watermedia op• データ種: rgbimage × image2d × image2d → table
• 呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.underwater_image(image, depth_map_m, distance_map_m, water_type='jerlov_I', wavelengths_um=None, illumination='daylight', backscatter=True, apply_ambient=False, beta_b_ratio=1.0, backscatter_ratio=0.02) -> 'dict' (実装を直接呼ぶなら import watermedia; watermedia.underwater_image(image, depth_map_m, distance_map_m, water_type='jerlov_I', wavelengths_um=None, illumination='daylight', backscatter=True, apply_ambient=False, beta_b_ratio=1.0, backscatter_ratio=0.02) -> 'dict'、台帳から引くなら opsoptics.get("underwater_image"))
• GPU: なし(CPU 参照実装のみ)
The image of a scene recorded through water (revised Jaffe-McGlamery model) -> dict.
Following Akkaynak & Treibitz (2018) the recorded image is I = J exp(-beta_D r) + B_inf (1 - exp(-beta_B r)): the direct signal J of the object attenuated along the camera-object distance r with a wavelength-dependent coefficient, plus backscatter, the veiling light B_inf that builds up along the same path with its own coefficient. image is (H, W, K), non-negative: the appearance of the object at zero distance, per band (K = 3 is RGB with the effective wavelengths 0.61 / 0.54 / 0.465 um, other K need wavelengths_um). depth_map_m is the depth of the scene below the surface and distance_map_m the distance to the camera, each (H, W) or a scalar. beta_D is the diffuse attenuation Kd of water_attenuation (used as the attenuation along the line of sight, an approximation that Akkaynak & Treibitz show to depend on range) and beta_B = beta_b_ratio beta_D. The veiling light is the single-scattering value B_inf = E(z) b_b / (2 c) with b_b = backscatter_ratio b and E(z) = E_0 exp(-Kd z) the daylight left at the depth (an assumption, not a measurement). illumination is "daylight" (flat relative spectrum 1) or a (K,) relative spectrum at the surface. With apply_ambient the object is also dimmed by the ambient light at its depth, J = image E(z); without it image is taken as it already is at the object, so that distance 0 returns it exactly. backscatter=False leaves pure Beer-Lambert. The table has image (the recording), direct, backscatter, transmission (exp(-beta_D r)), beta_D, beta_B, veiling_light (H, W, K), ambient (E(z)/E_0), wavelengths_um and, for RGB, red_to_blue_kd_ratio. Non-finite or negative inputs are refused.
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_water_transparent_media — py -3.11 examples/poc_water_transparent_media.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
watermedia)ocean_spectrum · ocean_height_field · fresnel_water_air · snell_window · refracted_view · water_attenuation · phase_function_hg · scattering_phase_petzold
*Provenance: watermedia.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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