fpm op• データ種: table → table
• 呼び出し: 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') (実装を直接呼ぶなら 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')、台帳から引くなら opsoptics.get("fp_reconstruct"))
• GPU: なし(CPU 参照実装のみ)
低解像の像の組から高解像の振幅と位相を戻す(table、kind="fp_result")。収束しなければ拒否する。
逐次の位相回復(Ou ら 2014 の EPRY、ePIE と同じ形): 照明の NA の小さい順に 1 枚ずつ、推定の低解像の場の振幅を測った振幅に置き換え、その差で物体のスペクトルを alpha 、瞳を beta の歩幅で直す(瞳は pupil_start 回目から、円の外は 0 に保つ)。
• pupil_degree(既定 4): 瞳の位相の更新を、円の上で直交化した 2〜4 次の多項式(12 個。デフォーカス・非点・コマ・球面などの低次の収差)へ射影し、振幅は 1 に保つ。None は画素ごとに自由な EPRY(原論文の形)—— ★自由な瞳は雑音を吸って残差が下がり続け、停留しない(32 画素・25 枚の合成で 200 回後も 10 回あたり 1 % 超)。
• upsample: 高解像の格子の倍率。None なら照明の NA が入り、画素が λ/(2 NA_syn) 以下になる最小の整数。
• led_correction: led_start 回目から、像ごとに瞳の中心を ±1 画素の 9 通りで試して残差の最小を取り(同点は丸めた値で比べ、候補の宣言順で先のもの)、続けて表の led_xyz_mm に LED アレイの幾何(ずれ x・y、回転、高さ)を最小二乗で当て、中心をその予測に置き直す(Sun ら 2016 の焼きなましを決定的な局所探索に替えたもの)。
• intensity_correction: 3 回目から像ごとの明るさの比を推定の平均に合わせる(LED の明るさが分からない実データ向け)。照明の NA が最小の像は基準として動かさない —— ★全部を動かすと、推定が明るくなれば測った像も明るくし直す正の帰還になり、実データで残差が 200 回で 2 万倍に発散した(瞳を多項式に射影したとき)。
• 収束: 振幅の相対残差の不動点 かつ 初期値の違う 2 本(starts=2)が agree_tol 以内で一致。残差が下がらない・回数が尽きた・2 本が別の答えに着いた、のどれでも「収束しない」。on_fail="raise"(既定)は FPNotConvergedError(MetricContractError、record に記録)、"record" は記録を返す(converged=False)。
• starts=1 は一意性の門を通らない(停留だけで converged=True になりうる): uniqueness_checked が False になり、reason に「uniqueness not checked」を足す。
• 残差の上限: 収束の判定は残差の変化しか見ない。最後の残差が RESIDUAL_WARN(0.1)を超えたら residual_warning=True にし、reason に警告を足す(判定は変えない)。合成で実測: 収束した復元は 0.004〜0.03 (rms 0.12 波の収差を含む)、照明の k と無関係な乱数の像は初期値 1 本で停留して 0.17。
返り値: dict(kind="fp_result", converged, reason, n_iter, residual, residual_history, residual_history_starts, step_history(1 周ごとの物体のスペクトルの相対変化), start_disagreement, field_second_start, amplitude, phase, field, pupil, pupil_support, na_synthetic (= NA_obj + 使った照明の NA の最大、対角の LED を含む), na_synthetic_axis(x・y の方向余弦の最大で取った値 = 軸に沿った棒の分解を決める値), pixel_um, upsample, margin_px, led_centres, led_geometry, intensity_scale, uniqueness_checked, residual_warning, residual_ceiling)。
Raises: ValueError(表が欠けている・値が範囲外、像のエネルギーが 0(露光で割った後、端を除いた全部の像の和)、LED の補正で当てはめた幾何が瞳の中心を高解像の格子の外に置いた)。
optics の全 op は入力を検証してから計算する(黙って通さない):
• 単位は引数名に埋め込む — _mm / _um / _deg / _mrad。mm と µm の取り違えは crash ではなく「もっともらしく間違った答え」なので、名前で防ぐ。大きさから単位を推測する処理は一切しない。
• 文字列は ValueError — float('50') は成功してしまうため、未パースの設定値が長さとして通り抜ける(実測: thin_lens('50', '200') がもっともらしい 66.667 mm を返していた)。bool も True == 1 の暗黙昇格として拒否。
• complex / masked array は ValueError(実数枠のみ。虚部の無言切り捨て・マスク剥がしを拒否)。NaN/Inf は全入力で ValueError。ただし宣言された欠測を除く: bottle_fit_from_pattern の u_map は測れなかった画素を NaN で受け取る(∞ は拒否)。
• 0 除算とその親戚を名指しで拒否: 焦点距離 0・曲率半径 0・屈折率 <= 0・不透明な開口(全 0 なので正規化が 0/0)・総和 <= 0 の PSF・S0 = 0 の Stokes ベクトル・物体が前側焦点にある(像が無限遠)。
• 非有限を返すのは 2 op だけ、しかも契約として明記: depth_of_field の過焦点距離以遠の far_mm = inf(それが過焦点距離の定義)と gaussian_beam のウエストでの wavefront_radius_mm = inf(平面波面の曲率半径)。どちらも有限の相棒(far_is_infinite / curvature_per_mm)を併せて返す。それ以外の無言 NaN/Inf は内部で検出して ValueError —「float64 が溢れた」と「答えが無限大」は別の主張なので、後者の顔で前者を返さない。ただし宣言された欠測を除く: bottle_background_map は光線が使えない画素(全反射など)の u_mm を NaN で返し、valid マスクと本数を併せて返す。
• サイズ上限: 生成格子は optics.MAX_GRID(4096)、供給された場/PSF/開口は optics.MAX_FIELD_ELEMENTS(2^24)、ABCD 素子列は optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS(1024)、Zernike は MAX_ZERNIKE_TERMS(512)/ MAX_ZERNIKE_ORDER(40)/ MAX_ZERNIKE_BASIS(2^25)。小さな引数から巨大な内部確保が起きる経路(実測: n_max=40 × 4096² で 108 GB)を fail-closed で塞ぐ。
• 物理的に不可能な状態も拒否: 偏光度 > 1 の Stokes ベクトル、負の透過率、負の強度、n-|m| が奇数などの不正な Zernike 添字。
• サンプルデータ カタログ(DL URL / ライセンス) — 2-D は skimage.data(BSD/public)+ 合成、3-D は実データ源(Stanford/PDS 等)の DL URL。
• 演算子の来歴・参考文献 — この op 族の元になった研究/手法の出典。
• アルゴリズムの正典(著者・年)と用途は上記ファミリ使い方ガイドに記載。
• poc_fourier_ptychography — py -3.11 examples/poc_fourier_ptychography.py
table を入力に取れる)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 operator registry. この per-op ノートは tools/opdocs.py md が自動生成(手編集しない)。*
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