polarization op• 数据种类:无 → matrix(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.mueller_partial_polarizer(angle_deg=0.0, extinction_ratio=1000.0, transmission=1.0)(要直接调用实现,import optics; optics.mueller_partial_polarizer(angle_deg=0.0, extinction_ratio=1000.0, transmission=1.0);从台账取用则 opsoptics.get("mueller_partial_polarizer"))
• GPU:无(仅 CPU 参考实现)
消光比有限的线偏振器(线性二向衰减器)的 Mueller 矩阵。→ (4, 4),角度场则为 (*shape, 4, 4)。
真实的偏振器对沿其透光轴的偏振光的强度透过率为 T1 = transmission,对垂直方向的偏振光为 T2 = T1 / extinction_ratio。记 P = T1 + T2、D = T1 - T2、Q = 2 sqrt(T1 T2),以及 c = cos 2a、s = sin 2a(轴位于 *angle_deg*),矩阵为
0.5 * [[P, D c, D s, 0],
[D c, P c^2 + Q s^2, (P - Q) c s, 0],
[D s, (P - Q) c s, P s^2 + Q c^2, 0],
[0, 0, 0, Q]]
—— 即教科书中二向衰减器的分块对角形式旋转到 *angle_deg*。它也严格等于 Jones 矩阵 R(a) diag(sqrt T1, sqrt T2) R(-a) 的 Mueller 矩阵(纯二向衰减器没有相位延迟,也没有退偏),测试通过通用的 Jones → Mueller 转换(另一条代码路径)验证这一等式。
真值(闭式,经测试检验): 非偏振光出射强度为 (T1 + T2)/2,偏振度为 (ER - 1)/(ER + 1);两片这样的偏振器平行 / 正交放置时的透射为 (T1^2 + T2^2)/2 / T1 T2 —— 成对测得的消光比是 (ER^2 + 1)/(2 ER) 而不是 ER;对于与轴成 theta 角的完全偏振输入,Malus 定律变为 T2 + (T1 - T2) cos^2(theta);ER -> 无穷 时趋于 T1 * mueller_element ("polarizer");ER = 1 为中性密度滤光片 T1 * I。
*angle_deg* 可以是数组(每个元素一个矩阵,与 mueller_element 相同);*extinction_ratio* 和 *transmission* 为标量。角度遵循模块约定(从 +x 向 +y = 沿行向下,在显示的图像上为顺时针)。
Raises ValueError: 非有限 / 非实数 / bool / 字符串参数;*extinction_ratio* < 1(小于 1 的“消光比”意味着轴是另一个 —— 应旋转 90 度而不是传入倒数)或为无穷大(理想偏振器请用 mueller_element);*transmission* 不在 (0, 1] 内(无源元件不能放大,透过率为 0 的元件没有轴);角度场超过 MAX_FIELD_ELEMENTS / 16 个元素。
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。
• polarization_camera_pipeline — py -3.11 examples/polarization_camera_pipeline.py
matrix 作为输入)abcd_trace · emva_filter_distortion · mueller_apply · mueller_checks · equirect_rotate · pixel_shift_capture · pixel_shift_merge · pixel_shift_motion_mask
polarization)jones_element · jones_apply · stokes_from_jones · mueller_element · mueller_apply · stokes_analyze · polarization_demosaic · polarization_demosaic_color
*Provenance: optics.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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