紫外极光图像极光卵边界定位与建模

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1、紫外极光图像极光卵边界定位与建模作者姓名刘慧导师姓名、职称高新波教授一级学科控制科学与工程二级学科模式识别与智能系统申请学位类别工学硕士提交学位论文日期2014年11月学校代码10710701学号1202121202分类TN82号TP75密级公开西安电子科技大学硕士学位论文紫外极光图像极光卵边界定位与建模作者姓名：刘慧一级学科：控制科学与工程二级学科：模式识别与智能系统学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：高新波教授提交日期：2014年11月AuroralOvalBoundaryLocalizationandModelinginUVIImagesAthesissu

2、bmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinControlScienceandEngineeringByLiuHuiSupervisor:Prof.GaoXinboNovember2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也

3、不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西

4、安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要极光是高纬地区上空的一种自然发光现象，是由太阳风与磁层带电粒子碰撞所产生的。极光主要出现在以地磁极为中心的环带状区域内，该区域又称为极光卵。在紫外图像中能明显地观察到极光卵，极光卵边界位置与太阳风-磁层能量耦合过程有着密切的联系，对极光卵边界进行分割和建模有助于我们理解行星际磁场与地磁场的活动规律，为空间天气预报提供依据。本文分别对紫外极光图像中极光卵边界的定位与建模以及极光图像检索进行了系统的研究。1.在极光卵边界定位方面，本文提出了基于形状信息反馈和最大相似性区域合并

5、准则的极光卵分割算法。首先用K均值聚类的方法得到初始目标标记与背景标记，使用最大相似性区域合并算法得到初始分割区域。然后用直接最小二乘椭圆拟合的方法将初始分割区域拟合为一个椭圆作为新的目标标记，再次使用最大相似性区域合并准则得到最终的分割结果。实验结果表明，本文所提方法具有较低的虚警率和较小的极向边界均方根误差。2.在极光卵边界建模方面，本文提出了基于深度学习的极光卵边界建模方法。本文以NASA网站上的OMNI数据库中的地磁物理参量作为模型输入，以极光卵极向边界与赤道向边界在24个磁地方时处的地磁纬度作为模型输出。通过两层RBM网络学习物理参量的特征，然后用RBF

6、网络来模拟得到的特征对极光卵位置的响应函数。实验结果表明，本文所提方法可以有效进行极光卵边界位置的建模与预测。另外，本文通过实验给出了一些物理参数对极光卵边界位置影响机制方面的规律。3.在极光图像检索方面，本文提出了基于环形分区的感知哈希极光图像检索算法并实现了极光图像检索系统。本文根据MLT-MLAT坐标系下紫外极光图像中的极光卵分布特点，将图像进行环形分区，根据各个区域的像素灰度均值进行哈希编码，编码信息更能反映极光图像的特点，实验结果表明本文方法能有效找到与待检索图像相关的图像。在此基础上开发的极光图像检索系统不仅能提供与查询图像相关的图像信息，还能给出与检

7、出图像对应的物理参数的信息。我们利用该系统进行典型事例分析，有效验证了极光卵边界建模实验得到的物理参数对极光卵边界位置影响方式方面的结论。关键词：极光卵分割，极光卵边界建模，深度学习，感知哈希论文类型：应用基础研究类I西安电子科技大学硕士学位论文IIABSTRACTABSTRACTAuroraisanaturallightphenomenonthatusuallyappearsintheskyofthehighlatituderegions,whichiscausedbythecollisionofsolarwindandmagnetosphericparticl

8、es.Th