fullseye

itof_noise_budget — OPTICS `itof` op

データ種: なし → table(引数だけで決まる op —— 画像やデータの入力を取らない)
呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.itof_noise_budget(frequency_hz=20000000.0, signal_electrons=2000.0, demod_contrast=0.5, ambient_electrons=0.0, read_noise_e=0.0, n_phases=4) (実装を直接呼ぶなら import itof; itof.itof_noise_budget(frequency_hz=20000000.0, signal_electrons=2000.0, demod_contrast=0.5, ambient_electrons=0.0, read_noise_e=0.0, n_phases=4)、台帳から引くなら opsoptics.get("itof_noise_budget"))

使い方

間接 ToF の距離の雑音の閉形式(1 画素・1 周波数・等間隔 K 段)。table を返す。

1 回の測定(K 段の合計)に信号 S 電子・背景光 S_bg 電子が入るとき、段ごとに A = c_d · S / K(振幅)、B = (S + S_bg) / K(オフセット)。各バケットの分散を B + σ_r² とすると、等間隔 K 段の位相の推定の標準偏差は

σ_φ = √(2 (B + σ_r²) / K) / A           (4 段なら √((B + σ_r²)/2) / A)
σ_d = c / (4π f) · σ_φ

(小さい雑音の近似)。背景光は B だけを増やすので σ_d は √(S + S_bg) に比例して悪くなり、信号を k 倍にすると (背景光なしで)σ_d は 1/√k。周波数を k 倍にすると σ_d は 1/k、非曖昧距離 c/(2f) も 1/k。

返す dict: amplitude、offset、snr(A / √(B + σ_r²))、phase_sigma、depth_sigma、 ambiguity_range、frequency_hz、n_phases。

Raises ValueError: 周波数が (0, 2 GHz] でない / 電子数が負・信号が 0 / demod_contrast が (0, 1] でない / n_phases が 3〜32 でない。

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)

poc_itof_multifreq — py -3.11 examples/poc_itof_multifreq.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(`itof`)

itof_capture · itof_phase_amplitude · itof_unwrap_multifreq · itof_unwrap_error_rate · itof_multipath_separate · itof_flying_pixel_mask · itof_wiggling_correct

Provenance: itof.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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