fullseye

grating_three_image_retrieve — OPTICS `grating_interf` op

データ種: images × images → table
呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.grating_three_image_retrieve(sample_stack, reference_stack=None, steps_per_period_sample=None, steps_per_period_reference=None, min_visibility=0.02, distance_mm=None, analyzer_period_um=None, reference_exposure=1.0) (実装を直接呼ぶなら import gratinginterf; gratinginterf.grating_three_image_retrieve(sample_stack, reference_stack=None, steps_per_period_sample=None, steps_per_period_reference=None, min_visibility=0.02, distance_mm=None, analyzer_period_um=None, reference_exposure=1.0)、台帳から引くなら opsoptics.get("grating_three_image_retrieve"))

使い方

位相ステップの 2 組(試料あり・試料なし)から、透過・微分位相・暗視野の 3 枚を分ける。

各画素で I_k = a·(1 + V·cos(φ − 2πk/P)) をあて(P = 1 周期のステップ数。None は N 等分)、透過 T = a_s/a_r、微分位相 φ = wrap(φ_s − φ_r)、暗視野 D = V_s/V_r を返す(Pfeiffer ら 2008, Nature Materials 7, 134 の定義)。P = N のときは fringe.wrapped_phase と fringe.modulation (N 段の位相シフトの標準式)をそのまま使い、P ≠ N(1 周期の両端を含む走査など)は 3 項の最小二乗。 2 組のステップ数は違ってよい(各組を別々にあてる)。

reference_stack が None なら、試料の画像列だけから a・V・φ を返す(比は取らない)。 distance_mm と analyzer_period_um を渡すと、屈折角 α = φ·p2/(2π d) [µrad] も返す。 reference_exposure: 基準を試料の何倍の露光(1 枚あたりの光子数)で撮ったか。透過は a_s/(a_r/reference_exposure)。暗視野と微分位相は比と差なので露光に依らない(透過だけが露光の比で化ける)。 min_visibility: 基準の可視度がこれ未満の画素(格子の欠陥・影)は位相が決まらないので NaN にし、数を返す。全画素が NaN になるときは値を返さずに拒否する。

返り値 dict: transmission / dpc_rad / darkfield(いずれも (H, W)、無効画素は NaN)/ visibility_sample / visibility_reference / refraction_urad(幾何があるとき)/ fit_residual_sample / fit_residual_reference(正弦をあてた残差の RMS / 平均の中央値。 1 周期のステップ数を間違えると大きくなる)/ n_invalid。 Raises ValueError: 画像列が 3-D でない・3 枚未満・NaN/Inf、2 組の画素の形が違う、P ≤ 0、 P が小さすぎて正弦が分けられない、有効な画素が 1 つも無い、幾何の片方だけ、正でない reference_exposure。

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-

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 · darkfield_scatter_relation · talbot_carpet · talbot_source_visibility · grating_step_period_estimate · dpc_integrate

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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