Titelaufnahme

Titel
Analysis and segmentation of the solar convection
Verfasser/ VerfasserinLemmerer, Birgit
Begutachter / BegutachterinHanslmeier Arnold
Erschienen2010
HochschulschriftGraz, Univ., Masterarb., 2010
DokumenttypMasterarbeit
Schlagwörter (GND)Sonnenbeobachtung / Sonnengranulation / Sonnenbeobachtung / Sonnengranulation / Online-Publikation
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-20165 Persistent Identifier (URN)
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Analysis and segmentation of the solar convection [19.36 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Die Beobachtung der Sonne und ihrer Oberflächenphänomene erfolgt rund um die Uhr von Teleskopen. Um die großen Datenmengen verarbeiten zu können, ist der Einsatz von automatischen Bildverarbeitungsprogrammen unumgänglich. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Implementierung eines Bildsegmentierungsprogrammes zur Analyse der Sonnengranulation. Als Granulation bezeichnet man die durch Konvektion entstehenden zellförmigen Strukturen der PhotosphäreDer MLT Algorithmus beschäftigt sich mit dem Problem der Segmentierung der Granulation mit Hilfe der Berechnung verschiedener Intensitätslevels. In jedem Level werden Pixel hinzugefügt und nicht zusammengehörende Strukturen voneinander getrennt. Das Ergebnis der Segmentierung hängt stark von der Qualität der Bilder ab. In dieser Arbeit werden hochauflösende Bilder vom japanischen Weltraumteleskop ?Hinode? verwendet.Um die Implementierung des MLT Algorithmus hinsichtlich seiner Laufzeiteffizienz zu verbessern, wurde er in der Programmiersprache C++ implementiert. Die Segmentierungsresultate wurden mit den IDL Ergebnissen verglichen. Beide Implementierungen produzieren übereinstimmende Ergebnisse, verifiziert durch eine zwei dimensionaler Kreuz-Korrelationen mit dem Ergebnis von ?=0.96. Die Laufzeit des Algorithmus konnte mittels C++ bei der Berechnung eines 512 x 512 Pixel Bildes um den Faktor 20 gesteigert werdenZusätzlich zur Auswertung von Beobachtungsdaten, existieren numerische Modelle zur Analyse thermodynamischer Größen. Das ANTARES Model ist ein 3D Code zur Beschreibung des hydrodynamischen Strahlungstransports, um die Konvektion im Bereich der Sonnenoberfläche zu modellieren. Zur genauen Bestimmung der Struktur der Photosphäre werden Korrelationen der thermodynamischen Größen berechnet und mit Berechnungen am selben Modeldatensatz geringerer räumlicher Auflösung verglichen. Diese Korrelationen zeigen keine signifikanten Abweichungen von jenen basierend auf Datensätzen höherer Auflösung.

Zusammenfassung (Englisch)

In solar astrophysics data in form of images enable the observation of surface phenomena in order to investigate underlying processes. Telescopes produce huge amounts of data, which can only be appropriately analyzed via the application of automated image processing. This thesis deals with the implementation of an image segmentation algorithm for the analysis of the solar granulation. The granulation is a distinct feature of the solar photosphere generated by convection. The examined multiple level tracking (MLT) algorithm successfully deals with the problem of solar granulation segmentation by the application of multiple threshold levels. At each level existing structures are extended whereas those adjacent to each other are separated and the results are labeled for further calculations.The segmentation results strongly depend on the quality of the images. The high resolution images of the photosphere, this research work is based on, are provided by the Japanese Hinode Solar Optical Telescope (SOT). In order to improve the implementation of the MLT algorithm, concerning runtime performance, an existing IDL version was re-implemented in C++. A comparison showed that the implementations produce very similar results with an average two dimensional cross correlation of ? = 0.96. The major improvement lies in the enhanced runtime performance. Applied to a Hinode 512 x 512 pixel input image, using three threshold levels, an average speedup by a factor of around 20 could be achieved.In addition to the analysis of observational data the numeric ANTARES model, a 3D radiation hydrodynamics code modeling solar surface convection, was examined in order to determine the structure of the photosphere. Results have been obtained by calculating and comparing correlation height-functions using a model data set. As a verification, results were compared to calculations from former research. These correlations showed no significant deviation and support observational results.