智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法，包括開啟日冕物質(zhì)拋射觀測系統(tǒng)，根據(jù)觀測系統(tǒng)的參數(shù)實(shí)時采集獲取圖像數(shù)據(jù)，并存于內(nèi)存中；獲取差分圖像，并判斷是否有日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生，若有日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生則報警并調(diào)整觀測參數(shù)及圖像的觀測模式；再次判斷是否有暈狀日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生，若有暈狀日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生則再次報警；并將采集圖像數(shù)據(jù)存入硬盤中。應(yīng)用本發(fā)明智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法能夠自動判別日冕物質(zhì)拋射事件和暈狀日冕物質(zhì)拋射事件的發(fā)生，并能夠自動調(diào)節(jié)采集參數(shù)，獲取的數(shù)據(jù)速度快，提高了準(zhǔn)確率。
【專利說明】智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種天文觀測領(lǐng)域的日冕活動研究技術(shù)，特別涉及一種智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]日冕活動現(xiàn)象與空間天氣預(yù)報密切相關(guān)，對其進(jìn)行自動識別及報警方法的研究具有重要的應(yīng)用價值。日冕活動現(xiàn)象主要是針對日冕物質(zhì)拋射(CME, coronal massejection)來講的，CME是太陽大氣中一種頻繁發(fā)生的爆發(fā)現(xiàn)象,其表現(xiàn)為在幾分鐘至幾小時時間尺度內(nèi)日冕結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化并伴有可觀測的物質(zhì)拋射。
[0003]20世紀(jì)70年代初，0S0-7衛(wèi)星上的日冕儀首次證實(shí)太陽大氣物質(zhì)的瞬變拋射，隨后skylab、P78-l、SMM、ISEE3、Helios等衛(wèi)星和飛船上的日冕儀及90年代升空的Yohkoh、S0H0、Ubrsses, Wind、STEREO等衛(wèi)星上的儀器設(shè)備取得了大量的CME觀測資料。30多年來，觀測分析、理論研究和數(shù)值模擬的結(jié)果表明，CME不僅是一種瞬變現(xiàn)象，它還可能對日冕的長期演化(例如與11年太陽周有關(guān)的太陽磁場變化的日冕響應(yīng))起著重要的作用；同時它與許多行星際擾動有著密切的關(guān)系，并可引起地球空間環(huán)境的劇烈改變CME也是90年代興起的空間天氣研究中的重要內(nèi)容。
CME具有多種形態(tài)，但以環(huán)形結(jié)構(gòu)居多。這種環(huán)形結(jié)構(gòu)由三部分組成:亮的外環(huán)、暗腔和亮核。外環(huán)具有前沿和后緣，平均攜帶著IO15IO16g的物質(zhì)向外運(yùn)動，其足點(diǎn)基本上位于日面固定位置。暗腔是有較強(qiáng)磁場的低密度區(qū)域；腔內(nèi)亮桉通常是平均攜有IO14 g等離子體的爆發(fā)日珥物質(zhì)。一次典型的CME可攜帶IO23IO25J的能量到行星際空間。
[0004]由于CME是太陽上的重要活動其強(qiáng)度、角度等將對空間天氣產(chǎn)生重大影響，因此CME特性的定量研究及其重要特性的分類不僅對太陽物理、空間天文學(xué)科本身具有重要意義，而且對空間環(huán)境的預(yù)報和防災(zāi)、減災(zāi)具有一定的實(shí)用價值。
[0005]不同亮度和大小的CME對空間災(zāi)變環(huán)境的影響程度是不同的，必須對CME特性進(jìn)行強(qiáng)度等級分類、識別。通過對國內(nèi)外相關(guān)研究的調(diào)研分析，我們提出了適合我們的觀測儀器CME事件識別方法。另外，LASCO日冕儀觀測到一種暈狀(halo) CME，它發(fā)生在日面中心附近，并幾乎在所有方向上沿太陽徑向向外傳播。典型的halo CME到達(dá)地球需要31天的時間，而觀測到的最快的CME能偶在24小時之內(nèi)到達(dá)地球，例如2003年10月29日的CME，僅僅用了 19個小時就到達(dá)地球，因此對它們的實(shí)時判別非常重要的，因?yàn)檫@些CME的數(shù)據(jù)將作為三維磁流體數(shù)值模擬計算的輸入，通過計算來估計它們將對地球產(chǎn)生的影響，盡早的識別halo CME能夠?yàn)檫@些計算、預(yù)估、報警贏得時間。國際上有人通過LASCO C2和C3數(shù)據(jù)的整合，對間隔20分鐘左右的數(shù)據(jù)進(jìn)行CME的計算和判別。
[0006]然而傳統(tǒng)方法采用圖像預(yù)處理、基于閾值的二值化方法進(jìn)行圖像分割，得到CME前景圖像，并提取CME的相關(guān)特征，完成CME檢測和分類，基于閾值的方法受到閾值選擇的影響，而閾值選擇過程復(fù)雜，且選擇的閾值并不一定合適，誤判率比較高。
[0007]在第一次報警信號出現(xiàn)以后，系統(tǒng)將根據(jù)CME亮度特征的演化趨勢，對系統(tǒng)的觀測模式、采集速度、CCD曝光時間、圖像亮度等進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)和控制，實(shí)現(xiàn)對爆發(fā)過程的特別觀測。
