基于冕环识别的日冕仪自动调焦系统研究

The brightness of the sun's corona relative to the sun photosphere intensity is very weak, as the main loops of X ray emission source in the corona, is considered to be a bright ring structure by thermal plasma bound magnetic field. The coronal ring structure well reflects the structure of the coronal magnetic field, and is also an energy channel between the photosphere layer and the corona. During the observation of the ground-based coronagraph, the solar image is completely covered by the shelter.If the solar image behind the mask is used to focus, it is not only complicated, but also the coronal structure and the photosphere image are at different levels.The project is to use image processing technology to identify the corona loop structure,construction of coronal loop focusing window, establish a set of evaluation of coronal loop image focusing based on focusing. It makes the original faint of coronal ring more clearly imaging on CCD, reducing the error of eye focus. At the same time, the autofocus system of the coronagraph is integrated on the RTS2 software platform, which lays the foundation for the future program controlled observation of the coronagraph, and provides technical support for the research and development of the large foundation and space coronagraph in China.

日冕本身的亮度相对于背景的日面光球强度辐射来说极其微弱，冕环作为日冕中主要的X射线发射源，被认为是由磁场束缚的热等离子体形成的亮环结构，冕环结构很好地反映了日冕磁场结构，同时也是光球层和日冕之间的能量通道。在进行地基日冕仪观测时，太阳像完全被掩体遮住，如果利用掩体背后的太阳像进行调焦，不仅操作繁琐，而且日冕结构和日面图像处在不同的层次。该项目对采集到的日冕图像通过日冕图像处理技术识别冕环结构，构建冕环调焦窗口，建立一套基于冕环图像调焦的评价函数，实现日冕仪的掩体和冕环调焦，完成日冕自动调焦系统，使原本微弱的冕环更佳成像在CCD上，减少人眼调焦的误差。同时，将日冕仪的自动调焦系统集成于RTS2软件平台上，为未来日冕仪程控自主观测奠定基础，为我国大型地基日冕仪和空间日冕仪的研制提供技术支持。

磁场是控制太阳活动的重要物理量，太阳大气中的等离子体主要被控制分布于磁结构中，在极紫外(EUV)波段或X射线波段观察到了太阳大气中充满了明亮的环状结构。由于这些环比周围的等离子体要亮得多，这意味着其内部压力和密度的相对增强。日冕中的环状结构也被称为冕环，是一种很好的磁结构反映，广泛分布在太阳宁静区和活动区中，形态上类似磁结构，它也是光球与日冕之间的能量通道。本项目对采集到的日冕图像通过图像噪声抑制、径向强度改正以及图像细节增强等方法，增强原本暗弱的日冕结构，使冕环结构更加清晰。我们开发了一种日冕缘梯度调焦法寻找最优焦距位置。聚焦的图像具有更清晰的边缘和轮廓，边缘像素的灰度变化比较大，相比于模糊图像，具有更大的梯度幅值。因此，可以将图像的梯度幅值作为判断图像清晰度的依据。边缘梯度调焦法可以较高精度的测量局部的焦点焦距数，利用模拟计算，获得由相位一致性识别的冕环结构，构建冕环调焦窗口，建立一套基于冕环图像调焦的评价函数，实现日冕仪的掩体和冕环调焦，完成日冕自动调焦系统，使原本微弱的日冕结构通过自动调焦技术，精确地成像于探测器的焦面上，减少了人眼对日冕仪调焦的误差。在数据应用上，我们依据丽江日冕仪的日冕绿线和太阳动力学天文台数据，第一次发现在冕环顶部日冕绿线与磁场强度较高的相关性，同时发现日冕绿线与空间卫星观测波段的具有很强的相关性。这不仅证实了日冕绿线亮度与磁场强度之间的密切关系，也为进一步深入探讨它们之间的相关性和日冕磁场测量寻找观测证据，而且未来也可以利用不同波段开展对日冕的深入研究。这意味着精确跟踪5303 Å观测到发生在日面边缘的日冕结构，有望对日冕在不同高度上发生的物理过程联合起来分析研究。该项目有利推动了日冕仪关键技术研究，为直接进行日冕磁场探测提供了技术支持。