lockin_demodulate — OPTICS `lockin` op

• 数据种类:video → table

• 调用: import fullseye as fs; fs.ledger.lockin_demodulate(video, f_ref, fps, window='rect') -> 'dict'(要直接调用实现,import lockin; lockin.lockin_demodulate(video, f_ref, fps, window='rect') -> 'dict';从台账取用则 opsoptics.get("lockin_demodulate"))

用法

将图像序列对正弦参考逐像素进行正交解调 -> 映射字典。

> 以下的详细说明为原文 —— 摘要与标题已翻译。

For every pixel the sequence is correlated with cos and sin of the reference frequency:

x_k = DC + A cos(2 pi f_ref k / fps + phi). The table holds amplitude (A), phase (phi in radians, (-pi, pi]; 0 where A is 0), dc, in_phase (A cos phi), quadrature (A sin phi) and the scalars periods (reference periods in the sequence), window, leak_image and leak_dc.

The window is declared. rect is exact (a sinusoid of amplitude 2.5 and phase 0.7 rad is returned to 1e-15) but only for a whole number of periods; any other length is refused with the nearest frame counts named. hann takes any length of at least one period and states what it leaks:

leak_image (the conjugate image of the reference, relative to its amplitude) and leak_dc (a DC offset enters the quadrature sum by 2 leak_dc times its size).

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)

• poc_lockin_imaging — py -3.11 examples/poc_lockin_imaging.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(`lockin`)

lockin_amplitude · lockin_phase · lockin_noise_floor · lockin_walsh_codes · lockin_separate · lockin_ring_synthesize · lockin_ring_normals · lockin_thermal_wave

*Provenance: lockin.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)。*

lockin_demodulate — OPTICS lockin op

用法