fp_stack_from_images — OPTICS `fpm` op

• 資料種類:volume × signal × signal → table

• 呼叫: import fullseye as fs; fs.ledger.fp_stack_from_images(images, na_x, na_y, wavelength_um, na_obj, pixel_um, values='intensity', exposure=None, led_xyz_mm=None)(要直接呼叫實作,import fourierptycho; fourierptycho.fp_stack_from_images(images, na_x, na_y, wavelength_um, na_obj, pixel_um, values='intensity', exposure=None, led_xyz_mm=None);從台帳取用則 opsoptics.get("fp_stack_from_images"))

• GPU:無(僅 CPU 參考實作)

用法

把裝置或公開資料的一組影像轉換為本族的表(table,kind="fp_stack")。

images 為 (K, n, n) 的正方形影像(若 values="amplitude" 則為振幅,平方後轉為強度)。na_x / na_y 是每個 LED 照明的方向餘弦 sinθx、sinθy(本族的符號約定:與 fp_capture 相同,取 LED 位置的 x/r、y/r 為 +,當 u_ℓ = (na_x, na_y)/λ 時,光瞳以物體頻譜的 −u_ℓ 為中心裁出(I = |F⁻¹{P(u)·O(u − u_ℓ)}|²)。在 LED 位於試樣下方、光從 LED 射向試樣的裝置中,物理上的橫向波數可能是 −x/r)。

★符號弄錯無法從殘差偵測:兩軸同時反轉會以相同殘差到達相位符號反轉的影像(共軛),單軸反轉在合成資料中殘差也只增為 1.8 倍並「收斂」。應在相位符號已知的試樣上確認復原相位的符號來決定。exposure 是各影像的曝光比(影像除以該值)。傳入 led_xyz_mm 可使用 LED 位置校正。依照明 NA 由小到大重新排序,原始編號保存在 source_order 中。相機像素(物方)超過 λ/(2 NA_obj) 時拒絕(FP 的取樣條件)。

該族通用的輸入契約(fail-closed)

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。

詳細使用指南

• optics_imaging 族使用指南

參考(範例資料、文獻)

• 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。

可執行的範例(實際呼叫該運算子並已驗證的樣例)

• poc_fourier_ptychography — py -3.11 examples/poc_fourier_ptychography.py

型別可銜接的下一個運算子(可接受 `table` 作為輸入)

abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd

同類別(`fpm`)

fp_design · fp_usaf_target · fp_capture · 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)。*

fp_stack_from_images — OPTICS fpm op

用法