[发明专利]一种用于检测和跟踪全日面图像中太阳活动区的方法

权利要求书

1.一种用于检测和跟踪全日面图像中太阳活动区的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

步骤1：数据预处理：接收一组太阳活动区全日面纵向磁图数据，将序列数据转换成JPG格式，得到一组太阳活动区全日面序列图像F₁,F₂,...F_i；其中，i表示一组太阳活动区全日面序列图像为i帧；

步骤2：采用Darknet-53提取特征：将太阳活动区全日面图像F₁,F₂,...F_i分别经过Darknet-53网络，提取特征图；

步骤3：采用多尺度预测得到检测结果：将特征图经过多尺度预测得到检测阶段的预测结果；接着，采用非极大值抑制方法去除多余的检测阶段的预测结果，剩下的检测阶段的预测结果作为检测结果；其中，多尺度预测为YOLOv3-spp网络的yolo层；检测阶段的预测结果包含位置和尺寸；

步骤4：采用太阳活动区重识别网络提取检测结果的特征向量：采用太阳活动区重识别网络提取检测结果的特征向量，根据检测结果的特征向量与步骤3中检测结果的位置、尺寸生成太阳活动区检测集合D＝{d₁,d₂,...d_i}；其中，太阳活动区检测集合的子集d_j保存了第j帧检测结果的位置、尺寸和特征向量；

步骤5：初始化轨迹：首先处理第一帧图像F₁，将F₁帧对应的d₁中保存的每个检测结果均分配一个轨迹，每个轨迹对应一个ID，然后根据F₁帧对应的d₁中保存的检测结果的特征向量、位置和尺寸以及每个轨迹的ID得到F₁帧的跟踪结果t1；最后生成太阳活动区跟踪集合T＝{t₁}；

步骤6：对太阳活动区全日面序列图像中除F₁之外的F₂,F₃,...F_i进行跟踪，具体步骤如下：

步骤6.1：根据提取到的特征向量计算余弦距离，得到关联矩阵：选取相邻两帧图像F_j-1、F_j；对F_j-1帧对应的t_j-1保存的第n个轨迹的特征向量与F_j帧对应的d_j保存的第m个检测结果的特征向量之间计算得到余弦距离Y_n,m，得到关联矩阵C_L×J；其中，定义F_j-1帧存在L个轨迹，F_j帧存在J个检测结果；j∈{2,3,...,i}；n∈{1,2,...,L},m∈{1,2,...,J}，Y_n,m表示第n个轨迹与第m个检测结果的余弦距离，Y_n,m在C_L×J的第n行第m列；

步骤6.2：采用纬向较差自转定律进行预测：采用纬向较差自转定律根据F_j-1帧对应的t_j-1中保存的L个轨迹的位置预测L个轨迹在F_j帧的预测位置；那么L个轨迹在F_j帧的预测位置与t_j-1中L个轨迹的尺寸组成了L个轨迹在F_j帧的跟踪阶段的预测结果；

步骤6.3：计算欧式距离，更新关联矩阵：计算L个轨迹在F_j帧的预测位置和F_j帧对应的d_j中J个检测结果的位置之间的欧氏距离；若大于阈值，则将关联矩阵中对应的值设置为无穷大，否则，关联矩阵中对应的值不变；得到更新后的关联矩阵C_L×J；

步骤6.4：采用匈牙利算法进行匹配：对更新后的关联矩阵C_L×J采用匈牙利匹配算法得到匹配结果，匹配结果包括匹配到检测结果的轨迹、未匹配到检测结果的轨迹以及未匹配到轨迹的检测结果；匹配到检测结果的轨迹表示匹配到F_j的检测结果的F_j-1的轨迹，未匹配到检测结果的轨迹表示未匹配到F_j的检测结果的F_j-1的轨迹，未匹配到轨迹的检测结果表示未匹配到F_j-1的轨迹的F_j的检测结果；

步骤6.5：根据步骤6.4的匹配结果，确认太阳活动区的产生、继续跟踪和终止：匹配到检测结果的轨迹则作为跟踪结果R1；其中跟踪结果R1包括检测结果的特征向量、位置和尺寸以及该检测结果匹配上的轨迹的ID；

未匹配到轨迹的检测结果则分配一个新的轨迹ID，当新轨迹连续3帧匹配到检测结果时，则认为新轨迹中的太阳活动区产生，得到跟踪结果R2，否则，删除该轨迹；其中，跟踪结果R2包括检测结果的特征向量、位置和尺寸以及新轨迹的ID；

未匹配到检测结果的轨迹，如果该轨迹连续3帧未匹配到检测结果，则结束该轨迹；否则，提取该轨迹在F_j帧的跟踪阶段的预测结果的特征向量，与该轨迹在t_j-1中保存的特征向量之间计算余弦距离：若余弦距离小于设定值，则采纳该跟踪阶段的预测结果作为跟踪结果R3，否则该轨迹结束；

其中，跟踪结果R3包括跟踪阶段的预测结果的特征向量、位置和尺寸以及对应轨迹的ID；跟踪结果R1、R2、R3即为第F_j帧的跟踪结果t_j；

步骤6.6：将上一步的跟踪结果t_j添加到太阳活动区跟踪集合T＝{t₁,...,t_j}中；

步骤6.7：接着选取相邻两帧图像F_j,F_j+1按照步骤6.1-6.6进行跟踪，直到跟踪到第i帧则跟踪结束；

步骤7：根据太阳活动区跟踪集合T中i帧的跟踪结果标注和截取太阳活动区。