[0008]但是CME事件發(fā)生的時刻很難預(yù)測，如果僅僅依靠觀測員的操作經(jīng)驗(yàn)來確定其爆發(fā)與否并手動調(diào)節(jié)各種參數(shù)，則常常因?yàn)檎{(diào)節(jié)不及時，造成CCD數(shù)據(jù)溢出，根本沒有辦法觀測到爆發(fā)活動的演化細(xì)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法，能夠自動判別日冕物質(zhì)拋射事件和暈狀日冕物質(zhì)拋射事件的發(fā)生，且自動調(diào)節(jié)采集參數(shù)，提高準(zhǔn)確率。
[0010]本發(fā)明的另一目的在于提供一種智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法，具有雙報警功能，可以更好的實(shí)現(xiàn)空間天氣監(jiān)測和預(yù)警。
[0011]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法，該觀測方法包括:
A、開啟日冕物質(zhì)拋射觀測系統(tǒng)，根據(jù)觀測系統(tǒng)的參數(shù)實(shí)時采集獲取圖像數(shù)據(jù)，并存于內(nèi)存中；
B、獲取差分圖像，并判斷是否有日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生，若有日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生則執(zhí)行步驟C ;若無日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生，則執(zhí)行步驟E ；
C、報警并調(diào)整圖像的觀測模式；
D、判斷是否有暈狀日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生，若有暈狀日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生則再次報警；并執(zhí)行步驟E ;
E、采集圖像數(shù)據(jù)并存入硬盤中。
[0012]作為優(yōu)選方案，步驟A中的參數(shù)能夠預(yù)設(shè)或根據(jù)日冕物質(zhì)拋射事件是否發(fā)生的結(jié)果進(jìn)行更改。
[0013]作為優(yōu)選方案，步驟B之前，還包括BO預(yù)設(shè)灰度范圍。
[0014]作為優(yōu)選方案，所述判斷日冕物質(zhì)拋射事件是否發(fā)生的具體過程為:當(dāng)獲取的差分圖像的差分?jǐn)?shù)據(jù)的灰度大于預(yù)設(shè)的灰度且超過預(yù)設(shè)的像素時，則認(rèn)為有日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生；反之，則認(rèn)為無日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生。
[0015]作為優(yōu)選方案，步驟B中差分圖像取自兩幅間隔60秒的圖像。
[0016]作為優(yōu)選方案，判斷暈狀日冕物質(zhì)事件是否發(fā)生的具體過程為:確定二值化闕值，對獲取的差分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行二值化分割，并利用形態(tài)學(xué)的膨脹、腐蝕處理二值化的圖像；對處理后的二值化圖像的強(qiáng)度、面積、角度進(jìn)行計算；當(dāng)角度大于120°時，則認(rèn)為有暈狀日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生；反之，則認(rèn)為無暈狀日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生。
[0017]作為優(yōu)選方案，所述二值化闕值的計算方法為:a.計算差分圖像的灰度平均值；b.二值化闕值為灰度平均值X (1+0.7)。
[0018]作為優(yōu)選方案，所述日冕物質(zhì)拋射觀測系統(tǒng)的圖像亮度范圍為800 Cd/m2 ?1440cd/m2。
[0019]作為優(yōu)選方案，所述參數(shù)包括圖像亮度，當(dāng)觀測的圖像亮度超過1440 cd/m2時，自動調(diào)整曝光時間和增益，降低亮度范圍；當(dāng)觀測的圖像亮度低于800 cd/m2時，則不保存。[0020]作為優(yōu)選方案，步驟C中所述調(diào)整觀測模式的過程為:當(dāng)判斷有日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生時，則啟動快速觀測模式，調(diào)動系統(tǒng)資源以適應(yīng)快速采集和存儲數(shù)據(jù)的工作方式；當(dāng)無日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生的時間間隔超過一定時長時，則恢復(fù)常規(guī)觀測模式。
[0021]本發(fā)明達(dá)到的技術(shù)效果如下:
1、本發(fā)明智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法能夠自動判別日冕物質(zhì)拋射事件和暈狀日冕物質(zhì)拋射事件的發(fā)生，且自動調(diào)節(jié)采集參數(shù)，獲取的數(shù)據(jù)速度快，提高了準(zhǔn)確率。
