热像素（Hot Pixel）
本文作者：天疆说
定义
热像素（Hot Pixel）是指天文传感器（CCD 或 CMOS）中由于制造缺陷或辐射损伤而产生的异常像素。这些像素在无光照条件下仍会持续产生高于正常水平的信号（暗电流），导致其在输出图像中表现为异常明亮的孤立像素或像素簇。
核心原理
成因
热像素的产生主要有以下原因：
- 制造缺陷：传感器制造过程中，硅晶格中的杂质或缺陷会在特定像素位置形成额外的载流子生成中心
- 辐射损伤：长期暴露于太空辐射环境中的传感器，高能粒子撞击会导致晶格缺陷增加，产生新的热像素
- 温度效应：热像素的数量和强度与传感器温度正相关，温度越高暗电流越大
对源检测的影响
热像素对天文图像处理的影响主要体现在源检测阶段。Sun 等人（2026）指出："热像素在宽视场传感器中很常见。这会影响源检测，增加虚警检测的数量。"
具体影响包括：
- 虚假源检测：源检测算法可能将热像素误认为真实天体源
- 测光误差：热像素会干扰对邻近真实源的流量测量
- 位置误差：热像素可能导致源位置的系统性偏移
对叠加搜索算法的特殊影响
在使用叠加搜索算法（SAA）检测移动天体时，热像素的影响被进一步放大。Sun 等人（2026）警告："SAA 之后，虚警检测的数量可能急剧增加，因此仔细处理热像素问题至关重要。"
这是因为 SAA 算法在不同速度假设下对图像进行平移叠加，固定位置的热像素在不同叠加组合中可能与真实移动目标的轨迹重合，产生大量虚假检测。
去除方法
3×3 中值滤波
Sun 等人（2026）采用 3×3 中值滤波器来去除热像素。该方法的原理是：
- 对每个像素，取其周围 3×3 邻域的中值作为替换值
- 热像素因其异常高的值会被中值替换为正常背景水平
- 该操作同时保留了真实天体源的大部分信号（因为源通常跨越多个像素）
二次插值的伪影风险
热像素去除过程中存在一个微妙的伪影问题。Sun 等人（2026）指出："热像素及其插值对应物可能占据的区域太小，最初未超过最小检测面积阈值，但经过两次连续插值后，该伪影可能被提取为一个独立物体。"
这意味着中值滤波虽然能消除单个热像素，但可能在热像素位置产生一个微小的亮度异常，经过多次图像处理后可能演变为可检测的伪源。因此，需要在滤波参数和检测阈值之间进行仔细平衡。
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，热像素处理是整个图像处理流水线中不可忽视的环节。对于宽视场巡天望远镜，热像素的数量可能相当可观，若不妥善处理，将严重影响巡天的虚警率和检测效率。
Sun 等人（2026）将热像素去除安排在叠加搜索算法之前，确保送入 SAA 的图像已清除热像素干扰，从而有效控制虚警率。
相关概念
- 图像配准（Image Registration）
- 背景恒星消除（Background Star Elimination）
- 叠加搜索算法（Stacking Search Algorithm）
- 地月空间移动天体（Cislunar Moving Objects）
- 分割图（Segmentation Map）
参考文献
- Sun, R., Zhang, Q., Yu, S., et al. Optical Survey for Cislunar Moving Objects Using Image Stacking. AJ, 2026.