合作ADAS无缝光学设计

本文由Zemax首席技术官Sanjay Gangadhara和Ansys OPTIS业务开发人员Ludovic Manillier撰写万博

通过Ansys Speos进行万博仿真，可以复制ADAS摄像头在白天、夜间和雾天条件下如何“看到”车辆周围的物理环境。

在当今拥挤的汽车市场中取胜意味着率先将越来越多的自动驾驶汽车设计推向市场。一个障碍吗?

不连贯的工作流程增加了开发ADAS感知系统基础先进光学系统的时间和成本。Ansys和Zemax之间的新技术合作使光学开发过程以指数级速度加快，帮助万博客户率先到达终点线。

美国国家公路交通安全管理局最近的一份报告显示，在美国每年发生的4万起交通事故中，94%是人为驾驶失误造成的。先进的驾驶员辅助系统(ADAS)——包括前方碰撞预警、自动制动、车道保持和行人检测系统——对于最大限度地减少每年因驾驶员注意力分散或注意力不集中而造成的数万起交通事故至关重要。

感知和表现的挑战

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，感知系统是一个关键的任务组件。辅助驾驶的概念依赖于车辆传感器准确检测行人等危险的能力，并从制动、转向和其他系统触发适当的反应。

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高效地推出创新的新型ADAS传感器，包括在一系列天气条件、照明水平、环境温度和其他工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的用例进行优化，以考虑其在车辆上的位置及其主要功能。例如，光学组件可以支持停车场中使用的备用摄像头，或者在前方道路上检测到行人时触发紧急制动系统的前置摄像头。光学设备可能需要也可能不需要强大的周边视觉。它们几乎都需要在各种天气和照明条件下正常工作。

这些性能特征影响一系列的设计选择，从透镜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真实驾驶条件下时能够可靠地工作。

两种工程解决方案已被证明可以应对这些挑战，从而推动了ADAS光学器件的快速发展。Zemax的光学工作室和万博Ansys Speos常用于组合，首先设计镜头，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行业领先的光学设计软件OpticStudio中开发了一个镜头模型，然后手动将模型移动到Ansys Speos中，由虚拟测试团队进行相机仿真和性能验证。万博由于数据是手动导出的，而且需要在Speos中重新构造复杂的数学计算(包括光线跟踪)，因此这个过程很慢，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。

通过将Ansys Speos镜头系统模拟器直接导入Zem万博ax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Ansy万博s:一个清晰的解决方案

Ansys和Zemax认识到这种手动过程是快速ADAS创新的障碍，因此合作通过安全的技术接口将其行业领先的解决方案连接起来。万博

Ansy万博s Speos镜头系统导入器，由Ansys和Zemax合作创建，旨在简化工作流程和保护知识产权。这种新的端到端相机测试和验证解决方案充分利用了Zemax的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。万博因此，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中的任何相机镜头设计带入Ansys Speos仿真软件。万博整个光学模型可以在OpticStudio中使用安全的“黑盒”技术进行传输，因此在不限制仿真分析的情况下保护IP。所有数据都安全地自动拉入仿真工具，无需重新创建关键计算。模拟可以立即开始-导致端到端开发过程，比历史的，手动密集的工作流程快得多。

新的精简的工作流程已经使包括大陆集团在内的Ansys-Zemax客户受益。万博大万博陆集团ADAS业务部门六西格玛教练设计Konrad Rothenhäusler表示:“Ansys提供了自动执行仿真计划的功能，可以解决自动驾驶汽车设计中的复杂问题。Ansys和Zemax提供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，从而决定投影图万博像的质量，同时保护我们的敏感设计数据。这种工作流程将使我们的团队能够更快、更便宜、更低风险地探索新的相机设计。”

在Ansys Speos镜头系统导入器中，易于使用的界面可以简单万博地控制模拟参数，并在各种光照和大气条件下验证准确的镜头性能。

展望提高生产力

那么，加速和简化的过程究竟是如何工作的呢?首先，光学工程师在Zemax OpticStudio中设计了一个完整的光学系统，进行了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感知系统质量的每一个因素，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Zemax相机设计的模型，然后将其直接带入Ansys Speos进行仿真和物理验证。万博虽然它包括关键的计算和尺寸，但该模型保护了任何进入镜头开发的敏感IP，为光学工程师提供了更高级别的安全性。

无论传感器的输出是投影在屏幕上还是显示在虚拟现实环境中，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。万博万博Ansys Speos支持静态和动态模拟，在高速公路或停车场。它可以考虑一系列的环境照明条件，如夜间，以及可能影响汽车的整个操作温度范围。万博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。为了完全复制真实世界的操作环境，Speos可以组合各种条件——例如，夜间/热/多雾或白天/冷/晴朗。

基于Ansys Speos万博仿真，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支持全面且易于使用的工具，将图像亮度和图像清晰度等属性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可靠模拟。新的透镜模型可以很容易地导入到Ansys Speos进行额外的仿真和验证。万博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 更快地将完全验证的光机械设计推向市场。万博

Ansy万博s Speos镜头模拟器能够在动态驾驶条件下模拟安装在装有adas的车辆上的多个摄像头镜头。

展望一个自主的未来

虽然ADAS技术的近期目标是最大限度地减少由驾驶员失误引起的交通事故，但其长期目标当然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，并利用模拟来减少物理测试和原型，Ansys-Zemax技术合作伙伴关系正在帮助大陆集团等汽车客户在全自动汽车(或5级自动驾驶汽车)的商业化竞赛中占据领先地位。万博

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联手解决客户的关键需求。万博随着汽车制造商和原始设备制造商获得和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进行了优化，以实现紧密集成，并在快速发展、竞争激烈的行业中取得成功。