Astrofizik ve teknolojik fotometrik görüntü işleme sistemi
Astrophysic and technological photometric image processing system
Yazar: NURETTİN ŞENYER
Danışman: PROF. ÇİNGİZ EFENDİYEV
Ondokuz Mayıs Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Dünya uzerindeki iklimin ve magnetosferinin yapısını şekillendiren güneşten kay-u s usünaklı manyetik etkinlikler, en kütü durumda insan sağlığına ve yaşamına zarar ve-ou gg srebilmekte, hem yer hem de uzay cağdaş iletişim dizgeleri işin de ünemli bir bozucuşg s s c oetken olabilmektedir. Bu yüzden güneş uzerindeki manyetik etkinliğe neden olan olu-u u sü gşumların sürekli olarak izlenmesi, incelenmesi ve karakterize edilmesi, dizge tasarımıs uya da etkili uyarı ve üngürü dizgelerinin geliştirilmesi işin yaşamsal ünemi vardır.o ou s c s oGüzlemler uydular, yerüstü teleskopları ya da atmosferin ust katmanlarına salınano uu übalonlar yardımıyla yapılabilmektedir. Tasarım, yapım, bakım-işletme giderlerininscok yüksek oluşu ve diğer teknik olanaksızlıklar, uydu ve balonlu güzlemlerin sınırlış u s g ozaman aralığında, cüzünürlükte ve sayıda yapılmasına neden olur. Bu sıkıntıların eng şo u u uaz durumda olduğu yerüstü güzlemleri ise cekimler sırasında araya giren atmosferdeg uuo şmeydana gelen devingenliğin etkisi altındadır.gBu calışmada senenin büyük bir bülümünde atmosferik etkinin cok düşuk dü-şs uu ou u ş usü uzeyde olduğu ShAO güzlemevinde, AtSU-5 yatay güneş teleskobuyla alınmış uc se-g o us s üşrilik güneş fotosfer tabakası granülasyon ve leke oluşum gürüntüleri uzerinde calı-us u s ou u şüşılmıştır. Burada iki ayrı calışmanın yürütülmesi gerekmiştir. Bunlar oluşumlarıns s şs uuu s scozümlenmesi ve yalnızca eldeki gürüntü serilerinden atmosferik etkinin modellen-şü u ou umesidir. Yoğun atmosferik etkiye karşın, oluşumların cozümlenmesini sağlamak işing s s şü u g cü şüs ü şş ü sOGYC (Ozişler Granül Yolcuk Cıkarımcı) ve OLCC (Ozişler Leke Cevrit Cıkarımcı)u ş ş şalgoritmaları geliştirilmiştir.s sKücuk mercekler ağıyla oluşturulan atmosfer, iki etkinin birleşimi bişiminde mo-uşü g s s cdellenmiştir. Bunlar gürüntüde konumsal ve ülşeksel bozukluklara neden olan optiks ou u ocbozulma davranışı (AOBD) ve gürüntünün yapısından daha cok parlaklığında bo-s ou u u ş gËzukluklara neden olan saydamlık dağılım (ASD) etkisidir. Ilki ışının yolu boyuncag ssıcaklık farklılığından dolayı kırılma indisinin değişmesi kaynaklıdır, diğeri ise so-g gs gğurma, yayma, saşılma, kırınım ve ayrılma üzelliklerince bişimlendirilir.g c o ciiGüneş yüzeyine ilişkin oluşumlar fotograï¬k ya da sinematik kameralar yardı-usu s smıyla, televizyon kameralarıyla elde edilebilenden cok daha yüksek hızda ve cozü-ş u şü unürlükte güzlemlenebilmektedir. Ardışık gelen 2 â 3 karelik cekimdeki oluşumlarınuu o s ş südeğişmediği ünbilgisinden ve OGYC cıktılarından yararlanarak, türbülans kaynaklıgs go şş uuolarak ortaya cıkan granül yolcuk dağılımı homojenliğinin bozulması, sıklık düzlemiş u g g utemelinde geliştirilen AOBPC (Atmosfer Optik Bozulma Parametre Cıkarımcı) algo-s ş şritması yardımıyla sayısal değere dünüştürülebilmiştir. Bu algoritma ışığında, türbü-g o us u u s sg uuülansın etkisine güre gürüntünün niteliğini değerlendiren AOBtGNU (AOB temelindeo ou u u g güGürüntü Nitelik Ureteci) geliştirilmiştir. Uzmanlarca gereksinim duyulan başvuruou u s s sükare seşme sorununu üzişler olarak cüzebilmek işin AOBtGNU temelinde AOBtBKSc os şo c(AOB temelinde Başvuru Kare Seşici) algoritması geliştirilmiştir. AOBPC yardı-s c s s şmıyla optik bozukluklar karakterize