fullseye

itof_phase_amplitude — OPTICS itof op

• データ種: table → table
• 呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.itof_phase_amplitude(samples, frequencies_hz=None, phase_offsets_rad=None, read_noise_e=None) (実装を直接呼ぶなら import itof; itof.itof_phase_amplitude(samples, frequencies_hz=None, phase_offsets_rad=None, read_noise_e=None)、台帳から引くなら opsoptics.get("itof_phase_amplitude"))

使い方

K 段の生信号 → 位相・振幅・オフセット・折り返した距離・画素ごとの距離の雑音の見積もり(table)。

samples は :func:itof_capture の dict、または (F, K, ...) の配列(周波数 F、段 K が先頭。1 周波なら samples[None])。段 k のバケットを m_k = B + A·cos(φ − θ_k) とみなし、[1, cos θ_k, sin θ_k] の 最小二乗で B・A cos φ・A sin φ を解く(θ_k が等間隔 2πk/K なら DFT と同じ。4 段なら φ = atan2(m1 − m3, m0 − m2)、A = ½√((m0 − m2)² + (m1 − m3)²)、B = Σm_k / 4)。 θ_k は phase_offsets_rad(既定は等間隔、dict ならその値)。

距離の雑音の見積もり: 各バケットの分散を B + read_noise²(ショット雑音は平均に等しい)とみなすと、最小二乗の 共分散から位相の標準偏差 σ_φ が出る(4 段・等間隔なら σ_φ = √((B + σ_r²)/2) / A)。σ_d = c σ_φ / (4π f)。 ★小さい雑音の近似で、A ≈ √B 程度まで SNR が落ちると実際の散らばりはこれより大きい。

返す dict: kind("itof_phase")、phase (F, ...) [0, 2π)、amplitude、offset、phasor (A·e^{iφ}、複素)、frequencies_hz(分かれば)、wrapped_depth と ambiguity_range(周波数が分かれば)、 phase_sigma、depth_sigma(周波数が分かれば)。

Raises ValueError: 配列が 2 次元未満・非有限 / 段の数が 3〜32 でない / 段の位相が退化 / 周波数の数が F と合わない・範囲外 / dict が生信号でない。

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-

  m

  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_noise_budget · itof_unwrap_multifreq · itof_unwrap_error_rate · itof_multipath_separate · itof_flying_pixel_mask · itof_wiggling_correct

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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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