fpm op• 数据种类:无 → table(仅由参数决定的算子 —— 不接受图像或数据输入)
• 调用: import fullseye as fs; fs.ledger.fp_design(na_obj=0.1, wavelength_um=0.532, led_pitch_mm=4.0, led_distance_mm=70.0, n_side=13, magnification=4.0, camera_pixel_um=5.2, target_na=None, field_of_view_um=None, boundary_tolerance_na=0.005)(要直接调用实现,import fourierptycho; fourierptycho.fp_design(na_obj=0.1, wavelength_um=0.532, led_pitch_mm=4.0, led_distance_mm=70.0, n_side=13, magnification=4.0, camera_pixel_um=5.2, target_na=None, field_of_view_um=None, boundary_tolerance_na=0.005);从台账取用则 opsoptics.get("fp_design"))
• GPU:无(仅 CPU 参考实现)
在拍摄之前用闭式求出傅里叶叠层成像的性能(table):合成 NA、截止周期、频谱重叠率、LED 数量与像素采样。
正方形网格(n_side × n_side,间距 led_pitch_mm)的 LED 置于样品下方 led_distance_mm 处, 中心 LED 与光轴对准的配置。
• 照明 NA:轴上边缘 LED 的 NA_ill = e/√(e² + h²)(e = (n_side − 1)/2 · 间距),也返回对角角落的值。
• 合成 NA = NA_obj + NA_ill(轴)。对于条纹沿轴向的 USAF 分辨率板,决定分辨率的是轴向值(对角 LED 不会把仅含 x 的频率送入光瞳)。相干截止周期 λ/NA_syn(仅物镜时为 λ/NA_obj),半周期 λ/(2 NA_syn)。
• 重叠率:中心 LED 与其相邻 LED 的光瞳圆(半径 NA_obj/λ,圆心间距 = sinθ 之差/λ)的交集面积 / 圆面积 = (2/π)[acos a − a√(1 − a²)],a = d/(2r)。中心处最小(越往外 sinθ 的步长越窄),也返回边缘的值。overlap_ok = 中心值 ≥ 0.35(Sun 等 2016 的下限)。
• 采样:物方像素 Δx = camera_pixel_um / magnification 不大于 λ/(2 NA_obj)(R_cam = λ·M/(2 NA_obj Δx_cam) ≥ 1)。也返回按强度带宽计的奈奎斯特 λ/(4 NA_obj)(FP 恢复的是场,所以 λ/(2 NA_obj) 即可)。
• 上采样倍率:使高分辨率像素不大于 λ/(2 NA_syn) 的最小整数。
• 边界 LED:照明 NA 与 NA_obj 相差在 boundary_tolerance_na 以内的 LED 数(boundary_leds)。其图像处于明场与暗场的交界,光瞳边缘是否切到照明的 0 级会因 k 舍入 1 个像素而翻转 —— 实测中重叠率 39 % 的配置仅因这一个 LED 就不再收敛(视场 256 像素时。把 LED 距离从 70 → 76 mm 挪开即收敛。视场 384 像素时即使仍在边界上也收敛了 —— 可能发生但并非必然)。boundary_ok = 0 个。
• target_na:达到该合成 NA 所需的网格边长、LED 总数以及照明 NA 足够的 LED 数。
• field_of_view_um:空间带宽积(视场 / 半周期)²。
返回值:dict(kind="fp_design", na_synthetic, na_illumination_max_axis, coherent_cutoff_period_um, overlap_ratio_centre, overlap_ratio_edge, overlap_ok, n_leds, n_brightfield, boundary_leds, boundary_ok, object_pixel_um, r_cam, pixel_sampling_ok, upsample_needed, …)。
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。
• 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。
• poc_fourier_ptychography — py -3.11 examples/poc_fourier_ptychography.py
table 作为输入)abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd
fpm)fp_usaf_target · fp_capture · fp_stack_from_images · fp_reconstruct · fp_element_contrast
*Provenance: fourierptycho.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)。*
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