edilebilmiş olmasına karşın, AOB'nın nedens solduğu yapısal bozuklukları onarmanın kolay bir sorun olmadığı gürülmüştür. Bug g o u us uyüzden cekimlerin, türbülansın en az etkili olduğu zaman anlarında yapılması kri-u ş uu gtiktir. Bu ise geleneksel olarak istatistikler temelindedir ve sürekli cekim gerektirir.u şAOBPC temelinde düşuk cozünürlükte sürekli olarak atmosferi takip eden ve türbü-ş usü şü u u u u uulans şiddeti uzmanca belirlenen eşik düzeyinin altına indiğinde yüksek cozünürlüktes s u g u şü u u ucekim yapmayı olanaklı kılan AOBtEUCAB (AOB temelinde En Uygun Cekim Anı-ş şnın Belirlenmesi) algoritması geliştirilmiştir.s sAtmosfein saydamlık dağılım etkisini gidermek işin, doğasına uygun olarak doğ-g c g grusal olmayan ve sayıtımsal, boyutu gittikşe artan OF (Ortanca Filtre, Median Fil-cter) uygulayımı temelinde ASD-Giderici algoritması gerşeklenmiştir. Gürültüyü gi-c s uu u uderiyorken kenarlara dokunmayan süzgeş, granül ve granül yolcukları işerisindekiuc u u cparlaklık cevritlerini (contour) belirginleştirmiştir. Atmosfer ve OF'nin matematik-ş s ssel alt yapısının eksikliği ASD-Cıkarımcıyla ilgili daha fazla cabayı gerektirmektedir.g ş şCalışmanın başından itibaren paralel olarak ilerleyen diğer dalda, cember bişimlişs s g ş cüu uoluşumların sayıtımı yapılmıştır. Orüntü tanımanın üznitelik cıkarımı alt bülümündes s o ş ou uyer alan CHT (Circle Hough Transform, Cemberler işin Hough Dünüşumü ya daş c o usü ugradCHT) merkezde yer aldığı, parametrelerin hassas bir şekilde ayarlanıp değiş-g s gsmezlendiği, ünişleme ve sonişlemeyle sarmalanan algoritmalar geliştirilmiştir. Süzgos s s s okonusu oluşumlara, ADT (Antibiyotik Duyarlılık Testi) ve DND (Dondurma NiteliksiiiDeğerlendirici)'yi işine alan cok geniş bir uygulama alanında karşılaşılmaktadır.g c ş s ssAnahtar Kelimeler: Güneş Granülasyon ve Leke Cıkarımı, Atmosfer Optik Bo-us u şüu uzulma ve Saydamlık Dağılımı Cıkarıcı ve Giderici, Orüntü Tanıma, Teknolojik Gra-g şnülasyon, CHT ve gradCHTu

Abstract:
Sun originated magnetic activities have serious eï¬ects on earth and space commu-nication systems, and under some worst conditions, they can even be harmful forhuman life. For this reason, the actual sources on the sun surface behind theseactivities should be continuously monitored and investigated. It?s also crucial tocharacterize these sources to improve the system design or to develop new alert sys-tems. Observations are performed via satellite, earth telescopes or balloons whichare dropped out at the upper layer of atmosphere. Due to the fact that design,construction, maintenance-operating cost can be extremely high, and due to sometechnical incapabilities, observations via satellite and balloon have to be conductedat limited time interval, resolution and numbers. Earth observatories do not suï¬erthese drawbacks, on the other hand, they are suï¬ering from the negative eï¬ects ofdynamic atmospheric conditions.In this work, it was studied on three series of photographs of Solar Photospherelayer?s granulation and sunspot formations. These images, which were taken by usingan AtSU-5 horizontal Sun telescope, were obtained from the ShAO, an observatoryhaving a location which is known to have less atmospheric eï¬ects. Using only theseimages, two distinct study were conducted: the analysis of formations and modellingüthe atmospheric eï¬ects. As the result of thesis, OGYC (Automatic Granule Lakeşü şşExtractor) and OLCC (Automatic Sunspot Contour Extractor) algorithms weredeveloped.The atmosphere, which