plenoptic_refocus_depth — OPTICS plenoptic op

• Datenarten: lightfield × table → table

• Aufruf: import fullseye as fs; fs.ledger.plenoptic_refocus_depth(lf, system, slope) (die Implementierung direkt: import plenoptic; plenoptic.plenoptic_refocus_depth(lf, system, slope); aus dem Register: opsoptics.get("plenoptic_refocus_depth"))

• GPU: nein (nur CPU-Referenzimplementierung)

Verwendung

Die Lichtfeld-Refokus-Steigung in eine Objektentfernung in Metern umrechnen.

> Die ausführliche Beschreibung unten ist der Originaltext — Zusammenfassung und Überschriften sind übersetzt.

*slope* is in the unit of lightfield.lf_refocus and lightfield.lf_depth_from_focus on a field from plenoptic_decode: decoded spatial samples (lenslets) of parallax per view step. Zero slope is the main-lens conjugate of the MLA plane and maps to the configured object distance.

Paraxial model of the unfocused (1.0) camera, in the geometry plenoptic_capture traces. plenoptic_decode samples U views across one lenslet pitch, so one view step moves the exit-pupil coordinate by dX = (pitch/U) * xp_radius / (microimage_diameter/2). A point imaged delta behind the MLA plane, with the exit pupil D in front of it, shifts on the MLA by dX * delta/(D+delta) per view, hence slope = (dX/pitch) * delta/(D+delta); Newton's equation of the paraxial main lens turns the image position into the object distance.

Before 2026-11-04 the image shift was slope * angular_step * pitch with angular_step = pixel_pitch/mla_to_sensor -- a factor 1/angular_step**2 (~3000x for the PoC camera) too small, so every measured slope mapped back to the focus distance. The relation is now gated against rays traced forward through the prescription (tests/test_plenoptic.py): rel. error below 1e-6 for an ideal lens and 2e-4 for the PoC's three-element lens.

Sign: follows plenoptic_capture's non-inverting pixel-to-pupil map, which is the opposite of a physical lenslet; negate real-sensor slopes.

Limits: it is paraxial. Spherical aberration of a real aperture moves the best-focus slope of the full pupil away from the paraxial one -- for the PoC lens at F/3.7 the decoded 1.0 m plane sits at slope -0.029, not 0 (measured in examples/poc_plenoptic_camera.py). depth_resolution_m is half the depth span of a slope change of +-1/(U-1): one decoded sample of parallax across the full angular baseline.

Raises ValueError: *lf* not (V,U,H,W), V != U (one slope cannot describe two different per-view pupil steps), fewer than two views, a focused (2.0) system (its MLA is not at the main-lens image plane, so slope means something else), a non-finite slope, or a slope whose image point lies at or beyond the exit pupil (slope*pitch/dX >= 1).

Familienweiter Eingabevertrag (fail-closed)

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|.

Ausführlicher Anwendungsleitfaden

• Leitfaden zur Familie optics_imaging

Referenzen (Beispieldaten, Literatur)

• 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.

Ausführbare Beispiele (verifizierte Samples, die diesen Operator wirklich aufrufen)

• poc_plenoptic_camera — py -3.11 examples/poc_plenoptic_camera.py

Typkompatible Folge-Operatoren (nehmen table als Eingabe)

abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd

Gleiche Kategorie (plenoptic)

mla_surface · plenoptic_system · plenoptic_capture · plenoptic_mla_calibrate · plenoptic_decode


*Provenance: plenoptic.py — OPTICS Operator-Registry. Diese Notiz wird von tools/opdocs.py md erzeugt (nicht von Hand bearbeiten).*

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