pupil_blur — OPTICS `wave` op

• Datenarten: image2d × image2d → image2d

• Aufruf: import fullseye as fs; fs.ledger.pupil_blur(image, pupil, defocus_waves=0.0, wavelength_um=0.55, f_number=5.6, pixel_pitch_um=5.0, oversample=4, opd_waves=None) (die Implementierung direkt: import optics; optics.pupil_blur(image, pupil, defocus_waves=0.0, wavelength_um=0.55, f_number=5.6, pixel_pitch_um=5.0, oversample=4, opd_waves=None); aus dem Register: opsoptics.get("pupil_blur"))

Verwendung

Verwischt ein Bild mit der PSF einer Pupillenform bei einem Wellenlängenband.

> Die ausführliche Beschreibung unten ist der Originaltext — Zusammenfassung und Überschriften sind übersetzt.

The forward imaging model of *one* spectral band: the PSF of

:func:pupil_psf (same pupil / defocus / wavelength / f-number

arguments), binned to the image's pixel pitch so the blur is in the

image's own units, convolved with the image (FFT, reflect-padded borders so

a flat field stays flat and nothing wraps around). Call it once per band

with that band's `defocus_waves (from :func:defocus_from_shift` and a

focal shift versus wavelength) and you have the polychromatic image of a

lens with longitudinal chromatic aberration seen through any pupil — the

ingredient of the "colour from chromatic blur" hypothesis for

single-photoreceptor eyes (Stubbs & Stubbs, *PNAS* 113:8206, 2016).

Returns a float64 `image2d` of the image's shape. Linear: no clipping,

no re-normalisation of the image (the PSF sums to 1, so a constant image

is returned unchanged to rounding).

Ground truth it reproduces (measured, `tests/test_optics.py`): a constant

image is unchanged to 1e-12; a delta image returns the binned PSF itself

(the impulse response, to 1e-12 where the kernel fits); with

`defocus_waves = 0` and a diffraction spot much smaller than the pixel

(`lambda N = 0.8 um` on a 5 um pitch) a sharp edge is unchanged to

within 1 % — the *identity at focus*; the blurred image's total is the

input's total to 1e-9 (flux is conserved by the reflect padding).

Raises `ValueError: everything :func:pupil_psf` raises, plus

*image* not 2-D / smaller than 2x2 / over the size cap / complex / masked

/ non-finite, and a non-finite result (an FFT overflow).

Shift-invariant: one PSF for the whole field. Field-dependent blur

(vignetting, off-axis aberration) is `lensimage.render_through_lens`.

Familienweiter Eingabevertrag (fail-closed)

Jeder optics-Operator prüft seine Eingabe vor der Berechnung (nichts rutscht stillschweigend durch):

• Einheiten stecken im Argumentnamen — _mm / _um / _deg / _mrad. Eine Verwechslung von mm und µm stürzt nicht ab, sondern liefert eine plausibel aussehende falsche Antwort; der Name verhindert das. Aus der Größenordnung wird nie auf die Einheit geschlossen.

• **Strings lösen ValueError aus** — float('50') gelingt, sodass ein ungeparster Konfigurationswert als Länge durchrutschen würde (gemessen: thin_lens('50', '200') lieferte plausible 66,667 mm). bool wird als implizite Hochstufung True == 1 ebenfalls abgelehnt.

• **complex / Masked Arrays lösen ValueError aus (nur reelle Slots; das stille Verwerfen des Imaginärteils bzw. Abstreifen der Maske wird abgelehnt). NaN/Inf löst bei jeder Eingabe ValueError aus.**

• Division durch null und Verwandtes wird namentlich abgelehnt: Brennweite 0, Krümmungsradius 0, Brechzahl <= 0, undurchlässige Blende (alles 0, die Normierung wird 0/0), PSF mit Summe <= 0, Stokes-Vektor mit S0 = 0 und ein Objekt im vorderen Brennpunkt (Bild im Unendlichen).

• Nur zwei Operatoren liefern einen nicht-endlichen Wert, und beide halten das vertraglich fest: depth_of_field liefert jenseits der hyperfokalen Distanz far_mm = inf (genau das bedeutet die hyperfokale Distanz), und gaussian_beam liefert an der Taille wavefront_radius_mm = inf (der Krümmungsradius einer ebenen Wellenfront). Beide liefern zusätzlich einen endlichen Partner (far_is_infinite / curvature_per_mm). **Jedes andere stille NaN/Inf wird intern erkannt und löst ValueError aus** — "float64 ist übergelaufen" und "die Antwort ist unendlich" sind verschiedene Aussagen; die erste wird nie im Gewand der zweiten geliefert.

• Größenobergrenzen: erzeugte Gitter durch optics.MAX_GRID (4096), übergebene Felder/PSFs/Blenden durch optics.MAX_FIELD_ELEMENTS (2^24), ABCD-Elementketten durch optics.MAX_SYSTEM_ELEMENTS (1024), Zernike durch MAX_ZERNIKE_TERMS (512) / MAX_ZERNIKE_ORDER (40) / MAX_ZERNIKE_BASIS (2^25). Damit werden Pfade fail-closed geschlossen, in denen ein kleines Argument eine riesige interne Allokation auslöst (gemessen: n_max=40 × 4096² braucht 108 GB).

• Physikalisch unmögliche Zustände werden ebenfalls abgelehnt: Stokes-Vektor mit Polarisationsgrad > 1, negative Transmission, negative Intensität und ungültige Zernike-Indizes wie ungerades n-|m|.

Ausführlicher Anwendungsleitfaden

• Leitfaden zur Familie optics_imaging

Referenzen (Beispieldaten, Literatur)

• Katalog der Beispieldaten (Download-URLs / Lizenzen) — 2-D nutzt skimage.data (BSD/Public Domain) plus synthetische Bilder, 3-D nennt Download-URLs echter Datenquellen (Stanford, PDS, …).

• Herkunft und Literatur der Operatoren — die Quellen der Forschung/Verfahren, auf denen diese Operatorfamilie beruht.

• Der kanonische Algorithmus (Autor, Jahr) und seine Anwendungen stehen im Familienleitfaden oben.

Ausführbare Beispiele (verifizierte Samples, die diesen Operator wirklich aufrufen)

• optics_imaging — py -3.11 examples/optics_imaging.py

Typkompatible Folge-Operatoren (nehmen `image2d` als Eingabe)

fraunhofer_pattern · pupil_psf · psf_to_mtf · polarization_demosaic · polarization_demosaic_color · illumination_uniformity · render_through_lens · surface_defect

Gleiche Kategorie (`wave`)

airy_pattern · angular_spectrum_propagate · fraunhofer_pattern · gaussian_beam · defocus_from_shift · pupil_psf

*Provenance: optics.py — OPTICS Operator-Registry. Diese Notiz wird von tools/opdocs.py md erzeugt (nicht von Hand bearbeiten).*

pupil_blur — OPTICS wave op