shape_from_polarization op• Datenarten: polsweep → table
• Aufruf: import fullseye as fs; fs.ledger.sfp_normals(sweep, refractive_index=1.5, model='specular', angles_deg=(0.0, 45.0, 90.0, 135.0), violation_tol=0.05, out_of_range='invalid') (die Implementierung direkt: import sfpolar; sfpolar.sfp_normals(sweep, refractive_index=1.5, model='specular', angles_deg=(0.0, 45.0, 90.0, 135.0), violation_tol=0.05, out_of_range='invalid'); aus dem Register: opsoptics.get("sfp_normals"))
• GPU: nein (nur CPU-Referenzimplementierung)
Vom Polarisator-Sweep zur expliziten Menge der Kandidaten-Normalen je Pixel — 2 im diffusen, 4 im spiegelnden Modell (2 Zenit × 2 Azimut) (table).
> Die ausführliche Beschreibung unten ist der Originaltext — Zusammenfassung und Überschriften sind übersetzt.
*sweep* is an (N, H, W) stack through linear analysers at *angles_deg* (the polsweep sort; optics.polarization_demosaic gives it from a raw mosaic). Per pixel the sinusoid I(t) = a0 + a1 cos 2t + a2 sin 2t is fitted (the same least-squares fit as specularity.polarization_dolp_map), giving DoLP = hypot(a1, a2)/a0 and AoLP = 0.5 atan2(a2, a1); then dolp_to_zenith and aolp_to_azimuth give the zenith and azimuth candidates.
A fitted minimum below zero (modulation above the mean, DoLP > 1) is impossible for light. Near Brewster's angle the true minimum is ~0, so sensor noise pushes it slightly negative; *violation_tol* is the largest excess DoLP - 1 that is read as noise (DoLP clipped to 1). A larger excess marks the pixel invalid — the frames do not match *angles_deg*, or the pixel saw something other than a polariser sweep. Such a pixel is reported in violation, never silently clipped. (specularity.polarization_dolp_map refuses the whole image instead; a shape map with one hot pixel is still a shape map, so here the decision is per pixel and sfp_disambiguate refuses invalid pixels inside its mask by default.)
*out_of_range*: a DoLP that no zenith produces (diffuse model, above (n^2-1)/(n^2+1)) makes the pixel "invalid" (default) or is "clamp"-ed to the reachable limit and kept, flagged in clamped.
Returns a dict (a table, marked kind == "sfp_candidates"):
• candidates (K, H, W, 3) unit normals; specular order is [low zenith & azimuth 0, low & azimuth 1, high & azimuth 0, high & azimuth 1], diffuse [azimuth 0, azimuth 1]. Zero vectors at invalid pixels (see valid) — never NaN, never a made-up unit normal.
• zenith_deg (1|2, H, W), azimuth_deg (2, H, W), dolp, aolp_deg, intensity (S0) (H, W).
• n_distinct (H, W) — how many genuinely different normals the pixel admits: 4 (specular), 2 at Brewster's angle or for the diffuse model, 0 where nothing fits or the pixel is dark.
• valid (H, W) bool — lit, physically possible and invertible; violation / clamped (H, W) bool — why a pixel is suspect.
• dark (H, W) bool — the fitted mean a0 = S0/2 is at most specularity.POLAR_DARK_K (3) × the noise of the modulation amplitude σ_A = σ̂·√(v₁+v₂) (v = the diagonal of the fit's (MᵀM)⁻¹; σ̂ = one noise level for the image, from the median per-pixel residual of the N > 3 frames, χ²-median corrected), i.e. the DoLP's own noise would be 1/3 or more: no degree of polarisation is defined there, so the pixel is not lit (valid False, n_distinct 0). ★Before 2026-11-09 only a0 > 0 was required, and clipped sensor noise in a dark region (σ 0.001 of a scene peaking at 1) gave DoLP ≈ 1 and Brewster-angle normals on 26–28 % of the dark pixels, all valid. (A first fix used a floor relative to the brightest 1 % of the image, which ignored the noise: it killed a dark diffuse object next to specular highlights and fell into the noise when the bright part was under 1 % of the image.) A frame that does not belong to the sweep raises the residual to the level of the signal, and then every pixel is dark — the sweep defines no DoLP anywhere (fail-closed); the violation flags are still computed independently of dark. With three angles there is no residual and only a0 <= 0 is dark — noise-only dark pixels are not screened.
• dolp_noise (H, W) — the DoLP's noise level σ_A/a0 (0 on unlit pixels — they have no DoLP, see valid / dark), and noisy = lit pixels with dolp_noise > violation_tol — a flag only (valid is not changed by it): their DoLP, hence their zenith, is mostly noise. With three angles dolp_noise is None and noisy all False. ★One σ̂ for the image assumes stationary noise; shot noise grows with the signal, so treat the flag as a screen.
• model, refractive_index, brewster_deg.
Nothing here chooses among the candidates; a single "best" normal map returned at this stage would be a guess dressed as a measurement.
Raises ValueError: not an (N, H, W) stack of >= 3 finite non-negative frames; angles that do not match or do not determine the fit; *violation_tol* outside [0, 1]; index not > 1; unknown *model* / *out_of_range*.
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_shape_from_polarization — py -3.11 examples/poc_shape_from_polarization.py
table als Eingabe)abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd
shape_from_polarization)sfp_dolp_model · dolp_to_zenith · aolp_to_azimuth · sfp_render · sfp_disambiguate · sfp_estimate_index · sfp_height
*Provenance: sfpolar.py — OPTICS Operator-Registry. Diese Notiz wird von tools/opdocs.py md erzeugt (nicht von Hand bearbeiten).*
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