fullseye

through_focus_mtf — OPTICS `imaging_sim` op

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

使い方

Tangential and sagittal MTF at chosen spatial frequencies for a range of image-plane positions (table).

For each image-plane shift in defocus_mm (mm, added to the system’s image distance; positive moves the plane away from the lens) the diffraction PSF of the real pupil is computed as in :func:psf_from_opd (the reference sphere is re-centred on the shifted plane, so the shift appears as defocus in the OPD) and its tangential and sagittal MTF are read from the 2-D transform at each frequency of frequency_cpmm (cycles per millimetre; linear interpolation on the exact grid frequencies, which are spaced 1 / ((size - 1) λ F#) apart). tangential_axis = 'y' is the meridional plane for fields along +y, as everywhere in raytrace.

Defaults: frequency_cpmm = 10, 25 and 50 % of the diffraction cutoff 1 / (λ F#); defocus_mm = 11 points over ±2 waves of defocus W20 = δ / (8 F#² λ).

Returns {"defocus_mm" (nd,), "frequency_cpmm" (nf,), "tangential" (nd, nf), "sagittal" (nd, nf), "best_focus_mm", "cutoff_cpmm", "fno", "field"}. best_focus_mm is the shift that maximises the mean of the tangential and sagittal MTF at the first frequency (parabolic refinement through the three points around the maximum; the end of the range when the maximum is there, which means the range was too short to bracket the focus).

Ground truth it reproduces: for an aberration-free lens (an ideal paraxial surface) the in-focus MTF is the circular-pupil closed form and the defocused MTF is Hopkins’ integral of the pupil overlap (tested against an independent quadrature, including the loss of contrast to zero at the first zero crossing); a rotationally symmetric on-axis system gives identical tangential and sagittal curves, and an off-axis singlet separates them (astigmatism).

The PSF grid is oversampled 2x, so its Nyquist limit equals the diffraction cutoff and the MTF at a grid frequency does not depend on the oversampling (the transform of the periodic PSF is the pupil autocorrelation).

Raises ValueError: a bad system, field, wavelength_um or size (see :func:psf_from_opd); an empty or non-finite frequency_cpmm or defocus_mm (at most 64 each); a negative frequency or one above the diffraction cutoff of the PSF grid; tangential_axis not 'x' or 'y'.

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)

lensfile_tolerance_worst_mtf — py -3.11 examples/lensfile_tolerance_worst_mtf.py
optical_design_metrics — py -3.11 examples/optical_design_metrics.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(`imaging_sim`)

psf_from_opd · 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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