分割图（Segmentation Map）
本文作者：天疆说
定义
分割图（Segmentation Map）是由源提取软件 SExtractor（Source Extractor）生成的一种二维数组图像。Sun 等人（2026）将其定义为："分割图是一个与原始帧具有相同形状和大小的数组，其中所有属于背景恒星的像素被设为非零值，其余像素为零。"
核心原理
SExtractor 源检测
SExtractor（Bertin & Arnouts, 1996）是天文图像处理领域广泛使用的自动源检测与测光软件。其工作流程为：
- 背景估计：估计图像的背景噪声水平
- 像素阈值化：将高于背景一定倍数的像素标记为源候选
- 连通域分析：将相邻的源候选像素聚类为独立的源
- 参数测量：对每个检测到的源测量位置、流量、形状等参数
分割图的数据结构
分割图是一种标签图像（label image），其数据结构具有以下特点：
- 尺寸：与原始天文帧完全一致（相同像素数）
- 背景像素值：0（不属于任何检测源）
- 源像素值：非零正整数（属于第 N 个检测源的像素值为 N）
- 源边界：由相邻像素的标签变化自然定义
作为掩模使用
在天文图像处理中，分割图最常见的用途是作为掩模（mask）。通过将原始图像与分割图相乘或用分割图标记区域进行替换，可以实现：
- 恒星区域屏蔽：将恒星像素从后续处理中排除
- 区域选择：提取特定源周围的像素进行分析
- 背景估计：排除源像素后更准确地估计天空背景
在地月空间观测中的应用
在地月空间移动天体的光学巡天中，分割图是背景恒星消除步骤的核心工具。Sun 等人（2026）描述了其具体应用流程：
- 使用 SExtractor 对配准后的图像进行源检测，生成分割图
- 将分割图用作掩模，"将检测到的恒星的所有像素值设为零"
- 处理后的图像送入叠加搜索算法（SAA），仅保留非恒星区域的信号
这一流程确保了 SAA 算法仅在无恒星干扰的像素上运行，大幅提高了算法效率和检测灵敏度。
注意事项
分割图掩模法的效果取决于 SExtractor 的检测阈值设置：
- 检测阈值过高可能导致恒星边缘像素未被标记，产生残留信号
- 检测阈值过低可能导致暗弱移动目标被误标记为恒星而被消除
- 对于重叠源（如双星或星系中的恒星），分割图的边界可能不够精确
核心要素
观测原理
分割图由 SExtractor 源检测工具生成，是一种标签图像（label image），与原始天文帧具有相同尺寸。背景像素值为零，属于第 N 个检测源的像素值为 N，通过相邻像素的标签变化自然定义源边界，实现源区域与背景的精确分割。
算法流程
生成流程为：SExtractor 估计图像背景噪声水平 → 将高于背景一定倍数的像素标记为源候选 → 通过连通域分析将相邻像素聚类为独立源 → 对每个源赋予唯一标签值 → 输出与原始帧等大的标签数组作为分割图。分割图可直接用作掩模，将恒星像素从后续处理中排除。
精度分析
分割图的质量取决于 SExtractor 的检测阈值设置：阈值过高可能导致恒星边缘像素未被标记，产生残留信号；阈值过低可能导致暗弱移动目标被误标记为恒星而被消除。对于重叠源（如双星）和月球眩光区内的弥散背景，分割图的边界精度可能下降。
应用价值
分割图是背景恒星消除步骤的核心工具，也是天文图像处理中源区域识别和掩模生成的通用手段。在地月空间光学巡天中，高质量的分割图可有效隔离恒星信号与移动目标信号，显著提高叠加搜索算法的检测灵敏度和效率。
相关概念
- 背景恒星消除（Background Star Elimination）
- 图像配准（Image Registration）
- 叠加搜索算法（Stacking Search Algorithm）
- 热像素（Hot Pixel）
参考文献
- Sun, R., Zhang, Q., Yu, S., et al. Optical Survey for Cislunar Moving Objects Using Image Stacking. AJ, 2026.
- Bertin, E., & Arnouts, S. SExtractor: Software for source extraction. A&AS, 117, 393–404, 1996.