psf_from_opd — OPTICS `imaging_sim` op

• 数据种类:table → image2d

• 调用: import fullseye as fs; fs.ledger.psf_from_opd(system, field=None, size=None, wavelength_um=None, pixel_pitch_um=None, oversample=4)(要直接调用实现,import lensimage; lensimage.psf_from_opd(system, field=None, size=None, wavelength_um=None, pixel_pitch_um=None, oversample=4);从台账取用则 opsoptics.get("psf_from_opd"))

用法

带真实像差的光瞳的衍射 PSF(image2d,总和为 1)。

> 以下的详细说明为原文 —— 摘要与标题已翻译。

The pupil function P = mask · exp(i·2π·W) comes from raytrace.opd_samples (*W* in waves on a size × size grid over the exit pupil; size=None picks a grid that keeps the phase below 0.4 waves per sample, up to MAX_PUPIL_SAMPLES; an explicit *size* that aliases is refused). The PSF is |FFT(P)|² on a zero-padded grid whose sample spacing is λ·F#·(size−1)/M ≈ λ·F#/oversample with the working f-number F# = 1/(2·NA_image) from raytrace.paraxial_trace. With *pixel_pitch_um* the fine PSF is area-integrated onto detector pixels of that pitch (each fine sample is binned into the pixel it falls in; the pitch must not be finer than the sample spacing).

Ground truth (tests/test_lensimage.py): an unaberrated pupil (the singlet stopped to a 1 mm semi-aperture) gives the Airy pattern — first dark ring at 1.22·λ·F# within 3 %, 83.8 % ± 1 % of the energy inside it; the f/4 singlet (11 waves of spherical aberration) has a Strehl ratio below 0.05 (peak versus the unaberrated peak of the same pupil).

该族通用的输入契约(fail-closed)

optics 的每个算子都先校验输入再计算(不让任何东西无声通过):

• 单位写进参数名 —— _mm / _um / _deg / _mrad。把 mm 和 µm 弄混不会崩溃,而是给出「看着合理却是错的答案」,所以用命名来防。这里绝不从数值大小去猜单位。

• 字符串一律 ValueError —— float('50') 会成功,于是未解析的配置值会被当成长度混进来(实测:thin_lens('50', '200') 曾返回看着合理的 66.667 mm)。bool 也按 True == 1 的隐式提升拒绝。

• complex / masked array 一律 ValueError(仅接受实数槽位;拒绝无声丢弃虚部或剥掉掩码)。所有输入中的 NaN/Inf 一律 ValueError。

• 逐项点名拒绝除零及其近亲:焦距 0、曲率半径 0、折射率 <= 0、全不透明光阑(全为 0,归一化变成 0/0)、总和 <= 0 的 PSF、S0 = 0 的 Stokes 矢量、物体位于前焦点(像在无穷远)。

• 只有两个算子会返回非有限值,而且都写进了契约:depth_of_field 在超焦距以外返回 far_mm = inf(这正是超焦距的定义),gaussian_beam 在束腰处返回 wavefront_radius_mm = inf(平面波前的曲率半径)。两者都同时返回一个有限的搭档(far_is_infinite / curvature_per_mm)。除此之外的无声 NaN/Inf 都在内部检出并 ValueError ——「float64 溢出了」和「答案是无穷大」是两种不同的主张,不能拿后者的脸去交付前者。

• 尺寸上限:生成网格受 optics.MAX_GRID(4096)限制,传入的场/PSF/光阑受 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「小参数引发巨大内部分配」的路径(实测:n_max=40 × 4096² 需要 108 GB)。

• 物理上不可能的状态同样拒绝:偏振度 > 1 的 Stokes 矢量、负透过率、负强度、n-|m| 为奇数等非法 Zernike 指标。

详细使用指南

• optics_imaging 族使用指南

背景知识指南(该算子背后的物理与约定)

• mv_cables — 线缆(规格、速度、供电、机器人线缆)

• mv_cameras — 工业相机厂商(与传感器的对应、线扫描 / TDI)

• mv_frame_grabbers — 图像采集卡(不属于光学系统,却决定能否采到图像)

• mv_image_sensors — 工业图像传感器(以现行产品为主)

• mv_standards — 相机接口规格与标准组织

• virtual_machine_vision — 虚拟机器视觉 —— 梳理参数与对象模型

参考(示例数据、文献)

• 示例数据目录(下载 URL / 许可证) —— 2-D 用 skimage.data(BSD/公有领域)加合成图,3-D 给出真实数据源(Stanford/PDS 等)的下载 URL。

• 算子来历与参考文献 —— 该算子族所依据的研究/方法出处。

• 算法的正典(作者、年份)与用途见上面的族使用指南。

可运行的示例(实际调用该算子并已验证的样例)

• lens_defect_dataset_demo — py -3.11 examples/lens_defect_dataset_demo.py

类型可衔接的下一个算子(可接受 `image2d` 作为输入)

fraunhofer_pattern · pupil_psf · pupil_blur · psf_to_mtf · edge_spread · veiling_glare_index · emva_pair_statistics · emva_defect_pixels

同类别(`imaging_sim`)

distortion_map · render_through_lens · defect_dataset · calibration_views

*Provenance: lensimage.py — OPTICS 算子登记表。本条目由 tools/opdocs.py md 自动生成(请勿手工编辑)。*

psf_from_opd — OPTICS imaging_sim op

用法