fpm op• 数据种类:table → table
• 调用: import fullseye as fs; fs.ledger.fp_reconstruct(stack, upsample=None, n_iter=200, pupil_update=True, pupil_start=2, alpha=1.0, beta=1.0, led_correction=False, led_start=3, stall_tol=0.01, stall_window=10, agree_tol=0.08, starts=2, margin_px=None, intensity_correction=False, pupil_degree=4, on_fail='raise')(要直接调用实现,import fourierptycho; fourierptycho.fp_reconstruct(stack, upsample=None, n_iter=200, pupil_update=True, pupil_start=2, alpha=1.0, beta=1.0, led_correction=False, led_start=3, stall_tol=0.01, stall_window=10, agree_tol=0.08, starts=2, margin_px=None, intensity_correction=False, pupil_degree=4, on_fail='raise');从台账取用则 opsoptics.get("fp_reconstruct"))
• GPU:无(仅 CPU 参考实现)
从一组低分辨率图像恢复高分辨率的振幅与相位(table,kind="fp_result")。不收敛则拒绝。
逐次相位恢复(Ou 等 2014 的 EPRY,与 ePIE 形式相同):按照明 NA 从小到大逐张处理,将估计的低分辨率场的振幅替换为测得的振幅,用其差值以步长 alpha 修正物体频谱、以步长 beta 修正光瞳(光瞳从第 pupil_start 次起修正,圆外保持为 0)。
• pupil_degree(默认 4):将光瞳相位的更新投影到在圆上正交化的 2–4 阶多项式(12 个;离焦、像散、彗差、球差等低阶像差),振幅保持为 1。None 为逐像素自由的 EPRY(原论文的形式)—— ★自由光瞳会吸收噪声,残差持续下降而不停滞(32 像素、25 张的合成数据中,200 次后每 10 次仍超过 1 %)。
• upsample:高分辨率网格的倍率。为 None 时取能容纳照明 NA 且像素不大于 λ/(2 NA_syn) 的最小整数。
• led_correction:从第 led_start 次起,对每张图像在 ±1 像素的 9 种光瞳中心上试算并取残差最小者(平局时按舍入后的值比较,取候选声明顺序中靠前者),接着用最小二乘将 LED 阵列的几何(偏移 x、y,旋转,高度)拟合到表中的 led_xyz_mm,并把中心重置为其预测值(将 Sun 等 2016 的模拟退火替换为确定性的局部搜索)。
• intensity_correction:从第 3 次起将各图像的亮度比对齐到估计的平均值(面向 LED 亮度未知的真实数据)。照明 NA 最小的图像作为基准不动 —— ★若全部都动,估计变亮时测得的图像也被重新调亮,形成正反馈,在真实数据上残差 200 次内发散到 2 万倍(光瞳投影到多项式时)。
• 收敛:振幅相对残差达到不动点 且 初值不同的 2 条(starts=2)在 agree_tol 以内一致。残差不下降、次数用尽、2 条到达不同答案,任一情况都视为“不收敛”。on_fail="raise"(默认)抛出 FPNotConvergedError(MetricContractError,记录在 record 中), "record" 返回记录(converged=False)。
• starts=1 不经过唯一性的门(仅凭停滞就可能 converged=True):uniqueness_checked 为 False, 并在 reason 中附加 “uniqueness not checked”。
• 残差的上限:收敛判定只看残差的变化。最终残差超过 RESIDUAL_WARN(0.1)时, 设 residual_warning=True 并在 reason 中附加警告(判定不变)。合成数据实测:收敛的复原为 0.004〜0.03 (含 rms 0.12 波的像差),与照明 k 无关的随机图像在单一初值下停滞于 0.17。
返回值:dict(kind="fp_result", converged, reason, n_iter, residual, residual_history, residual_history_starts, step_history(每一轮物体频谱的相对变化), start_disagreement, field_second_start, amplitude, phase, field, pupil, pupil_support, na_synthetic (= NA_obj + 所用照明 NA 的最大值,含对角 LED), na_synthetic_axis(取 x、y 方向余弦最大值得到的值 = 决定沿轴向条纹分辨率的值), pixel_um, upsample, margin_px, led_centres, led_geometry, intensity_scale, uniqueness_checked, residual_warning, residual_ceiling)。
Raises: ValueError(表不完整或值超出范围、图像能量为 0(除以曝光后、去掉边缘的全部图像之和)、LED 校正拟合的几何把光瞳中心放到了高分辨率网格之外)。
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_design · fp_usaf_target · fp_capture · fp_stack_from_images · 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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