confocal op• 資料種類:無 → pairs(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.confocal_axial_response(z_min_um: 'float' = -40.0, z_max_um: 'float' = 40.0, n_points: 'int' = 401, wavelength_nm: 'float' = 550.0, numerical_aperture: 'float' = 0.2, n_medium: 'float' = 1.0, longitudinal_sa_um: 'float' = 0.0, target: 'str' = 'mirror') -> 'np.ndarray'(要直接呼叫實作,import chromconf; chromconf.confocal_axial_response(z_min_um: 'float' = -40.0, z_max_um: 'float' = 40.0, n_points: 'int' = 401, wavelength_nm: 'float' = 550.0, numerical_aperture: 'float' = 0.2, n_medium: 'float' = 1.0, longitudinal_sa_um: 'float' = 0.0, target: 'str' = 'mirror') -> 'np.ndarray';從台帳取用則 opsoptics.get("confocal_axial_response"))
以 pairs 傳回共焦顯微鏡的軸向響應 I(z)(相對離焦量 z [µm] 的偵測強度)。
> 以下的詳細說明為原文 —— 摘要與標題已翻譯。
target="mirror"(平らな鏡面)は I = [sin(u/2)/(u/2)]²、"point"(点の散乱体・粗面の散乱成分)は I = [sin(u/4)/(u/4)]⁴、u = 8π n z sin²(α/2)/λ(Corle–Chou–Kino 1986、Wilson & Sheppard 1984)。瞳は cos θ で一様な重み(この重みで上の式は高 NA でも厳密)。鏡面の FWHM は FWHM_X_MIRROR λ / (π n (1 − cos α)) ≈ 0.886 n λ / NA²(近軸)—— λ/NA² に比例。
longitudinal_sa_um(縁の光線の焦点 − 近軸焦点、+ は遠い側)を与えると、3 次の球面収差 W ρ⁴(W = −n s² LSA/4)を瞳の位相に入れて Gauss–Legendre で積分する。応答のピークはおおよそ LSA/2 へずれ、高さは下がり幅は広がる。値は無収差のピークを 1 とした比(Strehl に相当)。
z_min_um / z_max_um / n_points: 評価する z の格子(z_min < z_max、n_points は 3〜65536)。
wavelength_nm: 波長。numerical_aperture: 媒質中の NA = n sin α(0 < NA < n_medium)。
n_medium: 焦点の側の媒質の屈折率(空気 1)。target: "mirror" か "point"。
返り値: pairs(z [µm], I)。Raises ValueError: 非有限・文字列・bool の数、NA ≤ 0 または NA ≥ n_medium、z_min ≥ z_max、未知の target。
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 · chromatic_confocal_spectrum · 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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