watermedia op• 資料種類:無 → table(僅由參數決定的運算子 —— 不接受影像或資料輸入)
• 呼叫: import fullseye as fs; fs.ledger.ocean_spectrum(wind_speed_mps, fetch_m=None, kind='pierson_moskowitz', omega=None, gamma=3.3) -> 'dict'(要直接呼叫實作,import watermedia; watermedia.ocean_spectrum(wind_speed_mps, fetch_m=None, kind='pierson_moskowitz', omega=None, gamma=3.3) -> 'dict';從台帳取用則 opsoptics.get("ocean_spectrum"))
• GPU:無(僅 CPU 參考實作)
風浪的一維波譜 S(ω),及有效波高與峰值週期 -> 字典。
> 以下的詳細說明為原文 —— 摘要與標題已翻譯。
pierson_moskowitz (Pierson & Moskowitz 1964, a fully developed sea): S = alpha g^2 omega^-5 exp(-1.25 (omega_p / omega)^4) with alpha = 0.0081 and omega_p = (4 beta / 5)^(1/4) g / U = 0.877 g / U (U is the wind speed at 10 m). Its zeroth moment is m0 = alpha U^4 / (4 beta g^2) so Hs = 4 sqrt(m0) = 0.2092 U^2 / g (the rule of thumb is 0.21 U^2 / g); hs_closed_form_m is that value (None where there is no closed form) and hs_m the numerical integral of the returned spectrum. jonswap (Hasselmann et al. 1973) multiplies the same shape by the peak enhancement gamma ** exp(-(omega - omega_p)^2 / (2 sigma^2 omega_p^2)) (gamma = 3.3, sigma = 0.07 below the peak and 0.09 above). With fetch_m the fetch-limited alpha = 0.076 (U^2 / (F g))^0.22 and omega_p = 22 (g^2 / (U F))^(1/3) are used, without it the fully developed Pierson-Moskowitz alpha and omega_p: JONSWAP with gamma = 1 is then exactly Pierson-Moskowitz. omega is an optional increasing grid (rad/s); the default is 6000 points on a logarithmic grid from 0.15 to 25 times omega_p. The table has omega, S, hs_m, tp_s (2 pi / omega_p), omega_peak (the parameter), omega_peak_numeric (the maximum of S) and m0. A negative or zero wind or fetch is refused; fetch_m with the fully developed kind is refused too.
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。但已宣告的缺測除外:bottle_fit_from_pattern 的 u_map 以 NaN 接收未能測得的像素(∞ 仍被拒絕)。
• 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。但已宣告的缺測除外:bottle_background_map 對光線不可用的像素(全反射等)在 u_mm 中回傳 NaN,並同時回傳 valid 遮罩和數量。
• 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。
• 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。
• poc_water_transparent_media — py -3.11 examples/poc_water_transparent_media.py
table 作為輸入)abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd
watermedia)ocean_height_field · fresnel_water_air · snell_window · refracted_view · water_attenuation · underwater_image · phase_function_hg · scattering_phase_petzold
*Provenance: watermedia.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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