就ADAS的无缝光学设计进行合作

作者:Zemax首席技术官Sanjay Gangadhara和业务开发人员Ansys OPTIS的Ludovic Manillier

通过Ansys Speos进行的模拟可以复制ADAS摄像头在白天、夜间和雾天条件下“看到”车辆物理环境的方式。

要想在当今拥挤的汽车市场中胜出，就意味着要率先推出越来越自动驾驶的汽车设计。华体会官网app下载新浪一个障碍吗?

不连贯的工作流程增加了开发ADAS感知系统底层先进光学系统的时间和成本。Ansys和Zemax之间的新技术合作伙伴关系使光学开发过程呈指数级加快，帮助客户率先到达终点线。

美国国家公路交通安全管理局(National Highway Traffic Safety Administration)最近的一份报告显示，美国每年发生的4万起车祸中，有94%是人为失误造成的。先进的驾驶辅助系统(ADAS)——包括前方碰撞警告、自动制动、车道保持和行人检测系统——对于减少每年因驾驶员分心或注意力不集中造成的数万起撞车事故至关重要。

感知表现挑战

随着汽车制造商和原始设备制造商(oem)竞相开发新的ADAS技术，以提高汽车的自动驾驶水平，并最大限度地减少驾驶员的错误因素，感知系统成为关键任务组件。驾驶员辅助的概念依赖于车辆传感器准确探测行人等危险的能力，并触发刹车、转向和其他系统的适当反应。

感知技术发挥着至关重要的作用，这意味着当今的汽车开发团队必须快速、经济地推出创新的新型ADAS传感器，包括在各种天气条件、照明水平、环境温度和其他操作参数下工作的先进光学器件。

每个ADAS光学组件都必须针对特定用例进行优化，考虑其在车辆上的位置和主要功能。例如，光学组件可以支持停车场使用的倒车摄像头，或者当检测到前方道路上有行人时触发紧急制动系统的前置摄像头。光学系统可能需要也可能不需要有强大的周边视觉。它们几乎都需要在各种天气和光照条件下正常工作。

这些性能特征影响了一系列的设计选择，从镜头形状和轮廓到材料的选择。所有这些因素结合在一起，使得ADAS光学设计的任务变得极其复杂。同样复杂的是，验证这些光学器件在安装在车辆上并暴露在实际驾驶条件下是否可靠。

两种工程解决方案已被证明可以应对这些挑战，从而导致ADAS光学器件的快速发展。Zemax的OpticStudio和Ansys Speos通常是结合使用先设计镜头，然后模拟其在静态或动态驾驶情况下的性能。这些任务由两个不同的团队管理——一个光学工程团队和一个虚拟测试团队——这就需要交接和协作。

支持光学开发过程的过时的、功能孤立的工作流程是这些团队面临的最大障碍之一。过去，光学工程师在Zemax业界领先的光学设计软件OpticStudio中开发镜头模型，然后将模型手动移动到Ansys Speos中，由虚拟测试团队进行相机模拟和性能验证。因为数据是手动导出的，而且需要在Speos中进行复杂的数学计算(包括光线追踪)，所以这个过程很慢，而且容易出错。在初始模拟之后，任何设计迭代都遵循相同的乏味且耗时的过程。

结果呢?缓慢的发射计划和严重的预算超支。更糟糕的是，许多开发团队担心数据安全和知识产权(IP)保护，因为设计在不同的开发功能和不同的技术工具之间反复传递。

通过合作将Ansys Speos镜头系统模拟器直接导入Zemax的OpticStudio，两家公司消除了无缝ADAS相机设计的功能和技术障碍。

Zemax和Ansys:一个清晰的解决方案

认识到这种手动过程是快速ADAS创新的障碍，Ansys和Zemax合作，通过安全技术接口将其行业领先的解决方案连接起来。

Ansys Speos镜头系统导入器由Ansys和Zemax合作开发，旨在简化工作流程并保护知识产权。这个新的端到端相机测试和验证解决方案利用了Zemax OpticStudio的组件级设计、建模和仿真功能，以及Ansys Speos的建模、仿真、分析和可视化优势。因此，为ADAS相机设计开发先进光学器件的工程师可以快速准确地测试、验证和迭代他们的设计。

