grating_interf op• 資料種類:images × images → table
• 呼叫: import fullseye as fs; fs.ledger.grating_three_image_retrieve(sample_stack, reference_stack=None, steps_per_period_sample=None, steps_per_period_reference=None, min_visibility=0.02, distance_mm=None, analyzer_period_um=None, reference_exposure=1.0)(要直接呼叫實作,import gratinginterf; gratinginterf.grating_three_image_retrieve(sample_stack, reference_stack=None, steps_per_period_sample=None, steps_per_period_reference=None, min_visibility=0.02, distance_mm=None, analyzer_period_um=None, reference_exposure=1.0);從台帳取用則 opsoptics.get("grating_three_image_retrieve"))
從兩組相位步進序列(有樣品、無樣品)中分離出穿透、微分相位、暗場 3 張圖。
> 以下的詳細說明為原文 —— 摘要與標題已翻譯。
各画素で I_k = a·(1 + V·cos(φ − 2πk/P)) をあて(P = 1 周期のステップ数。None は N 等分)、透過 T = a_s/a_r、微分位相 φ = wrap(φ_s − φ_r)、暗視野 D = V_s/V_r を返す(Pfeiffer ら 2008, Nature Materials 7, 134 の定義)。P = N のときは fringe.wrapped_phase と fringe.modulation (N 段の位相シフトの標準式)をそのまま使い、P ≠ N(1 周期の両端を含む走査など)は 3 項の最小二乗。2 組のステップ数は違ってよい(各組を別々にあてる)。
reference_stack が None なら、試料の画像列だけから a・V・φ を返す(比は取らない)。distance_mm と analyzer_period_um を渡すと、屈折角 α = φ·p2/(2π d) [µrad] も返す。reference_exposure: 基準を試料の何倍の露光(1 枚あたりの光子数)で撮ったか。透過は a_s/(a_r/reference_exposure)。暗視野と微分位相は比と差なので露光に依らない(透過だけが露光の比で化ける)。
min_visibility: 基準の可視度がこれ未満の画素(格子の欠陥・影)は位相が決まらないので NaN にし、数を返す。全画素が NaN になるときは値を返さずに拒否する。
返り値 dict: transmission / dpc_rad / darkfield(いずれも (H, W)、無効画素は NaN)/ visibility_sample / visibility_reference / refraction_urad(幾何があるとき)/ fit_residual_sample / fit_residual_reference(正弦をあてた残差の RMS / 平均の中央値。1 周期のステップ数を間違えると大きくなる)/ n_invalid。Raises ValueError: 画像列が 3-D でない・3 枚未満・NaN/Inf、2 組の画素の形が違う、P ≤ 0、P が小さすぎて正弦が分けられない、有効な画素が 1 つも無い、幾何の片方だけ、正でない reference_exposure。
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。
• 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。
• grating_interferometry — py -3.11 examples/grating_interferometry.py
• poc_grating_interferometry — py -3.11 examples/poc_grating_interferometry.py
table 作為輸入)abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd
grating_interf)talbot_grating_design · grating_stepping_simulate · darkfield_scatter_relation · talbot_carpet · talbot_source_visibility · grating_step_period_estimate · dpc_integrate
*Provenance: gratinginterf.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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