月食三路线：原始数据审计与路线一工程复盘

规模与设备

1,466 个 ARW，125.106 GB（116.514 GiB），平均每张 85.34 MB，文件大小仅在 85.28–85.50 MB 间波动。相机型号均为 ILCE-7RM3，RAW 尺寸均为 8000×5320。

拍摄时段

从 2025-09-08 00:32:38 到 02:29:41，跨度 1:57:03。1,466 张只有 732 个不同的整秒时间戳，说明不能靠“时间戳是否相同”直接定义时刻。

物理测光边界

快门和 ISO 可用，但当前 manifest 中光圈与焦距为 0。再叠加 PreviewImage 已经过相机色调曲线、白平衡与压缩，路线一只能做观赏性一致化，不能声称完成绝对辐亮度标定。

为什么可以确认是 bracket，而不是随机改曝光

• 五张一组的比例达到 94.3%，且快门按固定非单调顺序重复。
• 典型组最短与最长快门相差约 12 EV，相邻档位约 3 EV。
• 下一周期常在 20 秒后重复同一曝光值；“重复 EV”是比固定秒数更可靠的组边界。
• 4 张、3 张和 9 张属于不完整或变体周期，不能自动假定为丢文件。

从月缘而不是亮度质心出发

食相变化会让明亮区域从圆盘一侧移动。亮度质心必然跟着亮月牙漂移，而真实月心没有移动。因此检测器只把前一时刻当先验，在预测半径附近沿多条径向剖面寻找月缘梯度，再用 RANSAC 与稳健损失拟合圆。

pₖ(u) = c + (r + u)[cos φₖ, sin φₖ]
edgeₖ = arg max |∂P(pₖ(u)) / ∂u|
(c, r) = robust_circle_fit({edgeₖ})

测量审计

• 251 帧从同一 bracket 的长曝光几何向导转移圆；31 帧直接跟踪。
• 10 帧在定期全局检查中重初始化；4 帧直接重初始化。
• 平滑半径约 78.27–87.05 px（预览尺度）。
• 圆轨迹残差中位数约 0.091 px，P95 约 0.212 px，最大约 0.425 px。

测量“月球信号”，不是整帧直方图

1. 把 PreviewImage 的 sRGB 反变换为近似线性 RGB。
2. 在 1.15r–1.45r 环带取局部天空中位数。
3. 在 0.88r 内测量月盘并逐像素扣除天空。
4. 截掉信号最高的 2%，避免少数饱和高光控制整盘。
5. 以全场对数中位数为目标，上限 0.12；每帧 RGB 同乘一个标量。

为什么没有逐帧直方图匹配

直方图匹配会把月影边界、红色和局部对比度也改掉。单一标量只改变整体曝光感，不改变帧内食相结构。最终增益为 0.187×–40.27×，中位数 0.757×，没有帧触及 100× 安全上限。

月面滚转估计

先把每帧月盘缩放到 256×256 的标准 patch，只保留内侧 78% 圆盘并做 CLAHE。SIFT 提取月海与环形山关键点，KNN 比值筛选后，由 RANSAC 部分仿射模型求相邻帧小角度，再把可靠增量逐帧累积。

matches = SIFT(t−1) ↔ SIFT(t)
good if d₁ < 0.76·d₂
A = RANSAC_affine_partial(good, threshold=1.7 px)
Δθₜ = atan2(A₀₁, A₀₀)
θₜ = θₜ₋₁ + accepted(Δθₜ)

角度审计

• 295 个相邻对中 278 对通过独立 SIFT 审计。
• 应用角度范围 −9.21° 到 +0.69°，尾帧累计约 −6.42°。
• 输出残余相对旋转：中位数 0.063°，P95 0.406°，最大 1.005°。
• 中位误差原本就低（旧版 0.059°）；真正改善的是相机碰动的长尾。

背景坐标模型优先级

1. 相机固定：Hₜ = I，保留原始月心坐标。
2. 有稳定地景：只在建筑、山体或地景 ROI 匹配；先相似变换，再仿射，最后才考虑单应。
3. 无地景且相机移动：第一版停止并要求人工控制点；不能用星点对齐，因为会消掉地球自转形成的天空轨迹。

月球提取与合成

B(x,y) = a + bx + cy        # 局部天空
F(x,y) = I(x,y) − B(x,y)    # 月球增量
α(d) = 1 − smoothstep(r−f, r+f, d)
Cnew(x) = Cold(x) + α(x)·F(x)

这比整层 Lighten/Maximum 更稳，因为不会复制每张源图的天空底色、云层渐变和矩形裁切边界。

曝光标定与加权合并

eᵢ ∝ tᵢ · ISOᵢ / Nᵢ²
sᵢ = robust_fit(Pref ≈ sᵢ·Pᵢ | Ωvalid)
Rᵢ(x) = sᵢPᵢ(x)
wᵢ(x) = mᵢ(x)·q(zᵢ) / [σread² + βᵢRᵢ(x)]
L(x) = ΣwᵢRᵢ / (Σwᵢ + ε)

RGB 三通道不应分别自由拟合，否则容易改变月食颜色；用亮度或绿通道估计公共标量。

为什么它最适合这批数据

• 典型 bracket 覆盖约 12 EV，让短曝保护亮月牙、长曝提供红月暗部信噪。
• 同一周期只跨几秒，月球位移主要是小平移，模型比跨时刻配准简单。
• 线性 RAW 后，曝光比例与噪声权重有物理含义，不再受 JPEG 曲线切换支配。
• HDR master 仍可选择 physical 或 presentation 显示，但不混在数据层。

保留两种亮度语义

physical 保留月食真实变暗；presentation 便于观看。二者必须在文件名、manifest 和报告中显式标记。

固定可比的回归集

保留初段亮月牙、全食红月、重新生光、长曝光周期、机位跳动与尾段不完整 bracket 等困难片。

先修数据模型

补齐光圈、白平衡、黑/白电平、位深与固定镜头参数；否则 HDR 曲线再漂亮，也无法清楚解释物理口径。