itof_capture — OPTICS `itof` op

• 資料種類:depth → table

• 呼叫: 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)(要直接呼叫實作,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);從台帳取用則 opsoptics.get("itof_capture"))

用法

距離圖 → 間接 ToF 的原始訊號(每個調變頻率 K 個相位步進的累積桶,單位為電子數)。回傳 table(dict)。

> 以下的詳細說明為原文 —— 摘要與標題已翻譯。

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。

該族通用的輸入契約(fail-closed)

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。

詳細使用指南

• optics_imaging 族使用指南

參考(範例資料、文獻)

• 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。

可執行的範例(實際呼叫該運算子並已驗證的樣例)

• poc_itof_multifreq — py -3.11 examples/poc_itof_multifreq.py

型別可銜接的下一個運算子(可接受 `table` 作為輸入)

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

同類別(`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 運算子登記表。本條目由 tools/opdocs.py md 自動產生(請勿手動編輯)。*

itof_capture — OPTICS itof op

用法