Труды КНЦ вып.9 (ГЕЛИОГЕОФИЗИКА вып. 5/2018(9))

структуры полярных сияний весьма субъективна. Общепринятой формой представления является построение кеограмм, когда из каждого кадра используется только разрез вдоль направления север-юг или запад-восток, или построение временного ряда, представляющего интегральную динамику интенсивности свечения в какой-либо области поля зрения. С внедрением цифрового анализа изображений, для его широкого использования еще более актуальной стала необходимость выработки численных характеристик и методик, позволяющих охарактеризовать как наблюдаемые авроральные формы на отдельных изображениях, так и пространственно­ временную динамику аврорального свечения в целом. Фрактальная геометрия дает подходы к решению этой задачи. Имеется в виду свойство самоподобия (скейлинга), масштабной инвариантности, широко представленное в природе, и характерное во многих случаях для структур аврорального свечения. Обычно это свойство проявляется в виде степенных спектров флуктуаций, построенных тем или иным методом. Типичным является конечный участок такого спектра, ограниченный либо возможностями регистрации, либо характерными масштабами лежащих в основе физических процессов. В работе дается обзор работ, использующих для описания структуры оптического свечения в авроральной зоне подходы, основанные на представлениях геометрии фракталов. В первую очередь внимание уделяется методической стороне работ, использующих оптические данные наблюдений полярных сияний. Метод анализа размерности изолиний В работах [1-4] в качестве характеристики пространственного распределения аврорального свечения использовался, спектр размерности изолиний. Для его получения оцифрованный телевизионный кадр, представляющий собой двумерный массив (n*m) неотрицательных значений интенсивности свечения I, подвергался обработке, состоящей из последовательности этапов: 1) Выделялась прямоугольная область, содержащая исследуемую форму. 2) Для каждого уровня интенсивности свечения I в выделенной области строились линии равного уровня L(I). 3) Для всех 5, 5= 1, 2, 4, ., min(n,m), подсчитывалось число квадратов N(5,I) с ребром размера5, занятых изолинией L(I). 4) Фрактальная (сеточная) размерность D(I) изолинии L(I) определялась как угловой коэффициент зависимости lnN(5,I) от ln 5. Таким образом, после обработки для каждого кадра были получены зависимости размерности D от уровня I. Алгоритм был протестирован на модельных изображениях префракталов, в том числе синтезированных с учетом проекционных искажений оптической системы и шума. На примерах применения к данным телевизионных камер всего неба и камен с малым полем зрения было показано, что описание изображения полярного сияния с помощью спектра размерности изолиний позволяет: 1) локализовать авроральную форму из фонового свечения; 2) численно охарактеризовать пространственную структуру полярных сияний; 3) выделить диапазон интенсивностей свечения, связанных с наиболее развитыми структурами в авроральной форме; 4) по изменению спектра размерности изолиний проследить пространственно­ 128

RkJQdWJsaXNoZXIy MTUzNzYz