fullseye

optical_camera — OPTICS scene 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.optical_camera(focal_mm: 'float' = 25.0, pixel_um: 'float' = 3.45, resolution=(256, 256), working_distance_mm: 'float' = 200.0, look_at_mm=(0.0, 0.0, 0.0), tilt_deg: 'float' = 0.0, azimuth_deg: 'float' = 0.0, image_distance_mm: 'float' = None, telecentric: 'bool' = False) -> 'dict' (実装を直接呼ぶなら import optscene; optscene.optical_camera(focal_mm: 'float' = 25.0, pixel_um: 'float' = 3.45, resolution=(256, 256), working_distance_mm: 'float' = 200.0, look_at_mm=(0.0, 0.0, 0.0), tilt_deg: 'float' = 0.0, azimuth_deg: 'float' = 0.0, image_distance_mm: 'float' = None, telecentric: 'bool' = False) -> 'dict'、台帳から引くなら opsoptics.get("optical_camera"))

使い方

実在の諸元(焦点距離・画素ピッチ・解像度・作動距離)から理想ピンホールを組む。

tilt_deg は真上(0°)からの傾き、azimuth_deg はその方位。カメラは look_at_mm を見下ろす。返り値には内部行列 K [px] と姿勢 (R, t) が入る ―― calib / calibration3d 系の op と同じ規約なので、そのまま 再投影や校正の検証に渡せる。

視野は tan 半角 = (画素数/2 · 画素ピッチ) / 像距離 で決まる。作動距離での 視野幅 [mm] を fov_mm に入れてあるので、部品が収まるかを見てから撮れる。

image_distance_mm はピンホールからセンサーまでの距離(像距離 v)。省くと focal_mm(無限遠に合焦した近似)。★レンズを作動距離に合焦させた構成では v = f·WD/(WD − f) で、倍率は v/WD = f/(WD − f)(optical_budget と同じ薄肉の式)。 2026-10-15 まで vision_layout と observe_surface が v の代わりに f を渡していて、 描く画像の倍率は f/WD、バジェットの倍率は f/(WD − f) と同じ構成で 2 つのモデルが混ざって いた(f 25 mm・WD 200 mm で視野が 14 % 広い)。focal_mm はレンズの焦点距離のまま 残る(被写界深度のぼけ defocus_blur が使う)。

telecentric=True は物体側テレセントリック: 主光線が光軸に平行なので、光線は 1 点(視点)から 放射状に出るのでなく、光軸に平行に出る(正射影)。画素の物体側の実寸は作動距離での値 pixel · WD / v に固定され、部品を持ち上げても像の大きさが変わらない(寸法測定でテレセンを 使う理由そのもの)。この場合 K は作動距離の面でだけ成り立つ名目の値で、projection が "orthographic" になる(透視の再投影には使えない)。2026-10-15 まで lens_spec(telecentric=True) を読むコードが無く、旗を立てても部品を 20 mm 持ち上げると像が 11 % 大きくなっていた。

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

背景知識ガイド(この op の手前にある物理・規約)

• dataset_conventions — 学習データセット規約の知識 — COCO / YOLO / VOC と外観検査での落とし穴
• mv_cameras — 産業用カメラメーカー（センサとの紐付け・ラインスキャン / TDI）
• mv_illumination_practice — 照明の実務知識 — 波長・偏光・点灯方式・外光・安全
• mv_image_sensors — 産業用イメージセンサ（現行品中心）
• virtual_machine_vision — 仮想マシンビジョン — パラメータの洗い出しとオブジェクト模型

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_focus_stacking — py -3.11 examples/poc_focus_stacking.py
• poc_pocket_interreflection — py -3.11 examples/poc_pocket_interreflection.py
• studio_raytrace_scene — py -3.11 examples/studio_raytrace_scene.py
• virtual_machine_vision — py -3.11 examples/virtual_machine_vision.py
• vision_layout_from_catalog — py -3.11 examples/vision_layout_from_catalog.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(scene)

scene_material · scene_plane · scene_sphere · scene_box · scene_cylinder · surface_defect · surface_finish · random_defects

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Provenance: optscene.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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