linescan op• 資料種類:table → table
• 呼叫: import fullseye as fs; fs.ledger.lens_field_profile(system=None, image_heights_mm=None, frequencies_lp_mm=(10.0, 20.0, 35.0), grid=96, wavelength_um=None)(要直接呼叫實作,import linescan; linescan.lens_field_profile(system=None, image_heights_mm=None, frequencies_lp_mm=(10.0, 20.0, 35.0), grid=96, wavelength_um=None);從台帳取用則 opsoptics.get("lens_field_profile"))
用光線追跡求每個像高的相對照度和 MTF(table,物體在有限距離 —— 線掃描的用法)。
> 以下的詳細說明為原文 —— 摘要與標題已翻譯。
照度: Lambert の物点から射影立体角の一様格子で光線を出し、像面に届いた光束を数える(_flux_trace)。像面の照度 = 光束 ÷ 像の面積要素(径方向の倍率 × 接線方向の倍率、像高の有限差分 —— 歪曲も入る)。相対照度は 3 つの積に厳密に分かれる(どれも返す):
relative_illumination = cos4 × pupil_factor × area_gain
• cos4: 物体側の主光線角(物点から近軸の入射瞳の中心へ)の cos⁴ —— 自然な周辺減光の閉形式(optics.relative_illumination と同じ式)。
• pupil_factor = (光束の比) / cos4: 1 なら理想の cos⁴、1 未満は口径食(鏡筒・レンズの縁・面の球の端で光束が欠ける)、1 より大きいのは軸外で入射瞳が広がって見える(瞳収差)。
• area_gain = 軸上の面積要素 / その像高の面積要素: 樽型歪曲は像を縮めるので照度を上げる。
MTF: 通った光線の像面の座標から幾何光学の OTF の絶対値 |⟨exp(−2πi ν (x − x̄))⟩|(各光線は等しい光束)を、サジタル(像高に直交、x)とタンジェンシャル(像高の向き、y)で。回折の MTF(円形瞳、近軸の作動 F 値)を mtf_diffraction に並べ、mtf_sagittal / mtf_tangential は幾何 × 回折(積の近似 —— 収差が回折より十分大きいか小さいときに良い)。ラインセンサは径方向に 1 列に並ぶので、タンジェンシャル = 幅方向(画素の並び)、サジタル = 流れ方向。
*system*: raytrace.lens_system(有限距離の物体、既定 = linescan_lens_example("linescan"))。*image_heights_mm*: 像高(既定 0〜28.672 mm = 8192 × 7 µm の半分を 9 点)—— 物体高は近軸倍率で割って出す。像高の位置(面積要素)は主光線、主光線が通らなければ通った光線の重心で測る。返り値 dict: image_height_mm / object_height_mm / chief_image_mm / distortion_percent / relative_illumination / cos4 / pupil_factor / area_gain / flux_ratio / frequencies_lp_mm / mtf_sagittal / mtf_tangential(像高 × 周波数)/ mtf_geometric_sagittal / mtf_geometric_tangential / mtf_diffraction / covered(光線が 3 本以上届いたか)/ magnification / working_fno。届かない像高は照度 0・MTF NaN(covered False)。
Raises ValueError: 物体が無限遠(像の面積要素の扱いが違う —— optics.relative_illumination / lensimage を使う)/ 像高・周波数が非有限か負 / grid が [16, 256] の外 / 軸上で光線が 1 本も通らない / 窓を広げても光線が窓の縁を通る。
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_tdi_linescan — py -3.11 examples/poc_tdi_linescan.py
table 作為輸入)abcd_matrix · wavefront_stats · sfr_from_edge · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd
linescan)tdi_snr · tdi_sync_mtf · linescan_acquire · linescan_lens_columns · linescan_lens_example
*Provenance: linescan.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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