磁图超分辨数据库

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磁图超分辨数据库时间: 2022-06-17 点击: 414 次

磁图超分辨数据库

张鑫泽窦凤平徐龙

中国科学院国家天文台

背景知识：

国际上最主要的两个卫星SOHO和SDO搭载了磁像仪，即MDI和HMI，可以获得太阳光球的矢量磁场。其中SOHO卫星工作到2010年，此后由SDO代替，但是二者的分辨率不同，从而在耀斑预报中，不能同时使用，限制了耀斑数据库的规模。通过超分辨算法，把低分辨率的MDI超分到HMI的分辨率，我们可以获得一个横跨2个设备、时间超过27年（1995~2022）的超大耀斑预报数据库，特别适用于人工智能（特别是深度学习）技术的、数据驱动的太阳活动预报建模研究。

SOHO：

“太阳和日光层观测卫星（SOHO）于1995年12月2日发射。作为欧洲航天局（ESA）和美国国家航空航天局（NASA）的一项联合任务，太阳和日光层观测卫星最初的运行阶段计划为两年，而现在，通过反复延长，它已经在轨工作了25年。

SDO：

“太阳动力学天文台”，2010年2月11日发射。SDO是美国国家航空航天局观测日地关系的“与恒星共存”（Living With a Star，LWS）计划的一部分。LWS计划的目的是要更加了解太阳和地球的关系。SDO的科学目标是以小尺度的时间和空间下以多波段研究太阳大气层，以了解太阳对地球和近地球太空区域的影响。预期SDO将能研究太阳的磁场如何产生以及磁场结构、如何储存电磁能量与能量如何以太阳风、高能粒子和多种波长的辐射等形式释放进太阳圈和外太空。”

数据库简介：

数据库构建：

1）下载2010-2017年的HMI的活动区磁图，其中HMI磁图的分辨率为0.5角秒, 时间分辨率为12min；

2）下载1996-2007年的MDI的磁图，MDI磁图的分辨为2角秒，时间分辨率为96min，并对MDI的数据进行活动区提取；

3）筛选出500张2010-2014年活动区比较剧烈的一些局部磁图当做训练集；

4）每个局部磁图的大小不一致，为了保证图像数据大小的一致性，我们采用裁剪的方法，将每张HMI的图像裁剪成256×256的HR图像patch 并作为网络的标签数据，得到大约5万多张图像块；

5）然后，将每个patch双三次下采样，得到网络的输入数据，即32×32 LR图像patch；

6）使用2014-2017年的HMI图像和1996-2007年的MDI的图像构成测试集。

数据集包含的图像如图1所示，其中图中的(a)为HMI的活动区磁图，(c)为MDI的活动区的局部磁图，(b)为HMI经过裁剪得到的对应的输入patch,大小为256×256，(d)为(b)经过双三次下采样得到的LR patch，大小为32×32。

数据进一步升级：

MDI和HMI的观测数据在2010-2011年的是重叠的，利用2010-2011年的重叠数据作为训练数据，提升模型在真实场景下的性能。由于仪器的拍摄的角度不同，导致MDI和HMI的数据存在微小的位置偏移，我们采用shift方法将数据对齐。