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如何减少Cover Lens 引起的仿真运算时间

发布日期:
2024-05-11

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概述

在这个例子中,将得到如何有效地模拟前面有透明材料的光源。通过捕获玻璃罩到光源本身来减小模拟规模并提高收敛性。这对于相机/激光雷达应用尤其重要,其中传感器和光源位于镜头的同一侧。


当光源放置在一个或多个材料后面时,会增加光线追踪收敛时间,特别是对于相机和激光雷达模拟。因此,浪费了宝贵的模拟时间,却没有得到完整的结果。为了减少模拟时间,尝试预先计算透明材料和光源的相互作用,转换为只有玻璃表面的输出是有效光源。这些光线只会与环境相互作用并到达传感器,从而减少了运行完整模拟所需的时间,并在传感器表面获得响应。


在这个例子中,分别有Camera 和LiDAR的模拟,当模拟系统光源有一个cover lens,如前照灯罩,挡风玻璃,或任何其他类型的透光罩时,这种模拟方式很有用。具有透明cover lens的光源可以通过创建variable或是IES光源减少总体模拟时间。

如何减少Cover Lens 引起的仿真运算时间


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条件

Ansys Speos 2021 R1或更高版本。所需的许可证是带有OST附加组件的Ansys Speos。在这个例子中,有一个由摄像头和激光雷达系统组成的模块,每个模块都有自己的集成光源。该模型已经创建了材料、光源和传感器,因此将更专注于最佳实践,以实现每个系统的最佳光线汇聚。将使用这个示例来解释这种variable 光源方法如何有助于减少模拟时间。


1.案例 camera系统

Camera系统包含一个集成的红外(IR)光源和camera。在模拟camera将看到的场景之前,需要预先计算光源通过覆盖镜头的传播。


第一步,首先运行仿真,没有使用variable 光源的模拟结果作为对照,以捕获“场景”的能量传播。


如何减少Cover Lens 引起的仿真运算时间


在模拟列表中双击“sim with glass”直接模拟。得到的仿真结果没有光的收敛,只有几个斑点。这表明模拟将需要更多的光线(500或更多pass number)来获得高保真的结果。


现在,为了获取从LED发出的光,在cover lens玻璃罩外,创建一个辐照度平面探测器来接收光的能量,进一步创建variable光源。


第二步,在光源的中心创建一个轴系统,但与cover lens有0.5mm的偏移。


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创建一个辐照度传感器,参数如下图所示。


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利用辐照度传感器上的光源进行仿真计算,获取辐照度。创建一个直接的模拟,包括几何形状的cover lens玻璃盖,选择“Surface IR”表面光源,选择“辐照度”探测器,进行模拟计算。


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辐照度结果将出现在3D工作空间中,并且接收光源的能量分布。


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第三步,创建variable 光源,创建一个具有与原光源相同参数的新光源,通过使用模拟仿真的XMP结果。创建一个新的表面光源,命名为SurfaceIR_variable exit。将“variable exitance”设置为“true”,并在输出文件夹中选择上一步完成的仿真结果Direct irradiance.Irradiance.xmp,使用和照度传感器定义的相同轴系统来定向。


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使用4w的辐射通量和原始光源的光谱,如下图所示。一旦光源设置完成,你能够看到光线从cover lens玻璃前面创建光源发射出来。


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第四步,运行包含variable 光源的仿真,复制模拟“sim with glass”并将其重命名为“sim with variable exit”。将光源更改为“surfaceIR_variable exit”。计算模拟,打开模拟文件exit.CameraIR.png。可以看到与第一步模拟的结果对比,现在可以看到光线在camera传感器上更高的收敛度。


如何减少Cover Lens 引起的仿真运算时间

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2.案例LiDAR系统

可以使用类似的仿真来创建有cover lens镜头盖板的激光雷达光源。使用相同的设置,通过创建IES文件而不是辐照度传感器来创建激光雷达源。然后,这个IES文件将作为激光雷达传感器的输入。


第一步,创建强度传感器点击模拟工具栏中的强度传感器。将格式改为IESNA类型C。指定原点和轴与光源前面的玻璃罩外的辐照轴系统相同。


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第二步,使用直接模拟获得光源强度。用LED光源,强度传感器和盖板玻璃作为几何图形创建直接模拟。


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计算模拟并得到光源文件XXXXX.ies。


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第三步,使用IES文件进行激光雷达模拟。将创建一个LiDAR传感器,并使用在第二步中创建的IES文件作为发射源,用于激光雷达的模拟仿真。


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第四步,创建LiDAR仿真,点击system-LiDAR仿真,选择参与仿真的场景中的几何体和LiDAR Sensor,运算仿真。


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扩展应用

以上是带有cover lens的camera 和LiDAR的模拟,将模型进一步扩展可应用到挡风玻璃后面或前灯的camera 和LiDAR仿真场景,考虑挡风玻璃或前照灯镜头覆盖了整个光源和传感器的相互影响。

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