基于同態(tài)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(tài)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(jié)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(tài)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(tài)濾波去云效果最佳。

關(guān)鍵詞：同態(tài)濾波 ?維納濾波 ?去云處理 ?三維圖像處理

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

太陽耀斑是一種發(fā)生于太陽大氣周圍局部的一種最劇烈的太陽的爆發(fā)活動現(xiàn)象。其在短時間內(nèi)釋放出大量能量并引起局部區(qū)域瞬時急劇加熱，并向外發(fā)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(jīng)過一定的處理才能對其進(jìn)行研究。因此，建立合理的模型對太陽耀斑圖片進(jìn)行處理，在當(dāng)下具有一定的現(xiàn)實(shí)意義和參考價值。

同態(tài)濾波一種廣泛用于圖像處理的技術(shù)，其實(shí)質(zhì)上是高通濾波和圖片亮度的非線性變換的結(jié)合，由于云霧處于低頻，而運(yùn)用同態(tài)濾波可減少低頻增加高頻，從而實(shí)現(xiàn)減少光照變化并銳化細(xì)節(jié)，可獲得清晰的太陽耀斑無云圖。但由于同態(tài)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(tài)濾波分析法的基礎(chǔ)上，選用維納濾波法對圖像再次進(jìn)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(jìn)行去云處理，對結(jié)果進(jìn)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(tài)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(jù)不同的頻帶，通過傅里葉變換可將圖像變換到頻率域，設(shè)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(yīng)以物體原色光補(bǔ)充，采用同態(tài)濾波法，即把頻率過濾和灰度變換結(jié)合起來的一種處理方法。根據(jù)云覆蓋信息在頻率域上通常占據(jù)低頻信息這一特點(diǎn)，將云層除去，同時增強(qiáng)云覆蓋下的背景信息。

2.5 讀取數(shù)據(jù)得到去云圖片

根據(jù)傅立葉反變換得到的灰度系數(shù)矩陣重新構(gòu)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(tài)濾波與維納濾波的太陽耀斑去云處理結(jié)果分析

對上述兩種模型運(yùn)用MATLAB進(jìn)行求解所得到的去云圖像與原圖對比如圖1所示。

根據(jù)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(diǎn)部分即為太陽耀斑部分，被云遮擋的耀斑也顯現(xiàn)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(dǎo)致的圖形內(nèi)對比也更加明顯。由此可見，運(yùn)用同態(tài)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(dá)到了理想觀測太陽耀斑的效果。

4 ?最優(yōu)結(jié)果分析

為得到最優(yōu)的去云處理圖像，特對兩種模型進(jìn)行對比分析，以得到最優(yōu)結(jié)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(zhuǎn)換為三維圖形，如圖2所示。

根據(jù)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(xiàn)出高低狀態(tài)平穩(wěn)，顏色融合較深的狀態(tài)，但經(jīng)過去云處理后的右圖太陽耀斑與太陽整體的區(qū)分顯得十分明顯。不難看出，太陽耀斑的灰度遠(yuǎn)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(zhǔn)確，更偏向于全局處理，效果不及同態(tài)濾波模型。同態(tài)濾波模型經(jīng)過同態(tài)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(tài)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(jīng)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(shí)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(shí)際參考及推廣意義。

5 ?結(jié)語

通過上述兩種算法的結(jié)果分析對比以及最優(yōu)結(jié)果分析可知：（1）基于同態(tài)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(zhǔn)確展示有一定的作用;（2）同態(tài)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(tài)濾波的模型。

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