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kubelka_munk_reflectance — OPTICS spectral op

• データ種: pairs → pairs
• 呼び出し: import fullseye as fs; fs.ledger.kubelka_munk_reflectance(absorption, scattering_per_mm=5.0, thickness_mm=1.0, background_reflectance=0.0, diffuse_factor=2.0) (実装を直接呼ぶなら import spectralrad; spectralrad.kubelka_munk_reflectance(absorption, scattering_per_mm=5.0, thickness_mm=1.0, background_reflectance=0.0, diffuse_factor=2.0)、台帳から引くなら opsoptics.get("kubelka_munk_reflectance"))

使い方

散乱する層の拡散反射率を Kubelka–Munk の閉形式で(吸収係数の曲線から)。

K = diffuse_factor · α(拡散光は斜めに通るので平行光の吸収係数の約 2 倍、Kubelka 1948)、 S = scattering_per_mm。thickness_mm(既定 1 mm)が None なら無限厚 R∞ = 1 + K/S − √((K/S)² + 2K/S)、 有限の厚さ X なら背景 R_g の上の層:

R = [1 − R_g (a − b coth(bSX))] / [a − R_g + b coth(bSX)],  a = 1 + K/S, b = √(a² − 1)

(Kubelka, J. Opt. Soc. Am. 38, 448 (1948))。極限: X → ∞ で R∞、K → 0 で (SX(1 − R_g) + R_g)/(1 + SX(1 − R_g))、R_g = R∞ なら厚さに依らず R∞。逆は K/S = (1 − R∞)²/(2R∞)。

absorption は pairs(λ nm, α 1/mm)(materials.material_nir_absorption の返り値)。 scattering_per_mm は数か、absorption と同じ波長の pairs。

返り値: pairs(λ nm, R)。界面の鏡面反射は含まない(:func:spectral_reflectance_from_material が Saunderson の補正で足す)。

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_hyperspectral_foreign_matter — py -3.11 examples/poc_hyperspectral_foreign_matter.py

型が繋がる次の op(pairs を入力に取れる)

mtf50 · energy_to_photons · spectral_product · spectral_integral · spectral_stats · hyperspectral_capture · film_thickness_fft · film_thickness_fit

同カテゴリ(spectral)

blackbody_spectrum · cie_illuminant_a · led_spectrum · bandpass_spectrum · silicon_photodiode_qe · energy_to_photons · spectral_product · spectral_integral

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Provenance: spectralrad.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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