geometric op• Datenarten: keine → table (ein Operator, der allein durch seine Argumente bestimmt ist — er nimmt kein Bild und keine Daten entgegen)
• Aufruf: import optics; optics.depth_of_field(focal_mm=50.0, f_number=8.0, subject_mm=2000.0, coc_mm=0.03) (oder opsoptics.get("depth_of_field"))
Fotografische Schärfentiefe: Nahgrenze, Ferngrenze und hyperfokale Distanz.
> Die ausführliche Beschreibung unten ist der Originaltext — Zusammenfassung und Überschriften sind übersetzt.
The classical circle-of-confusion model. With `H = f^2/(N*c) + f` the
hyperfocal distance and `s` the focused subject distance:
`near = s*(H - f) / (H + s - 2f) and far = s*(H - f) / (H - s)`.
Returns a dict: `near_mm · far_mm · depth_mm (far - near`) ·
`hyperfocal_mm · far_is_infinite` (a bool, so a caller never has to
test for `inf` by accident).
**`far_mm is inf` at or beyond the hyperfocal distance, by contract,
not by accident** — focus at `H and everything from H/2` to infinity
is acceptably sharp, which is the whole point of the hyperfocal distance.
`depth_mm is then inf too. far_is_infinite` says so explicitly,
and the identity `near(H) == H/2` is exact (verified in the tests).
*coc_mm* is the acceptable circle of confusion in the image plane: the
35 mm convention is 0.03 mm, a machine-vision rule of thumb is 1-2 pixel
pitches. It is a *choice*, not a property of the lens — halve it and the
depth of field halves with it, which is why two depth-of-field calculators
disagree.
Ground truth: `f = 50, N = 8, c = 0.03 gives H = 10466.67 mm`; at
`s = H the near limit is exactly H/2 = 5233.33 mm` and the far limit
is `inf; the near/far limits bracket the subject for every s < H`.
Raises `ValueError`: non-positive or non-finite *focal_mm*,
*f_number*, *subject_mm*, *coc_mm*; `subject_mm <= focal_mm` (an object
inside the front focal length cannot be imaged by this lens — see
:func:thin_lens); a hyperfocal distance that is not greater than the
focal length (a degenerate combination of `N and c`).
Paraxial, thin, and blur-circle based: it ignores diffraction, which for
small apertures becomes the real resolution limit — compare with
:func:mtf_diffraction before trusting an `N = 22` calculation.
Jeder optics-Operator prüft seine Eingabe vor der Berechnung (nichts rutscht stillschweigend durch):
• Einheiten stecken im Argumentnamen — _mm / _um / _deg / _mrad. Eine Verwechslung von mm und µm stürzt nicht ab, sondern liefert eine plausibel aussehende falsche Antwort; der Name verhindert das. Aus der Größenordnung wird nie auf die Einheit geschlossen.
• **Strings lösen ValueError aus** — float('50') gelingt, sodass ein ungeparster Konfigurationswert als Länge durchrutschen würde (gemessen: thin_lens('50', '200') lieferte plausible 66,667 mm). bool wird als implizite Hochstufung True == 1 ebenfalls abgelehnt.
• **complex / Masked Arrays lösen ValueError aus (nur reelle Slots; das stille Verwerfen des Imaginärteils bzw. Abstreifen der Maske wird abgelehnt). NaN/Inf löst bei jeder Eingabe ValueError aus.**
• Division durch null und Verwandtes wird namentlich abgelehnt: Brennweite 0, Krümmungsradius 0, Brechzahl <= 0, undurchlässige Blende (alles 0, die Normierung wird 0/0), PSF mit Summe <= 0, Stokes-Vektor mit S0 = 0 und ein Objekt im vorderen Brennpunkt (Bild im Unendlichen).
• Nur zwei Operatoren liefern einen nicht-endlichen Wert, und beide halten das vertraglich fest: depth_of_field liefert jenseits der hyperfokalen Distanz far_mm = inf (genau das bedeutet die hyperfokale Distanz), und gaussian_beam liefert an der Taille wavefront_radius_mm = inf (der Krümmungsradius einer ebenen Wellenfront). Beide liefern zusätzlich einen endlichen Partner (far_is_infinite / curvature_per_mm). **Jedes andere stille NaN/Inf wird intern erkannt und löst ValueError aus** — "float64 ist übergelaufen" und "die Antwort ist unendlich" sind verschiedene Aussagen; die erste wird nie im Gewand der zweiten geliefert.
• Größenobergrenzen: erzeugte Gitter durch optics.MAX_GRID (4096), übergebene Felder/PSFs/Blenden durch optics.MAX_FIELD_ELEMENTS (2^24), ABCD-Elementketten durch optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS (1024), Zernike durch MAX_ZERNIKE_TERMS (512) / MAX_ZERNIKE_ORDER (40) / MAX_ZERNIKE_BASIS (2^25). Damit werden Pfade fail-closed geschlossen, in denen ein kleines Argument eine riesige interne Allokation auslöst (gemessen: n_max=40 × 4096² braucht 108 GB).
• Physikalisch unmögliche Zustände werden ebenfalls abgelehnt: Stokes-Vektor mit Polarisationsgrad > 1, negative Transmission, negative Intensität und ungültige Zernike-Indizes wie ungerades n-|m|.
• Leitfaden zur Familie optics_imaging
• Katalog der Beispieldaten (Download-URLs / Lizenzen) — 2-D nutzt skimage.data (BSD/Public Domain) plus synthetische Bilder, 3-D nennt Download-URLs echter Datenquellen (Stanford, PDS, …).
• Herkunft und Literatur der Operatoren — die Quellen der Forschung/Verfahren, auf denen diese Operatorfamilie beruht.
• Der kanonische Algorithmus (Autor, Jahr) und seine Anwendungen stehen im Familienleitfaden oben.
• lightfield_depth — py -3.11 examples/lightfield_depth.py
• optics_imaging — py -3.11 examples/optics_imaging.py
table als Eingabe)abcd_matrix · wavefront_stats · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd · spot_diagram
geometric)thin_lens · abcd_matrix · abcd_trace · relative_illumination
*Provenance: optics.py — OPTICS Operator-Registry. Diese Notiz wird von tools/opdocs.py md erzeugt (nicht von Hand bearbeiten).*
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