# 场加权力标定模型契约

用途：reference。范围：SDK schema 3 `field_gain/1` 的输入、映射、空载基线、诊断与兼容边界。
[统一力标定模型契约](calibration-model-contract.zh.md)负责文件选择、身份与逐帧生命周期；
本文只补充场加权模型特有语义。状态：2026-10-19 已实现并有回归测试，离线录像对照见
[实施计划](../../docs/workflow/field-weighted-calibration-plan.zh.md)。

## 定位与边界

从现有多点增益生成空间图，对 HHD 无旋向量场做加权求和，作为 FN 的实验估计。
不依赖深度、接触中心、最大光流点或单接触判定。SDK 的 `FingerRuntime` 可直接加载模型、
声明加权空载窗口并逐帧推断；处理来源可以是录像或相机。尚未接入的是 Studio 实时采集界面，
其应用入口仍显式拒绝场模型，不是 SDK 的来源限制。
现有增益对应各加载位置的整场响应，不是已验证的局部系数。交付证明软件契约与可复现估计，
不宣称局部压力、多接触力可加性或精度改善。负的基线差保留；显示阈值只由显示层决定。

SDK 使用示例（配置、资产、模型和设备身份须匹配）：

```python
from orisys.finger import FingerRuntime

runtime = FingerRuntime.open(
    config="sensor.json", export_dir="assets", video="input.mp4",
    cal_path="force_calibration.field.json", device_id="YOUR-SENSOR-SN",
)
try:
    # 仅在传感器无载时声明；video 也可以传相机编号。
    runtime.declare_unloaded_reference("unloaded-1")
    with runtime.pipeline(contact=False, include=()) as pipe:
        while (snapshot := pipe.wait()) is not None:
            if snapshot.calibration_status.get("fn") == "ok":
                print(snapshot.normal_force)
finally:
    runtime.close()
```

模型前 30 个有效处理帧用于建立零点；订阅者可能跳过中间快照，不能以收到的快照数判断就绪。
运行中换模型必须由调用方在处理线程的帧边界执行，随后重新声明空载窗口；不能与运行中的
pipeline 并发调用切换接口。当前独立验证覆盖录像的同步处理和 pipeline 软件链，
不等于已验证相机实机精度、吞吐或延迟。

## 文件字段

`model.type` 为 `field_gain/1`，`input_profile` 为 `hhd_normal_l1_field/1`，`outputs` 仅 `["fn"]`。
`pipeline` 沿用 schema 3 的测量身份，并增加闭合的 `pipeline.field`（由 SDK
`FIELD_IDENTITY` 生成）：`grid`、`shape`、`mask_shape`、`vector`、`reduction`、`dtype`、
`unit`、`mask`、`lifecycle`、`area_compensation`。它们进入特征签名；改变任一值即需升级 profile。
`params` 必需键：

| 键 | 规则 |
|---|---|
| `points_uv`、`gains_N_per_raw`、`triangles` | 沿用空间增益的完整凸包三角网校验；点数由数组决定 |
| `valid_force_range_N` | 必填 `[low, high]`；超范围保留数值并标 `out_of_range` |
| `mapping` | 固定 `{"inside": "barycentric", "outside": "boundary_projection", "tie_break": "boundary_edge_order"}` |
| `baseline` | 固定 `{"frames": 30, "statistic": "median"}`，仅实现这一策略 |

`artifacts` 必须有且仅有一个 `role="coordinate_map"` 附件；`map_sha256` 必须等于附件字节摘要。
附件提供输出分辨率 `uv_by_output_px` 与 `valid_mask`，SDK 打开模型时校验形状与有限性。

## 增益图与加权求和

先把支撑点增益映射到 HHD 向量场的计算网格，再逐帧归约；缓存身份包含模型指纹、坐标附件、
HHD 网格形状与物理有效掩膜，任一变化都重建。映射规则：

- 三角网内按重心插值取增益；查询落在共享边时按文件中的三角顺序取第一个命中的三角形。
- 凸包外投影到最近边界线段，再按投影参数插值两端增益；距离相同时取边界边排序中靠前者。
- 输出网格内只在物理有效像素上统计；有效掩膜内缺坐标或增益是模型映射错误，报
  `coordinate_unmapped`，不当作零或域外增益。
- 按块面积降采样到 HHD 网格：增益取覆盖有效像素的均值；`coverage` 是覆盖面积比，
  `inside` 是凸包内面积比；混合覆盖格点保留比例，不平均无效坐标。

