fpm op• 資料種類:無 → table(僅由參數決定的運算子 —— 不接受影像或資料輸入)
• 呼叫: import fullseye as fs; fs.ledger.fp_design(na_obj=0.1, wavelength_um=0.532, led_pitch_mm=4.0, led_distance_mm=70.0, n_side=13, magnification=4.0, camera_pixel_um=5.2, target_na=None, field_of_view_um=None, boundary_tolerance_na=0.005)(要直接呼叫實作,import fourierptycho; fourierptycho.fp_design(na_obj=0.1, wavelength_um=0.532, led_pitch_mm=4.0, led_distance_mm=70.0, n_side=13, magnification=4.0, camera_pixel_um=5.2, target_na=None, field_of_view_um=None, boundary_tolerance_na=0.005);從台帳取用則 opsoptics.get("fp_design"))
• GPU:無(僅 CPU 參考實作)
在拍攝之前用閉式求出傅立葉疊層成像的性能(table):合成 NA、截止週期、頻譜重疊率、LED 數量與像素取樣。
正方形網格(n_side × n_side,間距 led_pitch_mm)的 LED 置於樣品下方 led_distance_mm 處, 中心 LED 對準光軸的配置。
• 照明 NA:軸上邊緣 LED 的 NA_ill = e/√(e² + h²)(e = (n_side − 1)/2 · 間距),也傳回對角角落的值。
• 合成 NA = NA_obj + NA_ill(軸)。對於線條沿軸向的 USAF 解析度板,決定解析度的是軸向值(對角 LED 不會把僅含 x 的頻率送入光瞳)。同調截止週期 λ/NA_syn(僅物鏡時為 λ/NA_obj),半週期 λ/(2 NA_syn)。
• 重疊率:中心 LED 與其相鄰 LED 的光瞳圓(半徑 NA_obj/λ,圓心間距 = sinθ 之差/λ)的交集面積 / 圓面積 = (2/π)[acos a − a√(1 − a²)],a = d/(2r)。中心處最小(越往外 sinθ 的間隔越窄),也傳回邊緣的值。overlap_ok = 中心值 ≥ 0.35(Sun 等人 2016 的下限)。
• 取樣:物方像素 Δx = camera_pixel_um / magnification 不大於 λ/(2 NA_obj)(R_cam = λ·M/(2 NA_obj Δx_cam) ≥ 1)。也傳回以強度頻寬計的奈奎斯特 λ/(4 NA_obj)(FP 還原的是場,所以 λ/(2 NA_obj) 即足夠)。
• 上取樣倍率:使高解析度像素不大於 λ/(2 NA_syn) 的最小整數。
• 邊界 LED:照明 NA 與 NA_obj 相差在 boundary_tolerance_na 以內的 LED 數(boundary_leds)。其影像位於明場與暗場的交界,光瞳邊緣是否切到照明的 0 階會因 k 捨入 1 個像素而翻轉 —— 實測中重疊率 39 % 的配置僅因這一個 LED 就不再收斂(視場 256 像素時。把 LED 距離從 70 → 76 mm 移開即收斂。視場 384 像素時即使仍在邊界上也收斂了 —— 可能發生但並非必然)。boundary_ok = 0 個。
• target_na:達到該合成 NA 所需的網格邊長、LED 總數以及照明 NA 足夠的 LED 數。
• field_of_view_um:空間頻寬積(視場 / 半週期)²。
傳回值:dict(kind="fp_design", na_synthetic, na_illumination_max_axis, coherent_cutoff_period_um, overlap_ratio_centre, overlap_ratio_edge, overlap_ok, n_leds, n_brightfield, boundary_leds, boundary_ok, object_pixel_um, r_cam, pixel_sampling_ok, upsample_needed, …)。
optics 的每個運算子都先檢驗輸入再計算(不讓任何東西無聲通過):
• 單位寫進參數名 —— _mm / _um / _deg / _mrad。把 mm 和 µm 弄混不會當掉,而是給出「看似合理卻是錯的答案」,所以用命名來防。這裡絕不從數值大小去猜單位。
• 字串一律 ValueError —— float('50') 會成功,於是未解析的設定值會被當成長度混進來(實測:thin_lens('50', '200') 曾回傳看似合理的 66.667 mm)。bool 也按 True == 1 的隱式提升拒絕。
• complex / masked array 一律 ValueError(僅接受實數槽位;拒絕無聲丟棄虛部或剝掉遮罩)。所有輸入中的 NaN/Inf 一律 ValueError。
• 逐項點名拒絕除零及其近親:焦距 0、曲率半徑 0、折射率 <= 0、全不透明光闌(全為 0,正規化變成 0/0)、總和 <= 0 的 PSF、S0 = 0 的 Stokes 向量、物體位於前焦點(像在無窮遠)。
• 只有兩個運算子會回傳非有限值,而且都寫進了契約:depth_of_field 在超焦距以外回傳 far_mm = inf(這正是超焦距的定義),gaussian_beam 在束腰處回傳 wavefront_radius_mm = inf(平面波前的曲率半徑)。兩者都同時回傳一個有限的夥伴(far_is_infinite / curvature_per_mm)。除此之外的無聲 NaN/Inf 都在內部檢出並 ValueError ——「float64 溢位了」和「答案是無窮大」是兩種不同的主張,不能拿後者的臉去交付前者。
• 尺寸上限:生成網格受 optics.MAX_GRID(4096)限制,傳入的場/PSF/光闌受 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「小參數引發巨大內部配置」的路徑(實測:n_max=40 × 4096² 需要 108 GB)。
• 物理上不可能的狀態同樣拒絕:偏振度 > 1 的 Stokes 向量、負穿透率、負強度、n-|m| 為奇數等非法 Zernike 指標。
• 範例資料目錄(下載 URL / 授權) —— 2-D 用 skimage.data(BSD/公有領域)加合成圖,3-D 給出真實資料源(Stanford/PDS 等)的下載 URL。
• 運算子來歷與參考文獻 —— 該運算子族所依據的研究/方法出處。
• 演算法的正典(作者、年份)與用途見上面的族使用指南。
• poc_fourier_ptychography — py -3.11 examples/poc_fourier_ptychography.py
table 作為輸入)abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd
fpm)fp_usaf_target · fp_capture · fp_stack_from_images · fp_reconstruct · fp_element_contrast
*Provenance: fourierptycho.py — OPTICS 運算子登記表。本條目由 tools/opdocs.py md 自動產生(請勿手動編輯)。*
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