confocal op• 数据种类:table → pairs
• 调用: 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'(要直接调用实现,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';从台账取用则 opsoptics.get("chromatic_confocal_spectrum"))
由表面位置和层结构合成彩色共焦的返回光谱(正向模型)。
> 以下的详细说明为原文 —— 摘要与标题已翻译。
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。
• 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。
• poc_chromatic_confocal — py -3.11 examples/poc_chromatic_confocal.py
pairs 作为输入)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 算子登记表。本条目由 tools/opdocs.py md 自动生成(请勿手工编辑)。*
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