ensquared_energy — OPTICS `imaging` op

• データ種: image2d → pairs

• 呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.ensquared_energy(psf, pixel_pitch_um=1.0, samples=64, max_half_width_um=None, centre='centroid') (実装を直接呼ぶなら import optics; optics.ensquared_energy(psf, pixel_pitch_um=1.0, samples=64, max_half_width_um=None, centre='centroid')、台帳から引くなら opsoptics.get("ensquared_energy"))

使い方

Ensquared energy of a point-spread function: the fraction of the energy inside a square of half-width w.

The detector-pixel version of encircled energy: how much of the spot falls inside a square pixel (side 2 w) centred on it. The square is axis-aligned with the array and centred like encircled_energy (same *centre* options). The edge pixels are weighted by the exact overlap, so the curve is exact for a PSF that is constant across each pixel.

Returns a (samples, 2) float64 pairs array: column 0 the half-width in micrometres (the pixel side is twice that), column 1 the fraction of the array's energy inside, non-decreasing in [0, 1].

Ground truth it reproduces: a square pupil of side D has the separable PSF sinc^2(D x / (lambda z)) sinc^2(D y / (lambda z)), whose ensquared energy is S(a)^2 with S(a) = (2/pi) (Si(2 pi a) - sin^2(pi a) / (pi a)) and a = w / (lambda N) (checked in tests/test_optdesign_psf_metrics.py).

Raises ValueError: as encircled_energy (with *max_half_width_um*).

ファミリ共通の入力契約(fail-closed)

optics の全 op は入力を検証してから計算する(黙って通さない):

• 単位は引数名に埋め込む — _mm / _um / _deg / _mrad。mm と µm の取り違えは crash ではなく「もっともらしく間違った答え」なので、名前で防ぐ。大きさから単位を推測する処理は一切しない。

• 文字列は ValueError — float('50') は成功してしまうため、未パースの設定値が長さとして通り抜ける(実測: thin_lens('50', '200') がもっともらしい 66.667 mm を返していた)。bool も True == 1 の暗黙昇格として拒否。

• complex / masked array は ValueError(実数枠のみ。虚部の無言切り捨て・マスク剥がしを拒否)。NaN/Inf は全入力で ValueError。

• 0 除算とその親戚を名指しで拒否: 焦点距離 0・曲率半径 0・屈折率 <= 0・不透明な開口(全 0 なので正規化が 0/0)・総和 <= 0 の PSF・S0 = 0 の Stokes ベクトル・物体が前側焦点にある(像が無限遠)。

• 非有限を返すのは 2 op だけ、しかも契約として明記: depth_of_field の過焦点距離以遠の far_mm = inf(それが過焦点距離の定義)と gaussian_beam のウエストでの wavefront_radius_mm = inf(平面波面の曲率半径)。どちらも有限の相棒(far_is_infinite / curvature_per_mm)を併せて返す。それ以外の無言 NaN/Inf は内部で検出して ValueError —「float64 が溢れた」と「答えが無限大」は別の主張なので、後者の顔で前者を返さない。

• サイズ上限: 生成格子は optics.MAX_GRID(4096)、供給された場/PSF/開口は optics.MAX_FIELD_ELEMENTS(2^24)、ABCD 素子列は optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS(1024)、Zernike は MAX_ZERNIKE_TERMS(512)/ MAX_ZERNIKE_ORDER(40)/ MAX_ZERNIKE_BASIS(2^25)。小さな引数から巨大な内部確保が起きる経路(実測: n_max=40 × 4096² で 108 GB)を fail-closed で塞ぐ。

• 物理的に不可能な状態も拒否: 偏光度 > 1 の Stokes ベクトル、負の透過率、負の強度、n-|m| が奇数などの不正な Zernike 添字。

詳しい使い方ガイド

• optics_imaging ファミリガイド

背景知識ガイド(この op の手前にある物理・規約)

• measurement_uncertainty — 計測の不確かさと校正の知識 — 「測れている」を主張するために

• mv_cameras — 産業用カメラメーカー（センサとの紐付け・ラインスキャン / TDI）

• virtual_machine_vision — 仮想マシンビジョン — パラメータの洗い出しとオブジェクト模型

参考(サンプルデータ・文献)

• 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。

実行できる例(この op を実際に呼ぶ検証済みサンプル)

• optical_design_metrics — py -3.11 examples/optical_design_metrics.py

型が繋がる次の op(`pairs` を入力に取れる)

mtf50 · energy_to_photons · spectral_product · spectral_integral · spectral_stats · kubelka_munk_reflectance · hyperspectral_capture · film_thickness_fft

同カテゴリ(`imaging`)

psf_to_mtf · mtf_diffraction · encircled_energy · energy_radii · mtf_tangential_sagittal · wavefront_stats · edge_spread · sfr_from_edge

*Provenance: optics.py — OPTICS 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)。*

ensquared_energy — OPTICS imaging op

使い方