fullseye

tdi_snr — OPTICS linescan 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.tdi_snr(photons_per_stage=200.0, stages=(1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128), eta=0.6, sigma_d=20.0, K=0.1, architecture='charge', sigma_q2=0.08333333333333333) (実装を直接呼ぶなら import linescan; linescan.tdi_snr(photons_per_stage=200.0, stages=(1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128), eta=0.6, sigma_d=20.0, K=0.1, architecture='charge', sigma_q2=0.08333333333333333)、台帳から引くなら opsoptics.get("tdi_snr"))

使い方

TDI の段数 N ごとの SNR(table)—— EMVA 1288 の線形模型を段数倍して。

1 段あたりの平均光子数 μ_p(photons_per_stage)、量子効率 η、暗時雑音 σ_d [e⁻]、システムゲイン K [DN/e⁻]、 量子化雑音の分散 σ_q² [DN²] は sensorchar.emva_snr_curve と同じ意味。

• architecture="charge"(CCD 型・電荷領域で足す): 電荷を段から段へ送って最後に 1 回だけ読む。 EMVA 1288 6.4 節のとおり「露光が N 倍の 1 画素」: SNR = Nημ_p / √(σ_d² + σ_q²/K² + Nημ_p)。
• architecture="digital"(CMOS 型・各段で読んでから足す): 読み出しと量子化の雑音も N 回積もる: SNR = Nημ_p / √(N(σ_d² + σ_q²/K²) + Nημ_p) = √N · SNR(1 段)—— どの明るさでも厳密に √N。

ショット雑音律の領域(ημ_p ≫ σ_d²)では両方とも √N。差が出るのは暗いとき(電荷加算は最大 N 倍まで伸びる)。 返り値 dict: stages(int 配列)/ snr / snr_one_stage / gain(snr / snr_one_stage)/ sqrt_n / signal_e(Nημ_p)/ noise_e(電子の単位の雑音)/ architecture。

Raises ValueError: μ_p が負 / 段数が 1 未満・上限超え・整数でない / η が (0, 1] の外 / σ_d・σ_q² が負 / K が正でない / architecture が違う。

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_tdi_linescan — py -3.11 examples/poc_tdi_linescan.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(linescan)

tdi_sync_mtf · linescan_acquire · lens_field_profile · linescan_lens_columns · linescan_lens_example

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Provenance: linescan.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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