wave op• 데이터 종류: image2d → image2d
• 호출: import fullseye as fs; fs.ledger.pupil_psf(pupil, defocus_waves=0.0, wavelength_um=0.55, f_number=5.6, oversample=4, pixel_pitch_um=None, opd_waves=None)(구현을 직접 호출하려면 import optics; optics.pupil_psf(pupil, defocus_waves=0.0, wavelength_um=0.55, f_number=5.6, oversample=4, pixel_pitch_um=None, opd_waves=None), 원장에서 가져오려면 opsoptics.get("pupil_psf"))
임의 형상의 동공과 디포커스의 회절 PSF(총합 1).
> 아래 상세 설명은 원문입니다 —— 요약과 제목은 번역되어 있습니다.
*pupil* is a square (n, n) amplitude transmittance (0 = opaque, 1 = clear; a binary mask is the usual case) drawn on a grid whose full width is the pupil's clear diameter D — so a circle filling the grid is a conventional round stop, a W-shaped band or an off-axis hole inside the grid is just a different mask, and f_number = f / D refers to that full width in every case. The wavefront over the grid is W(rho) = defocus_waves * rho^2 (+ opd_waves) with rho the radius from the grid centre normalised to 1 at the grid half-width (the Seidel defocus W20; defocus_from_shift converts an axial shift to it), and the PSF is the Fraunhofer intensity of the pupil function
PSF = | FFT{ pupil * exp(i 2 pi W) } |^2
on a zero-padded M x M grid, M = n * oversample (rounded up to even), centred on sample M//2 and normalised to unit sum. The image plane sample spacing is
dx = lambda * N * n / M ~= lambda * N / oversample [um]
— with *pixel_pitch_um* the fine PSF is area-integrated onto detector pixels of that pitch (odd (K, K), centred on a pixel, unit sum), which is what an image convolution needs; the pitch must not be finer than dx. Without it the fine PSF is returned and dx is yours to compute from the formula (an image cannot carry it).
Returns a float64 image2d.
Ground truth it reproduces (measured, tests/test_optics.py):
• a circle filling a 64-sample grid, oversample = 16: the first dark ring at 1.2197 lambda N within 0.5 % of the Airy value (three wavelength / f-number pairs), and the same ring at the same *micrometre* radius within 5 % after binning to a pixel pitch of lambda N / 8 (2.1 % measured — the parabolic minimum on a 9.8-pixel ring, not the binning) — so the pitch bookkeeping is right in physical units, not only in samples; the binned spot is centro-symmetric to 1e-17 and correlates with airy_pattern sampled at the same pitch at 0.99999 (0.9999 at lambda N / 4, 0.9997 at lambda N / 3);
• pure defocus of a circular pupil: the on-axis intensity relative to the unaberrated peak is the closed-form [sin(pi W20)/(pi W20)]^2 (0.405 at half a wave, 0 at one wave — the dark centre of the one-wave defocused Airy spot), within 1 %;
• defocus_waves = 0 and a clear circular pupil is the Airy pattern of airy_pattern to the sampling of the disc edge;
• the sign identity: for a real pupil, -W is the complex conjugate of +W, so PSF(-W)(x) = PSF(+W)(-x) exactly. The test pins it on a W-shaped band: the two PSFs are mirror images through the centre to 1e-12, and they are *not* equal to each other (the W pupil is asymmetric, so the direction of defocus is visible in the blur), while for the circle they are equal (a symmetric pupil cannot tell the sign). Rotating the W pupil by 90/180/270 degrees rotates the PSF the same way (checked, so the asymmetry is the pupil's, not the grid's).
Raises ValueError: *pupil* is not 2-D, not square, smaller than 2x2, over the size cap, complex, masked or non-finite; negative transmittance; an all-opaque pupil (nothing to diffract, the normalisation would be 0/0); *opd_waves* not the same shape as *pupil*; non-finite *defocus_waves*; non-positive or non-finite *wavelength_um* / *f_number* / *pixel_pitch_um*; *oversample* outside [1, 64]; an FFT side over MAX_PUPIL_FFT; an aliased phase — more than MAX_WAVES_PER_SAMPLE waves between neighbouring pupil samples (the message says how many samples the grid needs); a pixel pitch finer than the fine sample spacing (raise *oversample*).
