scene op• 資料種類:無 → table(僅由參數決定的運算子 —— 不接受影像或資料輸入)
• 呼叫:import optscene; optscene.observe_surface(material: 'str' = 'al', finish: 'str' = 'hairline', pitch_um: 'float' = 90.0, depth_um: 'float' = 1.0, roughness_um: 'float' = 0.08, focal_mm: 'float' = 25.0, working_distance_mm: 'float' = 200.0, f_number: 'float' = None, na: 'float' = None, pixel_um: 'float' = 3.45, resolution=(256, 256), wavelength_nm: 'float' = 550.0, illumination: 'str' = 'coaxial', tilt_deg: 'float' = 0.0, source_size_mm: 'float' = 40.0, supersample: 'int' = 2, exposure: 'str' = 'auto', defects: 'dict' = None, seed: 'int' = 0) -> 'dict'(或 opsoptics.get("observe_surface"))
組好觀察光學系統,拍攝指定材質的加工面(一行即可使用的入口)。
> 以下的詳細說明為原文 —— 摘要與標題已翻譯。
ユーザー要望(2026-09-05)「基本的な観察用の光学系をレイアウトした場合を想定して、
それらのパラメータを与えて、アルミなどの素材を指定した上で、ヘアライン画像を
生成できるといいな。最初は同軸照明でも良い」。
光学系は NA でも F 値でも指定できる。作動距離・焦点距離・画素ピッチ・波長から
:func:optical_budget が倍率・エアリー半径・被写界深度・分解限界を出し、その
まま撮像に効く(回折ぼけは :func:diffraction_blur、ぼけの深さ方向は
:func:depth_of_field)。素材は `glassmirror.METALS`、仕上げは
`surface_finish` の種類。
`illumination` は coaxial / ring / dome / bar / backlight。同軸は面が鏡なら
器具が映って明るく(明視野)、低角のリングは映らないので暗い(暗視野)。
返り値 dict: `image(線形 RGB)/ camera / scene / light` /
`budget(上の光学バジェット)/ defect_mask(defects` を渡したとき)。
★ 既定の引数は 117 秒かかる。 「一行で使える入口」と書いてあるが、
既定 `resolution=(256, 256) / supersample=2` は 2 分の計算である
(2026-09-06 実測、この機械):
============== ============= =============
resolution supersample 1 supersample 2
============== ============= =============
32 x 32 0.25 s —
64 x 64 0.69 s —
128 x 128 2.40 s 19.10 s
256 x 256 19.12 s 116.93 s
============== ============= =============
画素あたりの費用が一定ではない(32→256 で画素は 64 倍なのに時間は 76 倍)。
内訳は `_light_background` が 16.2 秒中の 11.0 秒で、面光源 196 点 x 鏡面
候補 25 回のループ。発光点をまとめて処理する書き換えは試したが 1.3 倍
にしかならず(律速は Python のループではなくメモリ帯域)、まだ解いていない
—— `docs/KNOWN_ISSUES.md` に残してある。
試すときは小さく呼ぶこと: ``observe_surface(resolution=(64, 64),
supersample=1)`` なら 0.69 秒で、仕上げの見え方の違いは十分わかる。
連鎖ファザーもこの理由で 32 x 32 / supersample 1 に固定してある
(`typed_catalog.OP_PARAM_HINTS`)。
optics 的每個運算子都先檢驗輸入再計算(不讓任何東西無聲通過):
• 單位寫進參數名 —— _mm / _um / _deg / _mrad。把 mm 和 µm 弄混不會當掉,而是給出「看似合理卻是錯的答案」,所以用命名來防。這裡絕不從數值大小去猜單位。
• **字串一律 ValueError** —— float('50') 會成功,於是未解析的設定值會被當成長度混進來(實測:thin_lens('50', '200') 曾回傳看似合理的 66.667 mm)。bool 也按 True == 1 的隱式提升拒絕。
• **complex / masked array 一律 ValueError(僅接受實數槽位;拒絕無聲丟棄虛部或剝掉遮罩)。所有輸入中的 NaN/Inf 一律 ValueError**。
• 逐項點名拒絕除零及其近親:焦距 0、曲率半徑 0、折射率 <= 0、全不透明光闌(全為 0,正規化變成 0/0)、總和 <= 0 的 PSF、S0 = 0 的 Stokes 向量、物體位於前焦點(像在無窮遠)。
• 只有兩個運算子會回傳非有限值,而且都寫進了契約:depth_of_field 在超焦距以外回傳 far_mm = inf(這正是超焦距的定義),gaussian_beam 在束腰處回傳 wavefront_radius_mm = inf(平面波前的曲率半徑)。兩者都同時回傳一個有限的夥伴(far_is_infinite / curvature_per_mm)。**除此之外的無聲 NaN/Inf 都在內部檢出並 ValueError** ——「float64 溢位了」和「答案是無窮大」是兩種不同的主張,不能拿後者的臉去交付前者。
• 尺寸上限:生成網格受 optics.MAX_GRID(4096)限制,傳入的場/PSF/光闌受 optics.MAX_FIELD_ELEMENTS(2^24),ABCD 元件序列受 optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS(1024),Zernike 受 MAX_ZERNIKE_TERMS(512)/ MAX_ZERNIKE_ORDER(40)/ MAX_ZERNIKE_BASIS(2^25)。以 fail-closed 堵住「小參數引發巨大內部配置」的路徑(實測:n_max=40 × 4096² 需要 108 GB)。
• 物理上不可能的狀態同樣拒絕:偏振度 > 1 的 Stokes 向量、負穿透率、負強度、n-|m| 為奇數等非法 Zernike 指標。
• dataset_conventions — 学習データセット規約の知識 — COCO / YOLO / VOC と外観検査での落とし穴
• 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）
• mv_illumination_practice — 照明の実務知識 — 波長・偏光・点灯方式・外光・安全
• mv_image_sensors — 産業用イメージセンサ（現行品中心）
• 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
• 範例資料目錄(下載 URL / 授權) —— 2-D 用 skimage.data(BSD/公有領域)加合成圖,3-D 給出真實資料源(Stanford/PDS 等)的下載 URL。
• 運算子來歷與參考文獻 —— 該運算子族所依據的研究/方法出處。
• 演算法的正典(作者・年份)與用途見上面的族使用指南。
• vision_layout_from_catalog — py -3.11 examples/vision_layout_from_catalog.py
table 作為輸入)abcd_matrix · wavefront_stats · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd · spot_diagram
scene)scene_material · scene_plane · scene_sphere · scene_box · scene_cylinder · surface_defect · surface_finish · random_defects
*Provenance: optscene.py — OPTICS 運算子登記表。本條目由 tools/opdocs.py md 自動產生(請勿手動編輯)。*
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