watervision op• Datenarten: keine → table (ein Operator, der allein durch seine Argumente bestimmt ist — er nimmt kein Bild und keine Daten entgegen)
• Aufruf: import fullseye as fs; fs.ledger.bottle_background_map(radius_mm, wall_mm, height_mm, fill_fraction, n_glass, n_liquid, background_distance_mm=150.0, camera_distance_mm=500.0, pixel_pitch_um=20.0, size=None, n_air=1.0) -> 'dict' (die Implementierung direkt: import watervision; watervision.bottle_background_map(radius_mm, wall_mm, height_mm, fill_fraction, n_glass, n_liquid, background_distance_mm=150.0, camera_distance_mm=500.0, pixel_pitch_um=20.0, size=None, n_air=1.0) -> 'dict'; aus dem Register: opsoptics.get("bottle_background_map"))
• GPU: nein (nur CPU-Referenzimplementierung)
Wohin jeder Pixel einer teilweise gefüllten Flasche auf einem flachen gemusterten Hintergrund blickt -> dict (die Karte der Hintergrundkoordinate u in mm).
> Die ausführliche Beschreibung unten ist der Originaltext — Zusammenfassung und Überschriften sind übersetzt.
The same bottle and camera as bottle_image (outer radius radius_mm, glass wall wall_mm, height height_mm, axis vertical, base at z = 0, pinhole camera_distance_mm from the axis, rows are the horizontal sections, pixel_pitch_um in the plane of the axis, row j at z = height - (j + 0.5) pitch), but instead of a brightness it returns the coordinate u (mm, along the image rows) at which the ray of every pixel meets a flat pattern background_distance_mm behind the axis. A pattern drawn on that plane (stripes, a checkerboard) is then seen at pattern(u): that is the distortion the bottle imposes. The liquid (n_liquid) fills the bottle to fill_fraction * height_mm with a flat surface; no meniscus, no bubbles. The ray of every row is traced through the circles of the section (outer wall, inner wall) with the vector form of Snell's law; the vertical position on the background is the row's own height (the rows are independent, as in bottle_image: no refraction at the shoulder or the base, no tilt out of the section).
The table has u_mm (rows, cols; NaN where the pixel cannot be used), valid (True where u_mm is a number), weight (the Fresnel transmittance product of the ray, 1 outside the bottle; multiply the pattern contrast by it), u_straight_mm (the column coordinate without a bottle, x (dc + db) / dc), x_mm, z_mm, pixel_pitch_mm, fill_row_from_top, liquid_rows, fill_z_mm, the counts tir_rays (rays that met a total internal reflection), backward_rays and unresolved_rays (all of them left NaN, never a guess) and the inputs echoed. Rows of equal geometry are computed once, so they are bit identical. n_glass <= 1, n_liquid <= 1, n_air < 1 or not below both, a fill outside [0, 1], a wall not thinner than the radius, a background not behind the bottle and a camera not further than one diameter are refused.
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. Ausnahme, ausdrücklich erklärt: Das u_map von bottle_fit_from_pattern nimmt nicht gemessene Pixel als NaN entgegen (Unendlich wird weiterhin abgelehnt).
• 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. Ausnahme, ausdrücklich erklärt: bottle_background_map liefert für Pixel mit unbrauchbarem Strahl (Totalreflexion u. Ä.) NaN in u_mm, zusammen mit einer valid-Maske und den Anzahlen.
• 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.
• poc_bottle_pattern_inverse — py -3.11 examples/poc_bottle_pattern_inverse.py
table als Eingabe)abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd
watervision)caustic_irradiance · bottle_image · fill_level_from_image · bottle_fit_from_pattern · wet_surface_appearance · wet_dry_inspection_pair · underwater_inspection_image · caustic_floor_segmentation
*Provenance: watervision.py — OPTICS Operator-Registry. Diese Notiz wird von tools/opdocs.py md erzeugt (nicht von Hand bearbeiten).*
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