itof_capture — OPTICS `itof` op

• 数据种类:depth → table

• 调用: import fullseye as fs; fs.ledger.itof_capture(depth, reflectivity=None, frequencies_hz=(20000000.0,), n_phases=4, signal_electrons=2000.0, demod_contrast=0.5, ambient_electrons=0.0, read_noise_e=0.0, waveform='sine', paths_depth=None, paths_amplitude=None, supersample=1, falloff_m=None, noise=True, seed=0)(要直接调用实现,import itof; itof.itof_capture(depth, reflectivity=None, frequencies_hz=(20000000.0,), n_phases=4, signal_electrons=2000.0, demod_contrast=0.5, ambient_electrons=0.0, read_noise_e=0.0, waveform='sine', paths_depth=None, paths_amplitude=None, supersample=1, falloff_m=None, noise=True, seed=0);从台账取用则 opsoptics.get("itof_capture"))

用法

距离图 → 间接 ToF 的原始信号(每个调制频率 K 个相位步进的累积桶,单位为电子数)。返回 table(dict)。

> 以下的详细说明为原文 —— 摘要与标题已翻译。

画素(細かく描いた標本)ごとに、直接の経路(距離 *depth*、強さ signal_electrons · reflectivity)と、任意で余分な経路(*paths_depth* = 往復の経路長の半分 [m]、*paths_amplitude* = signal_electrons に掛ける強さ)が入る。経路 p の位相は φ_p = 4π f d_p / c。段 k(参照の位相 θ_k = 2πk/K)のバケットの期待値は

m_k = (Σ_p a_p + ambient) / K + demod_contrast · Σ_p a_p · corr(φ_p − θ_k) / K

(corr は *waveform*: "sine" なら cos、"square" なら矩形どうしの相関 = 三角波、配列なら余弦の係数 c_1..c_N)。つまり 1 回の測定(K 段の合計)に信号 a_p 電子と背景光 ambient_electrons 電子が入る。*noise* が真なら各バケットに Poisson のショット雑音と、標準偏差 *read_noise_e* の正規の読み出し雑音を足す。

*supersample* = s > 1 なら *depth* などはセンサの s 倍の細かさで描いたものとみなし、s × s の標本のバケットを平均して 1 画素にする(バケットは経路の光の線形和なので、これは画素の開口で光を足すのと同じ)。前景と背景をまたぐ画素では 2 つの位相が混ざり、フライングピクセルが生まれる。*falloff_m* を与えると直接の経路の強さに (falloff_m / depth)²(逆二乗)を掛ける。

返す dict: kind("itof_raw")、samples (F, K, H, W)、mean_samples(雑音なしの期待値)、frequencies_hz、phase_offsets_rad、true_depth(画素内の直接経路の距離の平均)、mixed(画素内の距離の幅 [m])、waveform、demod_contrast、read_noise_e、ambiguity_range (F,)。

Raises ValueError: depth が 2 次元でない・正でない・非有限 / reflectivity・経路の形が合わない・負 / 周波数が (0, 2 GHz] でない・重複 / n_phases が 3〜32 でない / demod_contrast が (0, 1] でない / 電子数が負 / 形が supersample で割り切れない / 画素数・経路数・計算量が上限を超える / waveform が不正。

该族通用的输入契约(fail-closed)

optics 的每个算子都先校验输入再计算(不让任何东西无声通过):

• 单位写进参数名 —— _mm / _um / _deg / _mrad。把 mm 和 µm 弄混不会崩溃,而是给出「看着合理却是错的答案」,所以用命名来防。这里绝不从数值大小去猜单位。

• 字符串一律 ValueError —— float('50') 会成功,于是未解析的配置值会被当成长度混进来(实测:thin_lens('50', '200') 曾返回看着合理的 66.667 mm)。bool 也按 True == 1 的隐式提升拒绝。

• complex / masked array 一律 ValueError(仅接受实数槽位;拒绝无声丢弃虚部或剥掉掩码)。所有输入中的 NaN/Inf 一律 ValueError。

• 逐项点名拒绝除零及其近亲:焦距 0、曲率半径 0、折射率 <= 0、全不透明光阑(全为 0,归一化变成 0/0)、总和 <= 0 的 PSF、S0 = 0 的 Stokes 矢量、物体位于前焦点(像在无穷远)。

• 只有两个算子会返回非有限值,而且都写进了契约:depth_of_field 在超焦距以外返回 far_mm = inf(这正是超焦距的定义),gaussian_beam 在束腰处返回 wavefront_radius_mm = inf(平面波前的曲率半径)。两者都同时返回一个有限的搭档(far_is_infinite / curvature_per_mm)。除此之外的无声 NaN/Inf 都在内部检出并 ValueError ——「float64 溢出了」和「答案是无穷大」是两种不同的主张,不能拿后者的脸去交付前者。

• 尺寸上限:生成网格受 optics.MAX_GRID(4096)限制,传入的场/PSF/光阑受 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「小参数引发巨大内部分配」的路径(实测:n_max=40 × 4096² 需要 108 GB)。

• 物理上不可能的状态同样拒绝:偏振度 > 1 的 Stokes 矢量、负透过率、负强度、n-|m| 为奇数等非法 Zernike 指标。

详细使用指南

• optics_imaging 族使用指南

参考(示例数据、文献)

• 示例数据目录(下载 URL / 许可证) —— 2-D 用 skimage.data(BSD/公有领域)加合成图,3-D 给出真实数据源(Stanford/PDS 等)的下载 URL。

• 算子来历与参考文献 —— 该算子族所依据的研究/方法出处。

• 算法的正典(作者、年份)与用途见上面的族使用指南。

可运行的示例(实际调用该算子并已验证的样例)

• poc_itof_multifreq — py -3.11 examples/poc_itof_multifreq.py

类型可衔接的下一个算子(可接受 `table` 作为输入)

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

同类别(`itof`)

itof_phase_amplitude · itof_noise_budget · itof_unwrap_multifreq · itof_unwrap_error_rate · itof_multipath_separate · itof_flying_pixel_mask · itof_wiggling_correct

*Provenance: itof.py — OPTICS 算子登记表。本条目由 tools/opdocs.py md 自动生成(请勿手工编辑)。*

itof_capture — OPTICS itof op

用法