fullseye

pixel_shift_capture — OPTICS `pixelshift` op

データ種: rgbimage × matrix → video
呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.pixel_shift_capture(scene, factor, shifts, pattern='RGGB', fill_factor=1.0, per_frame=False, margin=None) (実装を直接呼ぶなら import pixelshift; pixelshift.pixel_shift_capture(scene, factor, shifts, pattern='RGGB', fill_factor=1.0, per_frame=False, margin=None)、台帳から引くなら opsoptics.get("pixel_shift_capture"))

使い方

シフトした撮像素子で撮る: シーンを画素の開口(正方形の箱)で厳密に積分し、Bayer か白黒の生の画像を返す。

scene: 細かく描いたシーン。(Hs, Ws)(白黒)か (Hs, Ws, 3)(RGB)、有限の実数。1 センサ画素 = factor × factor 標本。per_frame=True なら先頭に枚数の軸 (N, Hs, Ws[, 3]) を持ち、枚ごとに違うシーン(搬送中のワーク・動く被写体)を撮る。 factor: 1 センサ画素あたりのシーンの標本数(2〜64 の整数)。Hs・Ws はその倍数。 shifts: (N, 2) の実際のシフト (dr, dc)[センサ画素] (:func:pixel_shift_pattern の誤差込み)。センサが +dc 動くと、画素 (r, c) はシーンの c + dc を見る。 pattern: "RGGB" などの Bayer(色フィルタはセンサと一緒に動く)か None(白黒。RGB のシーンなら各画素で 3 色を取る理想センサ = 真値づくり用で、返り値は (N, H, W, 3))。 fill_factor: 画素の開口の一辺 / 画素の間隔(0 < f ≤ 1)。開口の MTF は |sinc(f · fill)|(f は cyc/px)。

margin: センサの (0, 0) 画素を置くシーンの升の番号 m(整数)。None なら m = ⌈max |shift|⌉(全シフトで開口がシーンの内側に残る最小の余白)。★真値(シフト 0 の理想センサ)と比べるときは、比べる相手と同じ m を明示すること —— シフト列が違うと既定の m が違い、同じ添字の画素がシーンの別の場所を指す。

画素 (r, c) の中心はシーンの座標(升の辺を整数にとる)で ((r + m + ½ + dr)·factor, (c + m + ½ + dc)·factor)。返す画像は H = Hs/factor − 2m、W = Ws/factor − 2m。積分は面積の総和表の双線形補間で行い、シーンを「升ごとに一定」とみなす限り誤差は丸めだけ(テストで 1e-12)。

返り値 (N, H, W) float64(Bayer か白黒)/ (N, H, W, 3)(pattern=None で RGB のシーン)。雑音は足さない (EMVA 1288 の雑音を足すなら呼び手で。この op は幾何と開口だけ)。

Raises ValueError: シーンの形・次元・非有限 / factor・fill_factor の範囲 / Hs・Ws が factor の倍数でない / シフトの形・大きさ / margin が負・シフトに足りない / per_frame で枚数がシフトと合わない / Bayer なのにシーンが RGB でない(Bayer は色を撮る)/ 残る画素が 8 × 8 未満。

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_pixel_shift — py -3.11 examples/poc_pixel_shift.py

型が繋がる次の op(`video` を入力に取れる)

pixel_shift_merge · pixel_shift_motion_mask

同カテゴリ(`pixelshift`)

pixel_shift_pattern · pixel_shift_merge · pixel_shift_motion_mask · false_color_metric · pixel_shift_resolution_budget

Provenance: pixelshift.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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