watermedia 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.refracted_view(points_xyz, eye_xyz, surface='flat', n_water=None, wavelength_um=0.55) -> 'dict' (die Implementierung direkt: import watermedia; watermedia.refracted_view(points_xyz, eye_xyz, surface='flat', n_water=None, wavelength_um=0.55) -> 'dict'; aus dem Register: opsoptics.get("refracted_view"))
• GPU: nein (nur CPU-Referenzimplementierung)
Wo ein Unterwasserpunkt für eine Kamera über einer ebenen oder welligen Oberfläche erscheint (Fermatsches Prinzip) -> dict.
> Die ausführliche Beschreibung unten ist der Originaltext — Zusammenfassung und Überschriften sind übersetzt.
points_xyz is (M, 3) (or one point), z up and the mean water level z = 0; eye_xyz is the camera, above the surface. A point with z >= surface height is in the air and is returned unchanged (in_air True, no refraction point). For an underwater point the path from the point to the eye is the one of stationary optical length n |R - P| + |E - R| over the crossing point R on the surface; at that point Snell's law n sin(theta_w) = sin(theta_a) holds. Flat surface: the crossing lies in the vertical plane through the point and the eye and is the unique root of the Snell condition (found by bisection to machine precision); the apparent position is the point seen along the eye ray continued below the surface to the horizontal position of the true point: its depth is x h / (s - x) and tends to d / n for a camera straight above. Wavy surface: surface is a table with height (square, periodic) and extent_m, as returned by ocean_height_field; the crossing is found by Newton iteration on the gradient of the optical path with bicubic heights and normals, started from the flat solution; the vector Snell condition n (d_w x N) = d_a x N is verified at the result and a point that fails it (or does not converge) is returned as NaN with converged False. The table has apparent (M, 3), refraction_point (M, 3), converged, in_air, snell_residual (flat: |n sin(theta_w) - sin(theta_a)|, wavy: the norm of the vector residual), apparent_depth_m and n_water. A caustic can make several paths possible; the one found is the stationary point nearest the flat solution, or (when the Newton iteration fails on steep ripples) the shortest optical path on a local grid.
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_water_transparent_media — py -3.11 examples/poc_water_transparent_media.py
table als Eingabe)abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd
watermedia)ocean_spectrum · ocean_height_field · fresnel_water_air · snell_window · water_attenuation · underwater_image · phase_function_hg · scattering_phase_petzold
*Provenance: watermedia.py — OPTICS Operator-Registry. Diese Notiz wird von tools/opdocs.py md erzeugt (nicht von Hand bearbeiten).*
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