Optical Aberration Database Generator

Descripción

Sistema para generar datasets sintéticos de aberraciones ópticas simuladas mediante polinomios de Zernike, con capacidad de añadir ruidos físicamente realistas.

Características clave:

• Simulación física precisa: Interferogramas con aberraciones ópticas personalizables usando polinomios de Zernike
• Control detallado: Sistema de configuración para:
  • Combinar múltiples modos de aberración
  • Parametrizar coeficientes (±λ) y muestras por clase
  • Reproducir experimentos mediante semillas (Ver Configuraciones Avanzadas)
• Ruidos realistas: Modelos físicos documentados con control de:
  • Intensidad de ruido (σ gaussiano, densidad de polvo, de Poisson)
  • Perfiles de movimeinto (vibración mecánica)

Conjuntos de Datos Disponibles

El repositorio incluye actualmente dos tipos de datasets pregenerados para distintos casos de uso:

1. Aberraciones Puras (data/pure_aberrations)

Contiene interferogramas con modos Zernike individuales, ideales para:

• Entrenamiento de modelos de clasificación
• Estudio de aberraciones aisladas
• Calibración de sistemas ópticos

{: width="250"}

Dataset generado con la configuracion en configs/pure_aberrations.yaml

---

2. Aberraciones Mixtas (data/mixed_aberrations)

Combina múltiples modos Zernike con ruido físico, diseñado para:

• Simulación de condiciones realistas
• Validación de algoritmos de reconstrucción

{: width="250"} Dataset generado con la configuracion en configs/mixed_aberrations.yaml

Características comunes:

• Formato: TIFF 16-bit (512×512px)
• Metadatos: Incluyen coeficientes Zernike exactos
• Métricas: 20+ parámetros de calidad óptica (detalles)

Instalación

git clone https://github.com/isaultirado77/optical_aberration_database.git
cd optical_aberration_database
pip install -r requirements.txt

Estructura del Proyecto

├── configs/                   # Plantillas YAML de configuración
├── data/                      # Datasets generados
├── examples/                  # Ejemplos de uso
├── src/
│   ├── aberrations/           # Generación de aberraciones
│   ├── metrics/               # Cálculo de métricas
│   └── scripts/               # Scripts CLI para generación y preprocesamiento
├── visualization/             # Animaciones y gráficos
├── tests/                     # Pruebas unitarias
└── docs/                      # Documentación técnica

Uso Básico

Generación de Datasets

# Dataset básico
python -m src.scripts.generate_dataset \
    -c configs/pure_aberrations.yaml \
    -o data/pure_aberrations

# Configuración personalizada
python -m src.scripts.generate_dataset \
    --config configs/demo.yaml \
    --output data/demo_output\
    --seed 42

Preprocesamiento

python -m src.scripts.preprocess_data \
    --input_dir data/demo_output/raw \
    --output_dir data/demo_output/processed \
    --config configs/preprocess_config.yaml

Consular la documentación para detalles generación y procesamiento de datos.

Métricas Generadas

El sistema calcula automáticamente 20+ métricas por imagen, incluyendo:

Categoría	Métricas Clave	Documentación
Estadísticas	Entropía, Curtosis	Detalles
Calidad Óptica	Strehl Ratio, RMS	Teoría
Texturas	Haralick Features	Referencia

Documentación Técnica

• Teoría de Polinomios de Zernike
  Fundamentos matemáticos de los polinomios ortogonales y su relación con aberraciones ópticas clásicas (defocus, astigmatismo, coma, etc.).

• Modelos de Ruido
  Implementación física de 4 tipos de ruido:

  • Gaussiano (electrónico)
  • Poisson (cuántico)
  • Partículas de polvo
  • Vibración mecánica
    Incluye interpretación física y descripcion de parámetros de configuración.

• Especificación de Datasets
  Estructura completa de archivos generados:

  • Formato TIFF 16-bit
  • Metadatos técnicos (YAML)
  • Métricas en CSV
  • Jerarquía de directorios recomendada.

• Configuraciones Avanzadas
  Guía detallada de archivos de configuración YAML para:

  • Combinación de modos Zernike (coefficients)
  • Perfiles de ruido (noise_profiles)
  • Metadatos de simulación (metadata)

• Referencia de Métricas
  Catálogo de 20+ métricas calculadas automáticamente:

  • Estadísticas: Entropía, curtosis, energía
  • Calidad óptica: RMS, Strehl ratio, PSNR
  • Texturas: Características de Haralick
    Con fórmulas matemáticas y rangos típicos.

• Modos Zernike e Implementación
  Detalles técnicos del generador de interferogramas:

  • Ejemplos de código para combinaciones complejas
  • Visualización de frentes de onda

Contribución

1. Haz fork del proyecto
2. Crea una rama (git checkout -b feature/nueva-aberracion)
3. Haz commit de tus cambios (git commit -m 'Añade soporte para X')
4. Haz push a la rama (git push origin feature/nueva-aberracion)
5. Abre un Pull Request

Licencia

Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 (CC-BY-NC-SA-4.0)