fullseye

fresnel_water_air — OPTICS `watermedia` 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.fresnel_water_air(theta_deg, wavelength_um=0.55, polarization='s', direction='air_to_water', n_water=None) -> 'dict' (実装を直接呼ぶなら import watermedia; watermedia.fresnel_water_air(theta_deg, wavelength_um=0.55, polarization='s', direction='air_to_water', n_water=None) -> 'dict'、台帳から引くなら opsoptics.get("fresnel_water_air"))

使い方

Fresnel reflectance and transmittance of the air-water interface -> dict.

theta_deg is the angle of incidence (0 to 90, an array is accepted) on the side the light comes from; direction is air_to_water or water_to_air. The index of water is the real part of the material table at wavelength_um (dispersion included: 1.3435 at 0.40 um, 1.3347 at 0.55 um, 1.3305 at 0.70 um) unless n_water is given. The amplitude coefficients are r_s = (n1 cos i - n2 cos t) / (n1 cos i + n2 cos t) and r_p = (n2 cos i - n1 cos t) / (n2 cos i + n1 cos t); the reflectance is |r|^2 and the transmittance is computed from the transmitted amplitude, T = n2 cos t / (n1 cos i) |t|^2, so R + T = 1 is a check and not a definition. Beyond the critical angle (water to air) the light is totally reflected: R = 1, T = 0, tir is True and the refracted angle is NaN. The table has R, T (for polarization: s, p or their mean unpolarized), R_s, R_p, T_s, T_p, theta_t_deg, tir, n_water, brewster_deg (atan n) and critical_deg (asin(1/n)).

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_water_inspection_images — py -3.11 examples/poc_water_inspection_images.py
poc_water_transparent_media — py -3.11 examples/poc_water_transparent_media.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(`watermedia`)

ocean_spectrum · ocean_height_field · snell_window · refracted_view · water_attenuation · underwater_image · phase_function_hg · scattering_phase_petzold

Provenance: watermedia.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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