fullseye

solid_angle_render — OPTICS `illumination` op

データ種: normalmap × table → image2d
呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.solid_angle_render(normals, light, view_na=0.1, roughness_deg=0.0, f0=0.9, diffuse_albedo=0.0, n_samples=64, seed=0) (実装を直接呼ぶなら import illumdesign; illumdesign.solid_angle_render(normals, light, view_na=0.1, roughness_deg=0.0, f0=0.9, diffuse_albedo=0.0, n_samples=64, seed=0)、台帳から引くなら opsoptics.get("solid_angle_render"))

使い方

Image of a normal map under a cone light through a lens of NA view_na (image2d).

normals: (H, W, 3) surface normals in camera coordinates (+z toward the camera; zero-length = background, rendered 0) — e.g. from a height map’s gradient, metalfinish.micro_normals (hairline / turning marks) or metalfinish.blast_normals (satin). light: :func:solid_angle_light. Every pixel is viewed along +z with the same object-side cone (a telecentric camera) and lit by the same cone (the far-field light), so the image is a function of the local normal only:

B = F · share_of_pupil_lit + ρ · sin²α · cos γ

The specular share uses n_samples rays over the narrower cone (the pupil, uniform in direction cosines, or the source cap; the same quadrature for every pixel, so there is no pixel noise), each mirrored by the normal tilted by a micro-facet slope drawn once per ray (roughness_deg σ, a scalar or an (H, W) map for satin patches); F = f0 (Fresnel at near-normal incidence, a constant over the small angles involved); the diffuse body term with albedo diffuse_albedo uses the closed form of the projected solid angle of a uniform cap π sin²α cos γ (γ = angle between the normal and the cone axis; exact while the cap stays above the facet’s horizon) divided by π. Values are relative to the source radiance (1 = mirror, full pupil, F = 1). With few samples a partial overlap is quantised to 1/n_samples.

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

背景知識ガイド(この op の手前にある物理・規約)

mv_illumination_practice — 照明の実務知識 — 波長・偏光・点灯方式・外光・安全

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)

poc_illumination_cone_vs_na — py -3.11 examples/poc_illumination_cone_vs_na.py

型が繋がる次の op(`image2d` を入力に取れる)

fraunhofer_pattern · pupil_psf · pupil_blur · psf_to_mtf · edge_spread · veiling_glare_index · emva_pair_statistics · emva_defect_pixels

同カテゴリ(`illumination`)

light_source · irradiance_map · illumination_uniformity · defect_contrast · lighting_sweep · illumination_design · solid_angle_light · solid_angle_boundaries

Provenance: illumdesign.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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