Scalar Fraunhofer optics: no polarisation, no high-NA obliquity, no pupil apodisation by the lens itself. The defocus term is the paraxial rho^2 (see defocus_from_shift). A pupil that reaches the grid edge is fine (the zero padding is the field stop); a pupil *larger* than the grid cannot be expressed — widen the grid and lower f_number.
optics 의 모든 연산자는 입력을 검증한 뒤에 계산합니다(조용히 통과시키지 않습니다):
• 단위는 인자 이름에 넣습니다 — _mm / _um / _deg / _mrad. mm 와 µm 를 혼동하면 crash 가 아니라 「그럴듯하게 틀린 답」이 나오므로 이름으로 막습니다. 크기로 단위를 추측하는 처리는 일절 하지 않습니다.
• 문자열은 ValueError —— float('50') 은 성공하므로 파싱되지 않은 설정값이 길이로 통과해 버립니다(실측: thin_lens('50', '200') 이 그럴듯한 66.667 mm 를 돌려주고 있었습니다). bool 도 True == 1 의 암묵 승격으로 보고 거부합니다.
• complex / masked array 는 ValueError(실수 슬롯만. 허수부의 무언 절삭·마스크 벗기기를 거부).NaN/Inf 는 모든 입력에서 ValueError.
• 0 나눗셈과 그 친척들을 이름을 들어 거부: 초점거리 0, 곡률반경 0, 굴절률 <= 0, 불투명한 조리개(전부 0 이라 정규화가 0/0), 총합 <= 0 인 PSF, S0 = 0 인 스토크스 벡터, 물체가 앞쪽 초점에 있는 경우(상이 무한대).
• 비유한 값을 돌려주는 것은 2 개 연산자뿐이며, 둘 다 계약으로 명시: depth_of_field 의 과초점거리 너머 far_mm = inf(그것이 과초점거리의 정의)와 gaussian_beam 의 허리에서의 wavefront_radius_mm = inf(평면 파면의 곡률반경). 둘 다 유한한 짝(far_is_infinite / curvature_per_mm)을 함께 돌려줍니다. 그 밖의 무언 NaN/Inf 는 내부에서 검출해 ValueError —— 「float64 가 넘쳤다」와 「답이 무한대다」는 다른 주장이므로, 후자의 얼굴로 전자를 돌려주지 않습니다.
• 크기 상한: 생성 격자는 optics.MAX_GRID(4096), 넘겨받은 필드/PSF/조리개는 optics.MAX_FIELD_ELEMENTS(2^24), ABCD 소자열은 optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS(1024), Zernike 는 MAX_ZERNIKE_TERMS(512)/ MAX_ZERNIKE_ORDER(40)/ MAX_ZERNIKE_BASIS(2^25). 작은 인자에서 거대한 내부 할당이 일어나는 경로(실측: n_max=40 × 4096² 로 108 GB)를 fail-closed 로 막습니다.
• 물리적으로 불가능한 상태도 거부: 편광도 > 1 인 스토크스 벡터, 음의 투과율, 음의 강도, n-|m| 이 홀수인 잘못된 Zernike 첨자 등.
• 샘플 데이터 카탈로그(DL URL / 라이선스) —— 2-D 는 skimage.data(BSD/public)+ 합성, 3-D 는 실데이터 소스(Stanford/PDS 등)의 DL URL.
• 연산자의 내력·참고문헌 —— 이 연산자 족의 바탕이 된 연구/기법의 출처.
• 알고리즘의 정전(저자·연도)과 용도는 위의 패밀리 사용 가이드에 적혀 있습니다.
• optics_imaging — py -3.11 examples/optics_imaging.py
image2d 를 입력으로 받는 것)fraunhofer_pattern · pupil_blur · psf_to_mtf · edge_spread · veiling_glare_index · emva_pair_statistics · emva_defect_pixels · polarization_demosaic
wave)airy_pattern · angular_spectrum_propagate · fraunhofer_pattern · fourier_plane_filter · four_f_filter · gaussian_beam · defocus_from_shift · pupil_blur
*Provenance: optics.py — OPTICS 연산자 레지스트리. 이 op 노트는 tools/opdocs.py md 가 자동 생성합니다(직접 편집하지 마세요).*
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