[0022]2、本發(fā)明智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法可以通過啟動快速觀測模式對haloCME事件發(fā)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，能夠?qū)崿F(xiàn)無人看守的自動觀測。
[0023]3、本發(fā)明智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法預(yù)設(shè)灰度范圍，省去了圖像預(yù)處理中需要做的平場、暗場、圖像數(shù)據(jù)歸一化等復(fù)雜的操作，大大減少了計算量。
[0024]4、本發(fā)明智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法提供雙報警功能，可以更準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)空間天氣的實(shí)時監(jiān)測和預(yù)警，減小CME事件或halo CME事件對空間災(zāi)變環(huán)境的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖1為本發(fā)明智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法流程圖，如圖1所示，該方法包括如下步驟:
步驟110:開啟日冕物質(zhì)拋射觀測系統(tǒng)，根據(jù)觀測系統(tǒng)的參數(shù)實(shí)施采集圖像數(shù)據(jù)，如CCD數(shù)據(jù)，并存于內(nèi)存中。
[0027]這里的參數(shù)能夠預(yù)設(shè)或根據(jù)CME事件是否發(fā)生的結(jié)果進(jìn)行更改，可以調(diào)整采集速度、CCD曝光時間、圖像亮度等，實(shí)時獲取來自日冕物質(zhì)拋射觀測系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)。例如可預(yù)設(shè)圖像采集的速度為2?3秒/幀，直接來自日冕物質(zhì)拋射觀測系統(tǒng)，保證數(shù)據(jù)源的實(shí)時性。
[0028]步驟120:獲取差分圖像，并判斷是否有CME事件發(fā)生，若有CME事件發(fā)生，則執(zhí)行步驟130 ;若無CME事件發(fā)生，則執(zhí)行步驟150。
[0029]經(jīng)過大量數(shù)據(jù)分析的結(jié)果顯示，時間間隔為60秒的兩幅圖像之差最能夠表征日冕物質(zhì)拋射事件的發(fā)生，故，在本實(shí)施例中，差分圖像取自兩幅間隔60秒的圖像。
[0030]在步驟120之前，該方法還應(yīng)包括預(yù)設(shè)灰度范圍。將圖像歸一化，省去了圖像處理中預(yù)處理需要做的平場、暗場、數(shù)據(jù)歸一化等復(fù)雜的操作，大大減少了計算量，為實(shí)現(xiàn)CME事件實(shí)時判別奠定了基礎(chǔ)。
[0031]所述判斷CME事件是否發(fā)生的具體過程為:當(dāng)獲取的差分圖像的差分?jǐn)?shù)據(jù)的灰度大于預(yù)設(shè)的灰度且超過預(yù)設(shè)的像素時，則認(rèn)為有CME事件發(fā)生；反之，則認(rèn)為無CME事件發(fā)生。
[0032]在本實(shí)施例中，預(yù)設(shè)的灰度Gt為2100，預(yù)設(shè)的像素At為225。當(dāng)獲取的差分觀測數(shù)據(jù)內(nèi)灰度值大于Gt的像素數(shù)據(jù)超過At時，則判定此刻有CME事件發(fā)生，該日冕物質(zhì)拋射觀測系統(tǒng)發(fā)出第一次報警，該第一次報警為提示性報警。
[0033]步驟130:報警并調(diào)整圖像的觀測模式。
[0034]這里，所述調(diào)整觀測模式的過程為:當(dāng)判斷有CME事件發(fā)生時，則啟動快速觀測模式，調(diào)動系統(tǒng)資源以適應(yīng)快速采集和存儲數(shù)據(jù)的工作方式；當(dāng)無CME事件發(fā)生的時間間隔超過一定時長時，則恢復(fù)常規(guī)觀測模式。
[0035]此外當(dāng)判斷有CME事件發(fā)生時，該日冕物質(zhì)拋射觀測系統(tǒng)也會自動調(diào)整觀測的參數(shù)，如CCD曝光時間等。
[0036]步驟140:判斷是否有halo CME事件發(fā)生，若有halo CME事件發(fā)生，則再次報警，并執(zhí)行步驟150。
[0037]步驟150:采集圖像數(shù)據(jù)并存于硬盤中。
[0038]其中，判斷halo CME事件是否發(fā)生的具體過程為:確定二值化闕值，對獲取的差分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行二值化分割，并利用形態(tài)學(xué)的膨脹、腐蝕處理二值化的圖像；對處理后的二值化圖像的強(qiáng)度、面積、角度等特征進(jìn)行計算；以展開角度為主要基準(zhǔn)，當(dāng)角度大于角度預(yù)設(shè)的闕值時，則認(rèn)為有halo CME事件發(fā)生；反之，則認(rèn)為無halo CME事件發(fā)生。在本實(shí)施例中，預(yù)設(shè)的角度闕值為120°。
[0039]其中，確定二值化闕值的計算方案為:a.計算差分圖像的灰度平均值Gm ;b.二值化闕值為GmX (1+0.7)。
[0040]當(dāng)有halo CME事件發(fā)生時，則可能對地球空間環(huán)境產(chǎn)生較大的影響，因此，系統(tǒng)會發(fā)出風(fēng)險性報警。
