c++ - 在图像顶部模拟天体(星星)

Question

我正在研究在图像上模拟星星。该图像是按正态分布(均值、标准差)生成的灰度矩阵。现在，给定像素坐标和恒星 SNR，我必须将其作为点源种植在图像之上。有什么建议我如何实现它以使其成为有用的模拟？你能建议代码示例吗？我正在用 C++ 开发，但 Matlab/pseudocode 也不错。提前致谢

Answer 1

一颗星可以被认为是一个点源。望远镜/相机的光学系统，如果是理想的光学系统，将转换一个Airy disk。到成像平面上(胶片，CCD，你有什么)。因此，您应该生成一个艾里斑并将其添加到现有的像素值中(附近的多个恒星会有重叠的圆盘，应该将它们加在一起)。

我会简单地生成这个函数并在像素坐标处对其进行采样。请注意，艾里斑在距离中心相对较短的距离处会非常接近于零，因此您可以在该中心周围定义一个小区域，例如 7x7 像素，您可以在其中计算函数。这将节省大量计算。

为了进一步简化实现和计算成本，您可以使用高斯近似艾里斑。请注意，成像光学系统(包括大气层)中的任何缺陷都会导致投影点不太像艾里斑，而更像高斯分布，因此这并不是一个糟糕的近似值。

使用 DIPlib (我是作者)您可以通过调用 dip::DrawBandlimitedPoint 向图像添加高斯点。 :

constexpr std::size_t N = 10;
double coordinates[N][2] = {...};
double magnitudes[N] = {...};
dip::Image image({1024,1024});
for (std::size_t ii=0; ii<N; ++ii) {
   dip::DrawBandlimitedPoint(image, {coordinates[ii][0], coordinates[ii][1]}, {magnitudes[ii]}, {1.0});
}

该函数调用中的 {1.0} 是高斯点的西格玛。调整此值以匹配您正在模拟的光学器件。该代码生成单精度浮点图像。你可以在适当缩放后将其转换为整数类型，例如:

image *= 10;
image.Convert(dip::DT_UINT16);

绘制艾里斑会更复杂一些。