defect_dataset — OPTICS `imaging_sim` op

• 資料種類:無 → table(僅由參數決定的運算子 —— 不接受影像或資料輸入)

• 呼叫:import lensimage; lensimage.defect_dataset(n=8, system=None, size=(256, 256), kinds=('scratch', 'pits', 'crack', 'blob'), pixel_pitch_um=5.5, noise=True, seed=0, out_dir=None, zones=3, field_of_view=None, texture='orange_peel', max_defects=2)(或 opsoptics.get("defect_dataset"))

用法

透過所設計鏡頭的合成缺陷影像,附對齊的遮罩(`table`)。

> 以下的詳細說明為原文 —— 摘要與標題已翻譯。

Each of the *n* records draws 1–*max_defects* defects of the listed *kinds*

(`defectgen` scratch / pits / crack / blob with parameters sampled from

*seed*) on a `surface_texture` background of *size*, renders the composite

with :func:render_through_lens (*system* defaults to the cemented doublet

of :func:raytrace.example_system; *noise* as there, default sensor

noise on), and pushes **each defect's mask through the same distortion

remap only** (nearest-neighbour, no blur) so the annotation sits where the

blurred defect actually landed. A record is

``{"image", "mask", "defects": [{"kind", "params", "bbox" [x, y, w, h],

"area"}], "lens": {"efl", "fno", "rms_spot_center", "rms_spot_corner",

"max_distortion_pct"}, "seed"}`` with arrays, or with file paths when

*out_dir* is given (`img_0000.png / mask_0000.png` written with

`imgio.save plus a COCO-like annotations.json`: images, annotations

with bbox/area/params, categories). Deterministic for *seed*; a defect

that lands entirely outside the sensor after distortion is dropped from

the annotations rather than reported with an empty box.

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

背景知識指南(該運算子背後的物理與規範)

• mv_cables — ケーブル（規格・速度・給電・ロボットケーブル）

• mv_cameras — 産業用カメラメーカー（センサとの紐付け・ラインスキャン / TDI）

• mv_frame_grabbers — フレームグラバーボード（光学系ではないが、撮れるかを決める）

• mv_image_sensors — 産業用イメージセンサ（現行品中心）

• mv_standards — カメラインターフェースの規格と団体

• virtual_machine_vision — 仮想マシンビジョン — パラメータの洗い出しとオブジェクト模型

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)

• lens_defect_dataset_demo — py -3.11 examples/lens_defect_dataset_demo.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 · paraxial_trace · seidel_coefficients · spot_stats · tolerance_analysis · wavefront_from_opd · spot_diagram

同類別(`imaging_sim`)

psf_from_opd · distortion_map · render_through_lens · calibration_views

*Provenance: lensimage.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)。*

defect_dataset — OPTICS imaging_sim op

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