fullseye

grating_step_period_estimate — OPTICS grating_interf op

• データ種: images → table
• 呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.grating_step_period_estimate(stack, p_min=None, p_max=None, p_step=0.05, region=None, min_visibility=0.05) (実装を直接呼ぶなら import gratinginterf; gratinginterf.grating_step_period_estimate(stack, p_min=None, p_max=None, p_step=0.05, region=None, min_visibility=0.05)、台帳から引くなら opsoptics.get("grating_step_period_estimate"))

使い方

位相ステップの画像列から「1 周期が何ステップか」(P)を、正弦をあてた残差の最小で推定する。

実際の装置では、格子を動かす量の較正のずれや「1 周期の両端を含む走査」で、1 周期のステップ数 P が 撮った枚数 N と一致しない。P を間違えると縞の位相・振幅の読みが系統的に狂う(grating_three_image_retrieve の fit_residual_* が大きくなる)。この op は P を p_min..p_max(既定 N − 2 .. N + 2)で p_step 刻みに振り、 region の画素で I_k = a + b cos(φ − 2πk/P) をあてた残差の RMS / 平均を、画素について二乗平均した値が最小の P を返す。 残差は 9 桁に丸めて比べ、同点は小さい P を取る(argmin が同点で返す位置が、丸めの屑で OS ごとに変わらないように)。

region: (y0, y1, x0, x1) の画素の範囲(試料の無い空気・基準の画素を選ぶ)。None は全画素。 min_visibility: 残差に数える画素の縞の可視度の下限(P = N で一度あてた振幅 / 平均)。格子の欠陥・影・試料の 縁など、縞の弱い画素は正弦の残差が雑音だけになって P の判定を薄めるので、数に入れない。

次のときは値を返さずに拒否する(fail-closed):

• N < 5(未知数 3 + P に対して残差の自由度が足りない)
• 可視度が min_visibility 以上の画素が 1 つも無い(縞が無い)
• 最小が探索の範囲の端(本当の最小は外にあるかもしれない)
• 残差の最大 / 最小が 1.1 未満(曲線が平らで P が決まらない。判定の定数で、つまみではない)

返り値 dict: steps_per_period(P)/ n_steps(N)/ p_grid / residual(各 P の残差)/ residual_min / residual_at_n(P = N の残差。N が格子に無ければ None)/ visibility_median (数に入れた画素の)/ n_pixels(数に入れた画素の数)/ resolution(= p_step)。 Raises ValueError: 上の拒否、画像列が 3-D でない・NaN/Inf、region が画像の外、p_min ≥ p_max、 p_step ≤ 0、格子が 2000 点を超える。

ファミリ共通の入力契約(fail-closed)

optics の全 op は入力を検証してから計算する(黙って通さない):

• 単位は引数名に埋め込む — _mm / _um / _deg / _mrad。mm と µm の取り違えは crash ではなく「もっともらしく間違った答え」なので、名前で防ぐ。大きさから単位を推測する処理は一切しない。
• 文字列は ValueError — float('50') は成功してしまうため、未パースの設定値が長さとして通り抜ける(実測: thin_lens('50', '200') がもっともらしい 66.667 mm を返していた)。bool も True == 1 の暗黙昇格として拒否。
• complex / masked array は ValueError(実数枠のみ。虚部の無言切り捨て・マスク剥がしを拒否)。NaN/Inf は全入力で ValueError。
• 0 除算とその親戚を名指しで拒否: 焦点距離 0・曲率半径 0・屈折率 <= 0・不透明な開口(全 0 なので正規化が 0/0)・総和 <= 0 の PSF・S0 = 0 の Stokes ベクトル・物体が前側焦点にある(像が無限遠)。
• 非有限を返すのは 2 op だけ、しかも契約として明記: depth_of_field の過焦点距離以遠の far_mm = inf(それが過焦点距離の定義)と gaussian_beam のウエストでの wavefront_radius_mm = inf(平面波面の曲率半径)。どちらも有限の相棒(far_is_infinite / curvature_per_mm)を併せて返す。それ以外の無言 NaN/Inf は内部で検出して ValueError —「float64 が溢れた」と「答えが無限大」は別の主張なので、後者の顔で前者を返さない。
• サイズ上限: 生成格子は optics.MAX_GRID(4096)、供給された場/PSF/開口は optics.MAX_FIELD_ELEMENTS(2^24)、ABCD 素子列は optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS(1024)、Zernike は MAX_ZERNIKE_TERMS(512)/ MAX_ZERNIKE_ORDER(40)/ MAX_ZERNIKE_BASIS(2^25)。小さな引数から巨大な内部確保が起きる経路(実測: n_max=40 × 4096² で 108 GB)を fail-closed で塞ぐ。

• 物理的に不可能な状態も拒否: 偏光度 > 1 の Stokes ベクトル、負の透過率、負の強度、n-

  m

  が奇数などの不正な Zernike 添字。

詳しい使い方ガイド

• optics_imaging ファミリ ガイド

参考(サンプルデータ・文献)

• サンプルデータ カタログ(DL URL / ライセンス) — 2-D は skimage.data(BSD/public)+ 合成、3-D は実データ源(Stanford/PDS 等)の DL URL。
• 演算子の来歴・参考文献 — この op 族の元になった研究/手法の出典。
• アルゴリズムの正典(著者・年)と用途は上記ファミリ使い方ガイドに記載。

実行できる例(この op を実際に呼ぶ検証済みサンプル)

• grating_interferometry — py -3.11 examples/grating_interferometry.py
• poc_grating_interferometry — py -3.11 examples/poc_grating_interferometry.py

型が繋がる次の op(table を入力に取れる)

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

同カテゴリ(grating_interf)

talbot_grating_design · grating_stepping_simulate · grating_three_image_retrieve · darkfield_scatter_relation · talbot_carpet · talbot_source_visibility · dpc_integrate

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Provenance: gratinginterf.py — OPTICS operator registry. この per-op ノートは tools/opdocs.py md が自動生成(手編集しない)。

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