grating_three_image_retrieve — OPTICS `grating_interf` op

• 数据种类:images × images → table

• 调用: 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)(要直接调用实现,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);从台账取用则 opsoptics.get("grating_three_image_retrieve"))

用法

从两组相位步进序列(有样品、无样品)中分离出透射、微分相位、暗场 3 幅图。

> 以下的详细说明为原文 —— 摘要与标题已翻译。

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。

该族通用的输入契约(fail-closed)

optics 的每个算子都先校验输入再计算(不让任何东西无声通过):

• 单位写进参数名 —— _mm / _um / _deg / _mrad。把 mm 和 µm 弄混不会崩溃,而是给出「看着合理却是错的答案」,所以用命名来防。这里绝不从数值大小去猜单位。

• 字符串一律 ValueError —— float('50') 会成功,于是未解析的配置值会被当成长度混进来(实测:thin_lens('50', '200') 曾返回看着合理的 66.667 mm)。bool 也按 True == 1 的隐式提升拒绝。

• complex / masked array 一律 ValueError(仅接受实数槽位;拒绝无声丢弃虚部或剥掉掩码)。所有输入中的 NaN/Inf 一律 ValueError。

• 逐项点名拒绝除零及其近亲:焦距 0、曲率半径 0、折射率 <= 0、全不透明光阑(全为 0,归一化变成 0/0)、总和 <= 0 的 PSF、S0 = 0 的 Stokes 矢量、物体位于前焦点(像在无穷远)。

• 只有两个算子会返回非有限值,而且都写进了契约:depth_of_field 在超焦距以外返回 far_mm = inf(这正是超焦距的定义),gaussian_beam 在束腰处返回 wavefront_radius_mm = inf(平面波前的曲率半径)。两者都同时返回一个有限的搭档(far_is_infinite / curvature_per_mm)。除此之外的无声 NaN/Inf 都在内部检出并 ValueError ——「float64 溢出了」和「答案是无穷大」是两种不同的主张,不能拿后者的脸去交付前者。

• 尺寸上限:生成网格受 optics.MAX_GRID(4096)限制,传入的场/PSF/光阑受 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「小参数引发巨大内部分配」的路径(实测:n_max=40 × 4096² 需要 108 GB)。

• 物理上不可能的状态同样拒绝:偏振度 > 1 的 Stokes 矢量、负透过率、负强度、n-|m| 为奇数等非法 Zernike 指标。

详细使用指南

• optics_imaging 族使用指南

参考(示例数据、文献)

• 示例数据目录(下载 URL / 许可证) —— 2-D 用 skimage.data(BSD/公有领域)加合成图,3-D 给出真实数据源(Stanford/PDS 等)的下载 URL。

• 算子来历与参考文献 —— 该算子族所依据的研究/方法出处。

• 算法的正典(作者、年份)与用途见上面的族使用指南。

可运行的示例(实际调用该算子并已验证的样例)

• grating_interferometry — py -3.11 examples/grating_interferometry.py

• poc_grating_interferometry — py -3.11 examples/poc_grating_interferometry.py

类型可衔接的下一个算子(可接受 `table` 作为输入)

abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd

同类别(`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 算子登记表。本条目由 tools/opdocs.py md 自动生成(请勿手工编辑)。*

grating_three_image_retrieve — OPTICS grating_interf op

用法