confocal op• 資料種類:table → pairs
• 呼叫: import fullseye as fs; fs.ledger.chromatic_confocal_spectrum(probe, surface_um: 'float' = 500.0, stack=(), substrate='AL', source=None, detector=None, wl_step_nm: 'float' = 0.5, tilt_deg: 'float' = 0.0, roughness_nm: 'float' = 0.0, spectrometer_fwhm_nm: 'float' = 0.0, photons_per_peak: 'float' = 0.0, read_noise: 'float' = 0.0, seed: 'int' = 0) -> 'np.ndarray'(要直接呼叫實作,import chromconf; chromconf.chromatic_confocal_spectrum(probe, surface_um: 'float' = 500.0, stack=(), substrate='AL', source=None, detector=None, wl_step_nm: 'float' = 0.5, tilt_deg: 'float' = 0.0, roughness_nm: 'float' = 0.0, spectrometer_fwhm_nm: 'float' = 0.0, photons_per_peak: 'float' = 0.0, read_noise: 'float' = 0.0, seed: 'int' = 0) -> 'np.ndarray';從台帳取用則 opsoptics.get("chromatic_confocal_spectrum"))
由表面位置與層結構合成彩色共焦的返回光譜(正向模型)。
> 以下的詳細說明為原文 —— 摘要與標題已翻譯。
戻りスペクトル S(λ) = 光源(λ) × 検出器(λ) × Σ_界面 [反射率 × 往復の透過 × 傾き・粗さ × 共焦点の軸応答(界面の見かけの位置 − 近軸焦点(λ); λ, NA(λ), LSA(λ))]、それを分光器の応答(ガウス、FWHM)でぼかし、光子のショット雑音と読出し雑音を足す。
probe: chromatic_confocal_probe の dict。波長の格子は較正の帯域を *wl_step_nm* で刻む。
surface_um: 最上面の位置(較正表の z、µm)。
stack: 最上面の下の透明な層の列 ((材料, 厚さ µm), ...)。材料は材料表の名前(GLASS_CROWN /
"PMMA" / "WATER" …)か屈折率の数。k があれば往復の吸収 exp(−4πk·2t/λ) が入る。
substrate: 最下層の下の媒質(材料表の名前 —— "AL" / "AU" / "CU" / "SI" … —— か数、
空気なら 1.0)。界面の反射率は両側の複素屈折率から垂直入射の Fresnel |(m₁ − m₂)/(m₁ + m₂)|²。
source / detector: 光源の分光分布と検出器の分光感度(pairs、帯域を覆うこと)。None は平坦。
tilt_deg: 面の傾き(全界面に共通)。鏡面成分は瞳との重なりの割合だけ戻る(sin 2θ ≥ 2NA で 0)。
roughness_nm: 面の粗さ σ(RMS)。最上面の鏡面成分は exp(−(4πσ/λ)²)、残りは Lambert で NA² だけ
戻り、点物体の応答で広がる。
spectrometer_fwhm_nm: 分光器の線幅(0 は理想)。
photons_per_peak: 0 なら雑音なしの期待値(最大を 1 に規格化)。正なら最大が平均この光子数になる
ように拡大し、Poisson のショット雑音を足す。read_noise: 読出し雑音(光子数の単位の σ)。
seed: 雑音の乱数の種(整数)。
返り値: pairs(λ [nm], 強度)。負は 0 に切る(分光器は負の光を読まない)。Raises ValueError: probe の形の誤り、帯域を覆わない source / detector、層の厚さ ≤ 0、材料表の区間外の波長、どの界面にも焦点が合わない(全部の界面が較正の範囲外)。
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_chromatic_confocal — py -3.11 examples/poc_chromatic_confocal.py
pairs 作為輸入)mtf50 · energy_to_photons · spectral_product · spectral_integral · spectral_stats · kubelka_munk_reflectance · hyperspectral_capture · film_thickness_fft
confocal)chromatic_confocal_probe · confocal_axial_response · chromatic_confocal_peaks · chromatic_confocal_readout · chromatic_confocal_limits
*Provenance: chromconf.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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