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Ansys Speos 成像仿真方法介绍

发布时间:2024-02-27 09:37:22人气:97

1前言


摄像头已成为车载、手机终端等方向不可或缺的应用,结合Speos丰富的光学材料库、光源数据模型等可以对三维场景进行准确赋值,最终呈现真实场景的拍摄效果。在光学全链路仿真分析中,Speos集成的成像系统杂散光分析、成像质量仿真分析功能成为优化成像质量的重要一环。本文主要基于Ansys Speos成像仿真方法介绍,提供数字化验证仿真解决方案。


2仿真方法介绍

ANSYS仿真.png

2.1 基于Lens组CAD模型“白盒化”的成像仿真


方法1:基于Lens组 CAD模型导出法仿真

导出.png

第1步:利用Zemax OpticStudio导出Lens组CAD模型;导出所使用材料体属性、表面处理数据,并利用Speos将其转换为可被识别的VOP/SOP文件;


第2步:利用Speos完善建立光学仿真模型,包括但不局限于添加镜筒、设置材料VOP&SOP光学属性、定义光源(Chart图用Display source,平行光用面光源)、定义Irradiance传感器(杂光分析时选sequence)、定义仿真类型(注意Geometrical distance tolerance数值调整,Inverse simulation注意开启色散);


第3步:运行仿真,并使用Virtual Photometric Labs查看xmp结果。


方法2:基于Speos Lens Import功能导入法仿真

导入.png

打开Speos,利用Assembly下Lens Import工具直接打开“.zmx”文件;完善建立光学仿真模型,参考方法1完成光学仿真,分析成像结果。


2.2 基于Lens组“黑盒化”的成像仿真 


方法1:基于Zemax OpticStudio导出Distortion file的成像仿真


第1步:利用Zemax OpticStudio自带的Export to Speos Lens System工具或Speos Lens system Importer Beta工具导入“.zmx”文件生成“.OPTDistortion”文件;


第2步:利用Speos自带Camera Sensor传感器,完善仿真模型,运行仿真,查看仿真结果。


若考虑紫边等情况,可参考如下案例仿真流程进行:


仿真案例:将400-700nm光谱范围划分为5个子项(可按实际需求调整分割数量)


400-460nm,标称波长430nm;


460-520nm,标称波长490nm;


520-580nm,标称波长550nm;


580-640nm,标称波长610nm;


640-700nm,标称波长670nm;

1)使用AnsysZemaxOpticStudio打开lens设计文件(如下图所示);

open.png

2)鼠标左键双击System Explorer--Wavelengths下Settings,弹出Wavelength Data界面;


3)仅保留序号1,并将波长更改为0.430um,点击Close关闭如下弹窗;


4)点击saveas,可以命名为430nm(建议名称可以划分区间,便于后续调用区分);


5)重复步骤1)-4)分别存储波长为490nm、550nm、610nm、670nm“.zmx”文件;


6)打开Speos Lens system Importer工具,点击Import导入第5步生成的“.zmx”文件,分别设置Sensor size、Radial Sampling数值,点击Compute;


点击save,弹出Choose output parameters弹窗,点击ok,保存畸变文件“.OPTDistortion”(注意此步骤生成文件需保存到SPEOS input files文件夹下);


7)重复步骤6)分别存储波长为490nm、550nm、610nm、670nm“.OPTDistortion”文件;


8)设置透过率曲线(按光谱曲线划分细节分别设置,本案例按400-460nm、460-520nm、520-580nm、580-640nm、640-700nm设置5个“.spectrum”文件),打开Speos安装目录下Spectrum Editor 2023 R2,通过+-增减Wavelength(nm)手动设置各区间下光谱透过率数值,未涉及的区间设置value为0;此步骤如有实际透过率光谱数据,可利用Spectrum Editor 2023 R2直接裁剪波长区间;


9)打开Speos软件,打开仿真模型;同时建立5个CameraSensor(数量与第1步分割数量一致,本例中本案例按400-460nm、460-520nm、520-580nm、580-640nm、640-700nm设置5个)

设置.png

单个Camera设置如下图所示,分别导入第7步、第8步生成文件,此步骤注意两文件需对应一致。

文件.png

10)建立仿真模型,运行仿真(这一步可以调用GPU加速)


11)调用PhotometricCalc功能,合成iraadiancexmp文件,合成仿真最终结果图。

合成结果.png

方法2:基于Speos Light Box的成像仿真


打开*.SPEOSLightBox文件(需供应商提供)定义光源(Chart图用Display source,平行光用面光源)、定义Irradiance传感器(杂光分析时选sequence)、定义仿真类型(注意Geometrical distance tolerance数值调整,Inverse simulation注意开启色散);运行仿真,并使用Virtual Photometric Labs查看xmp结果。

3结论

本文主要提供2大类Camera仿真方法,介绍了基于Speos可以实现的仿真通路,结合三维场景建立、不同输入光谱、不同Lens组光学参数等设置,通过成像系统杂散光分析、成像质量仿真分析,通过真实场景拍摄效果对比,提供数字化验证仿真解决方案,帮助光学工程师对车载摄像头、手机终端摄像头等应用择优选择解决方案。



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