imaging_sim op• 資料種類:image2d × table → image2d
• 呼叫:import lensimage; lensimage.render_through_lens(image, system, pixel_pitch_um=5.5, field_of_view=None, zones=3, noise=None, seed=0, illumination='traced', size=None, oversample=None)(或 opsoptics.get("render_through_lens"))
把理想輻照度影像算繪成 *system* 背後的感測器會記錄到的樣子(`image2d`)。
> 以下的詳細說明為原文 —— 摘要與標題已翻譯。
*image* (H×W, non-negative) is the ideal (paraxial) image on a sensor of
*pixel_pitch_um* pixels centred on the optical axis; with *field_of_view*
(half field to the sensor corner: degrees for an object at infinity,
object height in mm otherwise) the picture is first zoomed so the corner
sees that field. Pipeline: (a) inverse distortion remap
(:func:distortion_map grid, `scipy.ndimage.map_coordinates` order 1);
(b) spatially varying blur — a `zones×zones` lattice of tile centres,
each with its own pixel-integrated :func:psf_from_opd (the +y-field PSF
rotated to the tile azimuth), blended with bilinear (tent) weights so
seams vanish; (c) relative illumination: `"traced"` = fraction of the
field's ray bundle that reaches the image (vignetting, from
:func:raytrace.ray_bundle) normalised to the axis, times cos⁴ (obliquity,
objects at infinity only), `"cos4" = the classic law alone, "none"`;
(d) sensor, when *noise* is `True or a dict `{"full_well": 20000,
"read_e": 3.0, "bits": 12, "exposure": 1.0, "dark_e": 0.0}``: electrons =
irradiance × exposure × full_well, Poisson shot noise
(:func:photoncount.photon_sample), Gaussian read noise, quantisation to
*bits*, returned as DN/(2^bits − 1). With `noise=None` the float
irradiance is returned untouched (deterministic; the noisy path is
deterministic for a given *seed* too).
*oversample* defaults to whatever keeps at least 2 PSF samples per pixel
(`max(4, ceil(2·λ·F#/pitch))`). Ground truth: a δ image through the
f/2 paraboloid gives the pixel-integrated Airy PSF; a checkerboard through
it comes back undistorted (correlation > 0.99); energy is conserved to 1 %
with illumination off; noise off is bit-reproducible.
optics 的每個運算子都先檢驗輸入再計算(不讓任何東西無聲通過):
• 單位寫進參數名 —— _mm / _um / _deg / _mrad。把 mm 和 µm 弄混不會當掉,而是給出「看似合理卻是錯的答案」,所以用命名來防。這裡絕不從數值大小去猜單位。
• **字串一律 ValueError** —— float('50') 會成功,於是未解析的設定值會被當成長度混進來(實測:thin_lens('50', '200') 曾回傳看似合理的 66.667 mm)。bool 也按 True == 1 的隱式提升拒絕。
• **complex / masked array 一律 ValueError(僅接受實數槽位;拒絕無聲丟棄虛部或剝掉遮罩)。所有輸入中的 NaN/Inf 一律 ValueError**。
• 逐項點名拒絕除零及其近親:焦距 0、曲率半徑 0、折射率 <= 0、全不透明光闌(全為 0,正規化變成 0/0)、總和 <= 0 的 PSF、S0 = 0 的 Stokes 向量、物體位於前焦點(像在無窮遠)。
• 只有兩個運算子會回傳非有限值,而且都寫進了契約:depth_of_field 在超焦距以外回傳 far_mm = inf(這正是超焦距的定義),gaussian_beam 在束腰處回傳 wavefront_radius_mm = inf(平面波前的曲率半徑)。兩者都同時回傳一個有限的夥伴(far_is_infinite / curvature_per_mm)。**除此之外的無聲 NaN/Inf 都在內部檢出並 ValueError** ——「float64 溢位了」和「答案是無窮大」是兩種不同的主張,不能拿後者的臉去交付前者。
• 尺寸上限:生成網格受 optics.MAX_GRID(4096)限制,傳入的場/PSF/光闌受 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「小參數引發巨大內部配置」的路徑(實測:n_max=40 × 4096² 需要 108 GB)。
• 物理上不可能的狀態同樣拒絕:偏振度 > 1 的 Stokes 向量、負穿透率、負強度、n-|m| 為奇數等非法 Zernike 指標。
• mv_cables — ケーブル（規格・速度・給電・ロボットケーブル）
• mv_cameras — 産業用カメラメーカー（センサとの紐付け・ラインスキャン / TDI）
• mv_frame_grabbers — フレームグラバーボード（光学系ではないが、撮れるかを決める）
• mv_image_sensors — 産業用イメージセンサ（現行品中心）
• mv_standards — カメラインターフェースの規格と団体
• virtual_machine_vision — 仮想マシンビジョン — パラメータの洗い出しとオブジェクト模型
• 範例資料目錄(下載 URL / 授權) —— 2-D 用 skimage.data(BSD/公有領域)加合成圖,3-D 給出真實資料源(Stanford/PDS 等)的下載 URL。
• 運算子來歷與參考文獻 —— 該運算子族所依據的研究/方法出處。
• 演算法的正典(作者・年份)與用途見上面的族使用指南。
• lens_defect_dataset_demo — py -3.11 examples/lens_defect_dataset_demo.py
image2d 作為輸入)fraunhofer_pattern · psf_to_mtf · illumination_uniformity · surface_defect · defocus_blur
imaging_sim)psf_from_opd · distortion_map · defect_dataset · calibration_views
*Provenance: lensimage.py — OPTICS 運算子登記表。本條目由 tools/opdocs.py md 自動產生(請勿手動編輯)。*
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