納濾波的去云模型。通過兩種模型分別處理圖片，對比分析結果圖后得出兩種模型對太陽耀斑去云處理均有一定效果。但基于同態濾波的去云模型更適于太陽耀斑圖片的去云處理，同時通過三維圖像可以得出同態濾波去云效果最佳。

關鍵詞：同態濾波 ?維納濾波 ?去云處理 ?三維圖像處理

中圖分類號：TP751 ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）05（b）-0015-03

太陽耀斑是一種發生于太陽大氣周圍局部的一種最劇烈的太陽的爆發活動現象。其在短時間內釋放出大量能量并引起局部區域瞬時急劇加熱，并向外發射各種電磁輻射。近年來，對太陽耀斑的研究受到越來越多研究人員的青睞，但是在觀測時幾乎都會受到云的遮擋，所拍攝到的太陽耀斑圖片需要經過一定的處理才能對其進行研究。因此，建立合理的模型對太陽耀斑圖片進行處理，在當下具有一定的現實意義和參考價值。

同態濾波一種廣泛用于圖像處理的技術，其實質上是高通濾波和圖片亮度的非線性變換的結合，由于云霧處于低頻，而運用同態濾波可減少低頻增加高頻，從而實現減少光照變化并銳化細節，可獲得清晰的太陽耀斑無云圖。但由于同態濾波作為一種全局性的變化，其具有一定的局限性。因此在同態濾波分析法的基礎上，選用維納濾波法對圖像再次進行去云處理。該文基于上述兩種方法分別對太陽耀斑圖片進行去云處理，對結果進行對比，得出更為理想的太陽耀斑去云處理方法。

1 ?基于同態濾波的太陽耀斑去云處理模型

考慮到是否有云遮擋所接受的光占據不同的頻帶，通過傅里葉變換可將圖像變換到頻率域，設計一個高通濾波器，以去除低頻分量（云的影響），同時考慮到濾掉低頻分量后應以物體原色光補充，采用同態濾波法，即把頻率過濾和灰度變換結合起來的一種處理方法。根據云覆蓋信息在頻率域上通常占據低頻信息這一特點，將云層除去，同時增強云覆蓋下的背景信息。

2.5 讀取數據得到去云圖片

根據傅立葉反變換得到的灰度系數矩陣重新構建去云圖片，即可得到太陽耀斑去云處理后的圖片。

3 ?基于同態濾波與維納濾波的太陽耀斑去云處理結果分析

對上述兩種模型運用MATLAB進行求解所得到的去云圖像與原圖對比如圖1所示。

根據圖像對比可知，去云后的圖像與原圖相比顯得更有層次感，省去了原圖被云霧遮擋的模糊感。其中白色光點部分即為太陽耀斑部分，被云遮擋的耀斑也顯現出來，在原圖中可以看到的耀斑顯得更加清晰可見，灰度不同而導致的圖形內對比也更加明顯。由此可見，運用同態濾波與維納濾波法求得得到的去除云霧遮蓋后的圖像均達到了理想觀測太陽耀斑的效果。

4 ?最優結果分析

為得到最優的去云處理圖像，特對兩種模型進行對比分析，以得到最優結果。

為了獲得更加直觀的視覺對比感受，我們基于灰度以及像素（橫縱）三因素將其轉換為三維圖形，如圖2所示。

根據上述三維對比圖可以十分直觀地看到，三維圖形中凸出的刺狀部分即為太陽耀斑。圖2左圖整體呈現出高低狀態平穩，顏色融合較深的狀態，但經過去云處理后的右圖太陽耀斑與太陽整體的區分顯得十分明顯。不難看出，太陽耀斑的灰度遠高于普通陽光，因此在三維圖中十分突出。而維納濾波模型處理后的圖形雖然能夠看到太陽耀斑，但是去除得不夠準確，更偏向于全局處理，效果不及同態濾波模型。同態濾波模型經過同態濾波模型處理后的去云圖片能夠更加清晰地觀測到太陽耀斑的位置，與周圍的對比更加明顯。因此在對比分析之下，雖然兩種模型均有一定效果，但同態濾波模型的去云效果較維納濾波模型更好。

從上述對比分析中，我們都能直觀地看到經過去云處理后的圖像更加清晰，去除云霧干擾后太陽耀斑顯示得十分明顯。由此證明了該模型的正確性與實用性，且說明該模型在對太陽耀斑圖像觀測時具有一定的實際參考及推廣意義。

5 ?結語

通過上述兩種算法的結果分析對比以及最優結果分析可知：（1）基于同態濾波和維納濾波的去云處理均對太陽耀斑圖片的更清晰準確展示有一定的作用;（2）同態濾波模型處理后的太陽耀斑突出得更加明顯，而維納濾波模型處更偏向于全局處理，因此對于太陽耀斑圖片的去云處理更適合采用基于同態濾波的模型。

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