synth op• データ種: なし → image2d(引数だけで決まる op —— 画像やデータの入力を取らない)
• 呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.synth_starfield(shape=(128, 128), n_stars=30, flux_min=400.0, flux_max=9000.0, fwhm_px=3.2, psf='gaussian', moffat_beta=2.5, sky=60.0, read_sigma=6.0, shift_row=0.0, shift_col=0.0, n_cosmic=0, cosmic_flux=4000.0, margin_px=6.0, seed=0, field_seed=None, noise=True) (実装を直接呼ぶなら import astrostack; astrostack.synth_starfield(shape=(128, 128), n_stars=30, flux_min=400.0, flux_max=9000.0, fwhm_px=3.2, psf='gaussian', moffat_beta=2.5, sky=60.0, read_sigma=6.0, shift_row=0.0, shift_col=0.0, n_cosmic=0, cosmic_flux=4000.0, margin_px=6.0, seed=0, field_seed=None, noise=True)、台帳から引くなら opsastrostack.get("synth_starfield"))
• 台帳経由の戻り値: fullseye.ledger.synth_starfield(...) は宣言 out 型 image2d の値だけを返す(本体は補助情報も返す)。捨てられた側が要るときは fullseye.ledger.synth_starfield.raw(...)、または astrostack.synth_starfield を直接呼ぶ。
• 本体の返り: (frame, truth) -> image2d
既知の星野を 1 枚合成する —— この族の正解の供給源。
星は flux_min〜flux_max の対数一様分布から総フラックス(電子)を引き、画像の縁から margin_px 以上内側に一様に置く。*psf* が "gaussian" の
ときは scipy.special.erf による画素の厳密な積分なので、星 1 個の総和は与えたフラックスに(画像の外へ出た分を除いて)厳密に一致する。"moffat" は Moffat, *A Theoretical Investigation of Focal Stellar Images*, A&A 3, 455 (1969) の (1 + (r/alpha)^2)^(-beta) で、地上の大気が支配する星像の標準モデル(回折限界の兄弟は optics.airy_pattern)。
ノイズは 1 つの理論しか持たない —— Poisson(星 + sky)(photoncount.photon_sample を photons_per_unit=1.0 で呼ぶ)に、その後で宇宙線を足し、最後に加法ガウスの読み出しノイズ read_sigma を足す。順序は物理どおりで、宇宙線は光子ではない(Poisson 標本化を通さない)。宇宙線の位置は defectgen.defect_pits の一様点過程に任せる —— 「稀で小さく鋭い、位置がランダムな付着」は孔食と同じ確率幾何であって、二つ目のモデルを書く理由が無い。
*shift_row* / *shift_col* は星野全体を副画素で動かす(ディザ)。合成した真値の座標もその分だけ動くので、位置合わせと drizzle の検算に使える。
Returns (frame, truth):
• frame —— (H, W) float64、単位は電子。
• truth —— dict。rows / cols (N,) は星の真の中心(整数座標が画素中心の規約)、fluxes (N,) は真の総フラックス、fwhm_px / sigma_px / alpha_px / beta は PSF、sky / read_sigma は雑音、cosmic_mask (H, W) bool は宇宙線の画素、noiseless (H, W) はノイズを載せる前の期待値(検算用)。
seed は 2 本ある。 field_seed が星野(座標とフラックス)を、seed がその回の観測(ショットノイズ・読み出しノイズ・宇宙線の位置)を決める。field_seed=None なら seed と同じ値になる。分けてある理由は実測で見つけた事故で、1 本にしていた最初の版では synth_frame_series がフレームごとに seed を変えた結果 星野そのものが毎フレーム別物になり、位置合わせが 1 対応しか見つけられず(frame_align が正しく fail-closed した)、フレーム間の宇宙線除去は「全画素が外れ値」を返した。同じ空を撮り直すのと、別の空を撮るのは、引数 1 つで取り違えられる —— だから型ではなく名前で分ける。乱数はどちらも numpy.random.default_rng なので、同じ seed 対ならどの機械でも同じフレーム。
Ground truth it reproduces(tests/test_astrostack.py で固定):
noise=False、sky=0、fwhm_px=3.0 の 1 星フレーム(64x64、フラックス 5000 e-)では、画像全体の総和と与えたフラックスの相対誤差が 1.8e-16 —— float64 の丸め 1 回ぶんで、「ほぼ保存」ではなく保存。半径 r の円形開口が拾う割合は 1 - exp(-r^2/(2 sigma^2)) で、r = 2 sigma なら 0.8647、r = 3 sigma なら 0.98889。
Raises ValueError: *shape* が小さすぎる / *n_stars* が非負整数でない / flux_min > flux_max / *psf* が PSF_MODELS にない / moffat_beta <= 1(積分が発散する)/ margin_px が画像より大きい / *seed* が非負整数でない場合。
• サンプルデータ カタログ(DL URL / ライセンス) — 2-D は skimage.data(BSD/public)+ 合成、3-D は実データ源(Stanford/PDS 等)の DL URL。
• 演算子の来歴・参考文献 — この op 族の元になった研究/手法の出典。
• アルゴリズムの正典(著者・年)と用途は上記ファミリ使い方ガイドに記載。
• astro_stacking — py -3.11 examples/astro_stacking.py
• poc_astro_photometry — py -3.11 examples/poc_astro_photometry.py
image2d を入力に取れる)frame_quality · noise_sigma · cosmic_ray_reject · star_detect · psf_fit · aperture_photometry · frame_align
synth)*Provenance: astrostack.py — ASTROSTACK operator registry. この per-op ノートは tools/opdocs.py md が自動生成(手編集しない)。*
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