Speos镜头系统导入器建立在功能强大且灵活的OpticStudio应用程序编程接口(ZOS-API)之上，允许它用于将Zemax的OpticStudio的任何相机镜头设计带入Ansys Speos仿真软件。整个光学模型可以使用OpticStudio中的安全“黑匣子”技术进行传输，因此在不限制仿真分析的情况下保护IP。所有数据都是安全的，自动拉入模拟工具，不需要重新创建关键计算。模拟可以立即开始-导致端到端开发过程，比历史上手动密集型工作流程快得多。

新的简化工作流程已经使Ansys-Zemax客户受益，包括大陆集团。大陆集团ADAS业务部六西格玛教练(Six Sigma Coach)设计师Konrad Rothenhäusler表示:“Ansys可自动执行仿真计划，解决自动驾驶汽车设计中的复杂问题。华体会官网app下载新浪“Ansys和Zemax的端到端光学测试解决方案使我们能够交换光学传递函数，这决定了投影图像的质量，同时保护了我们敏感的设计数据。这种工作流程将使我们的团队能够更快、更便宜、风险更小地探索新的相机设计。”

Ansys Speos镜头系统导入器中易于使用的界面使得在各种照明和大气条件下控制仿真参数和验证准确的镜头性能变得简单。

对提高生产力的看法

那么，加速和简化的流程究竟是如何工作的呢?首先，光学工程师在Zemax OpticStudio中设计完整的光学系统，进行全面的设计优化和容差。由此产生的虚拟模型考虑了可能影响ADAS感知系统质量的所有因素，包括透镜几何形状、透镜位置、材料组成和杂散光的影响。

Speos镜头系统导入器生成复杂的Zemax相机设计模型，然后将其直接带入Ansys Speos进行仿真和物理验证。虽然它包括关键的计算和尺寸，但该模型保护任何进入镜头开发的敏感IP，为光学工程师提供更高级别的安全性。

无论传感器的输出是投影在屏幕上还是在虚拟现实环境中显示，Ansys Speos都可以为ADAS工程师提供安装在汽车上的光学系统的视觉模拟。Ansys Speos支持静态和动态模拟，在高速公路上或在停车场。它可以考虑一系列环境照明条件，如夜间，以及可能影响汽车的全部操作温度。Ansys Speos还可以模拟包括雾在内的大气条件，这对于ADAS感知系统的设计师来说是一个特别大的问题。为了完全复制真实的操作环境，Speos可以结合各种条件-例如，夜间/热/多雾或白天/冷/晴朗。

基于Ansys Speos仿真，光学工程师可以在Zemax OpticStudio中通过重新优化设计来提高相机和镜头的感知质量。OpticStudio支持全面和易于使用的工具，以目标属性，如图像亮度和图像清晰度作为优化过程的一部分，它还提供了ADAS感知系统通常需要的大视场相机性能的强大模拟。新的透镜模型可以很容易地导入到Ansys Speos中进行额外的仿真和验证。通过显著加快迭代设计过程，新的Ansys-Zemax技术集成可帮助ADAS开发团队更快地将充分验证的光机械设计推向市场 。

Ansys Speos镜头模拟器能够在动态驾驶条件下模拟安装在配备adas的车辆上的多个摄像头镜头。

设想一个自主的未来

虽然ADAS技术的近期目标是将驾驶员失误造成的车祸数量降至最低，但其长期目标无疑是支持完全自动驾驶。通过改进和加速传感器光学的设计过程，并利用仿真来减少物理测试和原型，Ansys-Zemax的技术合作伙伴关系正在帮助像大陆这样的汽车客户在商业化全自动驾驶或5级汽车的竞争中占据领先地位。

通过减少产品开发的时间和成本，同时促进ADAS光学创新，Ansys和Zemax联手解决了客户的关键需求。随着汽车制造商和原始设备制造商获得并应用越来越多的先进工程工具，技术提供商有责任确保这些解决方案能够优化，以实现紧密集成，并快速产生结果，从而在快速发展、竞争激烈的行业中取得成功。