逐帧对同一帧的 HHD 无旋向量场 `d` 计算
`P = A * sum_{HHD 激活格点}(gain * (|d_x| + |d_y|))`。HHD raw 汇总正是
`A * sum_{激活格点}(|d_x|+|d_y|)`，所以常增益必须精确等于 `gain * raw`；`coverage` 只用于
外推比例与诊断，不得再乘进 `P`，否则掩膜边缘的部分覆盖格点会被重复折扣。

HHD 激活但 `coverage=0`（没有任何有效像素映射到该格点）是模型映射错误，报
`coordinate_unmapped`，不得静默记零。`A` 取自 `hhd/api.py` 现有的
参考网格面积补偿（参考网格像素数/当前网格像素数），调用方不得再乘一次或重复归一化。
不得改变 FN raw、HHD 分解或剪切分量。空场时 `P=0` 且外推比例为 0；
负的 `FN = P - B0` 保留为有效数值（可能超量程）。

## 空载基线与生命周期

用户先声明无载窗口，SDK 才对后续帧累计加权 `P`：

- `Sensor.declare_unloaded_reference(reference_id=...)`（`FingerRuntime` 同名转发）开始窗口；
  `reference_id` 必填并记录。窗口要求连续 30 个有效帧；任一无效输入或映射错误会中断连续计数，
  向前 30 帧零点未就绪。
- `B0` 为这 30 个 `P` 的中位数；就绪前的帧状态为 `zero_unavailable`，不输出牛顿值。
  就绪后 `FN = P - B0`。
- 空载确认不以接触定位为门槛，但要求输入有限；换模型、重置、倒播或新会话使基线失效。
- 场模型拒绝旧标量零点：`Sensor.set_calibration_reference()` 对 `hhd_normal_l1_field/1`
  抛 `CalibrationError`，调用方必须使用加权窗口接口，不能把旧 FN raw 零点当作 `B0`。

## 结果诊断

`CalibrationResult.diagnostics` 逐帧携带版本化诊断；旧结果或缺字段时按未知处理，不得补零：

| 键 | 含义 |
|---|---|
| `model_fingerprint` | 模型文档与附件的内容指纹 |
| `mapping` | 生效的边界策略 |
| `baseline_N`、`reference_id` | 已就绪基线及其声明标识；未就绪为 `None` |
| `pending_reference_frames` | 当前连续窗口已累计的有效帧数 |
| `extrapolated_fraction`、`coverage_fraction` | 按 `q` 加权的凸包外比例与覆盖比例 |
| `area_scale`、`frame_id` | 本帧面积补偿与帧标识 |

`extrapolated_fraction` 是估计质量，不是有效性：它不改变 `status`，也不得让上层丢弃牛顿值。
零点缺失、输入错误仍无效；超量程沿用现有显式状态。

## 兼容与实现位置

旧 `spatial_gain/1`、`global_gain/1` 与旧文件语义不变；schema 3 按声明轴校验，旧 SDK 遇
`field_gain/1` 必须拒绝。`hhd_downsample` 仍按既有兼容例外处理：只允许该键数值不同，
其余处理参数、几何、展开域、SN 与传感器类型仍须匹配，不能借此跳过签名校验。

| 位置 | 责任 |
|---|---|
| `src/orisys/field_calibration.py` | profile/策略常量、增益图构建、加权归约 |
| `src/orisys/calibration_models.py` | 类型注册、参数校验、基线状态与诊断 |
| `src/orisys/hhd/api.py` | 同帧 `get_field()`：`d` 拷贝、物理掩膜、面积补偿 |
| `src/orisys/sensor.py`、`src/orisys/finger/runtime.py` | 同帧场推断、加权零点声明、上下文绑定 |
| 工作区 `scripts/finger_multical/export_field.py` | 现有空间模型只读导出为实验文件，不重训、不改排除点 |

回归证据：`tests/test_field_calibration.py` 覆盖常增益等价、两区域贡献、重叠向量先合成再 L1、
边界投影、掩膜/NaN/空场、映射错误与 30 帧基线生命周期；`tests/test_model_runtime.py` 覆盖
HHD 同帧场接线、加权零点声明与无接触推断。命令与 run_id 记录在实施计划的执行结果中。
实验导出文件不覆盖原件，provenance 声明来源哈希、边界/基线策略和实验假设。