can be considered of being a network of small lenses,was modeled as the joint eï¬ect of two separate eï¬ects: (a) the behavior of opticaldistortion causing positional and scaling distortions on the image, and (b) the trans-parency distribution eï¬ect which paves the way for brightness distortions. While theformer is originating from the variances in refraction indice, which in turns is thedirect result of temperature diï¬erences the light experiences on its path, the latter isiithe cumulative result of absorption, scattering, refraction and dispersion propertiesof environment.The formations related to the sun surface can be observed by using photograp-hic or cinematic cameras which can provide images in much more higher resolutionsand frame rates than that of the ones obtained with the traditional TV cameras.By exploiting the fact that no signiï¬cant change occurs in sunspot formations be-ütween the sequential 2 â 3 frames, and also by using OGYC outputs, turbulenceşoriginated distortion of uniformity in granulation path distribution has been mana-ged to obtain quantitatively through the AOBPC (Atmospheric Optic AberrationşParameter Extractor) algorithm, a frequency domain method which was developedüin this work. Also, at the light of this algorithm, AOBtGNU (Image Quality Extrac-tor based on Atmospheric Optic Aberration) was developed evaluating the featureof image depending on the turbulence eï¬ect. As a solution to the problem of cho-osing the reference frame automatically, a demand deduced by the experts in thisï¬eld, AOBtBKS (Reference Picture Selector based on Atmospheric Optic Aberra-ütion) algorithm basing on the AOBtGNU was introduced. Despite the availability ofcharacterization of optical distortions with the help of AOBPC, it was experiencedşthat the impairment of AOB originated distortions is actually a non-trivial problem.Due to this inherent diï¬culty, it is critical to taking images when the turbulenceis known to be at minimum, which mandates continuous exposure. As a remedyto the mentioned problem, AOBtEUCAB (Suit Taking Time Decider based on At-mospheric Optic Aberration) algorithm was introduced that constantly monitorsthe atmosphere in lower resolutions and enables the atmospheric images in higherresolutions.To minimize the opaqueness distribution eï¬ect of atmosphere, a non-linear andstatistical ASD-remover (Atmospheric Opaque Distribution-remover) algorithm ba-sing on a median ï¬lter with successively increasing orders on each application wasimplemented. This ï¬lter doesn?t touch the edges while reducing the noise and makesthe granules and the brightness contours inside the granule paths more evident. Thelack of mathematical foundation of atmosphere model and the median ï¬lter calls fora more through investigation of ASD-extractor.iiiIn a parallel investigation conducted along with this study, a statistical analysis ofcircular formations has been performed. Under the topic of?Circle Hough Transform?(which could be found at the ?feature extraction? subsection of ?pattern recognition?)an algorithm, involving the precisely tuning and ï¬xing the parameters with pre-post processing wrappers, was also developed. The mentioned circular formationsare encountered over a fairly wide area including ADT (Antibiotic Sensitivity Test)and DND (Icecream Quality Assessment).Keywords: Granulation and Sunspot Extraction, Atmosphere Optic Aberrationand Opaque Distribution Extraction and Removing, Pattern recognition, Technolo-gical granulation, CHT ve gradCHT