[0041]本發(fā)明對實(shí)時圖像實(shí)時、自動化的進(jìn)行CME事件的識別和分類，采用了完全不同與圖像處理的方法，并加入了圖像范圍的限定。在本實(shí)施例中，該日冕物質(zhì)拋射觀測系統(tǒng)的圖像亮度范圍為800 Cd/nTl440Cd/m2，這樣省去了圖像預(yù)處理的復(fù)雜計算，大大節(jié)約了數(shù)據(jù)處理的時間，實(shí)現(xiàn)了事件的實(shí)時觀測。在觀測過程中，如果觀測的圖像亮度超過1440 Cd/m2時，自動調(diào)整曝光時間和增益，降低亮度范圍；當(dāng)觀測的圖像亮度低于800 cd/m2時，則不保存。可能有云層飄過，低于該范圍之后的數(shù)據(jù)質(zhì)量太差不具有科學(xué)價值。
[0042]以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法，其特征在于，該觀測方法包括: A、開啟日冕物質(zhì)拋射觀測系統(tǒng)，根據(jù)觀測系統(tǒng)的參數(shù)實(shí)時采集獲取圖像數(shù)據(jù)，并存于內(nèi)存中； B、獲取差分圖像，并判斷是否有日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生，若有日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生則執(zhí)行步驟C ;若無日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生，則執(zhí)行步驟E ； C、報警并調(diào)整圖像的觀測模式； D、判斷是否有暈狀日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生，若有暈狀日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生則再次報警；并執(zhí)行步驟E ; E、采集圖像數(shù)據(jù)并存入硬盤中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法，其特征在于，步驟A中的參數(shù)能夠預(yù)設(shè)或根據(jù)日冕物質(zhì)拋射事件是否發(fā)生的結(jié)果進(jìn)行更改。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法，其特征在于，步驟B之前，還包括BO預(yù)設(shè)灰度范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法，其特征在于，所述判斷日冕物質(zhì)拋射事件是否發(fā)生的具體過程為:當(dāng)獲取的差分圖像的差分?jǐn)?shù)據(jù)的灰度大于預(yù)設(shè)的灰度且超過預(yù)設(shè)的像素時，則認(rèn)為有日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生；反之，則認(rèn)為無日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法，其特征在于，步驟B中差分圖像取自兩幅間隔60秒的圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法，其特征在于，判斷暈狀日冕物質(zhì)事件是否發(fā)生的具體過程為:確定二值化闕值，對獲取的差分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行二值化分害I]，并利用形態(tài)學(xué)的膨脹、腐蝕處理二值化的圖像；對處理后的二值化圖像的強(qiáng)度、面積、角度進(jìn)行計算；當(dāng)角度大于120°時，則認(rèn)為有暈狀日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生；反之，則認(rèn)為無暈狀日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法，其特征在于，所述二值化闕值的計算方法為:a.計算差分圖像的灰度平均值；b.二值化闕值為灰度平均值X(1+0.7)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法，其特征在于，所述日冕物質(zhì)拋射觀測系統(tǒng)的圖像亮度范圍為800 Cd/nTl440Cd/m2。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法，其特征在于，所述參數(shù)包括圖像亮度，當(dāng)觀測的圖像亮度超過1440 cd/m2時，自動調(diào)整曝光時間和增益，降低亮度范圍；當(dāng)觀測的圖像亮度低于800 cd/m2時，則不保存。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能化日冕物質(zhì)拋射事件觀測方法，其特征在于，步驟C中所述調(diào)整觀測模式的過程為:當(dāng)判斷有日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生時，則啟動快速觀測模式，調(diào)動系統(tǒng)資源以適應(yīng)快速采集和存儲數(shù)據(jù)的工作方式；當(dāng)無日冕物質(zhì)拋射事件發(fā)生的時間間隔超過一定時長時，則恢復(fù)常規(guī)觀測模式。
【文檔編號】G01W1/00GK103487844SQ201310391553
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】林佳本, 郭娟, 鄧元勇, 朱曉明, 曾真 申請人:中國科學(xué)院國家天文臺