[发明专利]基于流体力学的极光运动方向确定方法

摘要

本发明公开了一种基于流体力学的极光运动方向确定方法，创新性的在极光动态过程的研究中引入了流体力学的理论，主要解决现有极光运动方向自动确定方法效率低的问题。其实现步骤为：1.输入待分析的极光序列；2.对序列中的每帧全天空极光图像进行预处理；3.应用流体力学中的离散格子玻尔兹曼方法计算整个极光动态过程中沿各方向移动的粒子数目；4.根据沿各方向移动的粒子数目，确定极光运动方向。本发明通过结合流体粒子运动，对极光运动方向进行确定。克服了极光作为非刚体的这一特性，具有计算简单、运算量小、处理速度快的优点，提高了确定极光运动方向的效率，可用于极光动态过程分析。

主权项

基于流体力学的极光运动方向确定方法，包括：(1)输入待分析的极光序列；(2)对极光序列中的每帧全天空极光图像进行预处理：(2a)采用半径为220个像素的圆形掩膜去掉全天空极光图像圆周上的边缘噪声；(2b)使用模糊C‑均值聚类方法，对掩膜处理后的图像进行粗分割，得到全天空极光图像的弧状区域；(2c)在极光弧区域内，计算所有像素的平均值，并将极光弧区域内所有像素的灰度值设为该平均值，得到预处理后的全天空极光图像；(3)采用流体力学理论中的离散格子玻尔兹曼方法进行极光运动方向分析：(3a)按照离散格子玻尔兹曼方法中的二维九方向正方形网格元胞结构，把经过预处理的全天空极光图像上的每一个像素点映射为流体粒子，并以相邻全天空极光图像间对应位置上像素点的灰度值差作为外力项，每个粒子在外力的影响下向其周围八个方向的元胞移动或者静止不动，并与移动方向上的元胞发生碰撞；(3b)根据有外力项的离散格子玻尔兹曼方程，逐帧计算沿各个方向移动的粒子数目；(3c)判断外力项是否接近于0，即相邻的两帧全天空极光图像是否接近一致，如果外力项接近0，则极光动态过程结束，否则返回(3b)；(4)计算整个极光过程中沿各个方向移动的粒子数目之和，以粒子移动方向标号为横坐标，沿该方向移动的粒子数目之和为纵坐标，绘制这些移动粒子数目在各方向上的分布直方图，该直方图峰值所处的方向即为极光运动方向。