fullseye

itof_unwrap_multifreq — OPTICS itof op

• データ種: table → table
• 呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.itof_unwrap_multifreq(phase, frequencies_hz=None, weights=None, max_range_m=None, method='ml') (実装を直接呼ぶなら import itof; itof.itof_unwrap_multifreq(phase, frequencies_hz=None, weights=None, max_range_m=None, method='ml')、台帳から引くなら opsoptics.get("itof_unwrap_multifreq"))

使い方

複数の周波数の位相 → 距離(多周波アンラップ)。table を返す。

周波数 f_i の位相 φ_i は距離を周期 p_i = c/(2 f_i) の剰余 r_i = φ_i p_i / (2π) で教える。周期の最小公倍数 U = c / (2·gcd f) までが一意(非曖昧距離)。

• method="ml"(既定)—— 最も高い周波数(距離の誤差が最も小さい帯)の剰余を錨にして、その次数の仮説 v = r_hi + k p_hi(k = 0 … U/p_hi)を全部、フェーザの一致 Σ w_i cos(2π(v − r_i)/p_i) で採点し、最良の仮説を 逆分散の重み平均で精密化する(仮説を全部試す最尤の復号。位相雑音が帯ごとに同じなら、錨の誤差が最も小さい)。
• method="crt" —— residue.residue_crt(重みつきの頑健な中国剰余定理)にそのまま渡す。★residue_crt は Wang–Xia(2010)の錨の選び方 —— 雑音の分散 p²/w が最小の帯、同分散なら剰余 mod Γ が円上の最小二乗の共通剰余に 最も近い帯 —— で錨を選ぶので、位相雑音が帯ごとに同じ iToF でも "ml" と同等になる(PoC の合成 0.1161 対 0.1160、実データ 0.131 対 0.131。以前の、常に最も長い周期を錨にする実装は 0.556 / 0.293 と大きく誤った)。 保証(:func:itof_unwrap_error_rate の guaranteed_phase_rad)の外の画素があると residue.ResidueBoundWarning を出す(値は返す)。
• method="beat" —— 2 周波だけ。うなりの位相 φ_1 − φ_2 で粗い距離(周期 c/(2|f_1 − f_2|))を出し、 各周波数の次数をそれに最も近く丸めて重み平均する(教科書の古典的な方法)。

weights の既定は、:func:itof_phase_amplitude の表なら A²/B(∝ 1/σ_φ²)、配列なら全帯 1。 max_range_m で探す範囲 [0, max_range_m) を狭められる(非曖昧距離より広くは拒否)。

返す dict: depth、order (F, ...)(各周波数で何周目か)、margin(最良と次点の採点の差。小さい = 次数が際どい)、score、residual (F, ...) [m]、unambiguous_range、periods、method。

Raises ValueError: 周波数・位相の形が合わない / 周期が通約できない(非曖昧距離が有限でない)/ max_range_m が非曖昧距離より広い / beat で 2 周波でない / method が不正 / 仮説 × 画素が上限を超える。

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_phase_amplitude · itof_noise_budget · 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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