fullseye

psf_from_opd — OPTICS `imaging_sim` op

データ種: table → image2d
呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.psf_from_opd(system, field=None, size=None, wavelength_um=None, pixel_pitch_um=None, oversample=4) (実装を直接呼ぶなら import lensimage; lensimage.psf_from_opd(system, field=None, size=None, wavelength_um=None, pixel_pitch_um=None, oversample=4)、台帳から引くなら opsoptics.get("psf_from_opd"))

使い方

Diffraction PSF of the real, aberrated pupil (image2d, sums to 1).

The pupil function P = mask · exp(i·2π·W) comes from :func:raytrace.opd_samples (W in waves on a size × size grid over the exit pupil; size=None picks a grid that keeps the phase below 0.4 waves per sample, up to :data:MAX_PUPIL_SAMPLES; an explicit size that aliases is refused). The PSF is |FFT(P)|² on a zero-padded grid whose sample spacing is λ·F#·(size−1)/M ≈ λ·F#/oversample with the working f-number F# = 1/(2·NA_image) from :func:raytrace.paraxial_trace. With pixel_pitch_um the fine PSF is area-integrated onto detector pixels of that pitch (each fine sample is binned into the pixel it falls in; the pitch must not be finer than the sample spacing).

Ground truth (tests/test_lensimage.py): an unaberrated pupil (the singlet stopped to a 1 mm semi-aperture) gives the Airy pattern — first dark ring at 1.22·λ·F# within 3 %, 83.8 % ± 1 % of the energy inside it; the f/4 singlet (11 waves of spherical aberration) has a Strehl ratio below 0.05 (peak versus the unaberrated peak of the same pupil).

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_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

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)

lens_defect_dataset_demo — py -3.11 examples/lens_defect_dataset_demo.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 · illumination_uniformity · render_through_lens · surface_defect · defocus_blur

同カテゴリ(`imaging_sim`)

distortion_map · render_through_lens · defect_dataset · calibration_views

Provenance: lensimage.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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