作為智能駕駛系統(tǒng)的重要組成部分，傳感器為感知系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù)，其性能對整個智能駕駛系統(tǒng)的功能和性能有直接且重要的影響。
為提高智能駕駛系統(tǒng)開發(fā)的效率和效果，會采用仿真的方式對方案進行驗證和優(yōu)化，涉及全數(shù)字仿真、半實物仿真等。為使仿真結(jié)果盡可能真實地反映實際情況，需要對攝像頭、激光雷達、毫米波雷達等傳感器進行高精度的建模仿真。
針對此類應(yīng)用，經(jīng)緯恒潤聯(lián)合ANSYS公司，提供包括光學(xué)及視覺模擬軟件SPEOS和光學(xué)虛擬現(xiàn)實仿真軟件VRXPERIENCE的智能駕駛傳感器高精度仿真解決方案，依據(jù)對象的真實物理屬性進行傳感器和場景的高精度仿真。
產(chǎn)品介紹
ANSYS SPEOS & VRXPERIENCE解決方案在智能駕駛領(lǐng)域可應(yīng)用于攝像頭、激光雷達、毫米波雷達傳感器的建模仿真，涉及像素網(wǎng)格投影、成像仿真、圖像后處理接口、機器視覺、ADAS部件級仿真、實時燈光仿真、動態(tài)前照燈性能評估、傳感器性能評估等。可以在智駕系統(tǒng)研制早期，基于真實物理屬性進行不同天氣、時間、路況、光學(xué)傳感器安裝位置、安裝數(shù)量、傳感器設(shè)計方案、材料設(shè)計方案、照明設(shè)計方案等條件下的仿真模擬，對不同設(shè)計方案進行驗證，節(jié)約樣件和測試成本，縮短研發(fā)周期。
? ANSYS SPEOS
ANSYS SPEOS與SpaceClaim、CATIA V5、UG、CREO等主流CAD軟件平臺相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)從結(jié)構(gòu)設(shè)計到光學(xué)設(shè)計的無縫銜接，以O(shè)MS設(shè)備的準(zhǔn)確光學(xué)屬性測量結(jié)果作為軟件的輸入，基于材料的真實物理屬性進行傳感器及現(xiàn)實場景仿真，模擬結(jié)果可直接與實物照片進行對比。
SPEOS可以通過數(shù)字化建模為攝像頭和激光雷達傳感器提供測試環(huán)境，快速直觀地將駕駛環(huán)境中攝像頭和激光雷達的成像結(jié)果模擬出來。結(jié)合CAD平臺，可以根據(jù)攝像頭和激光雷達的三維造型、物理屬性、約束條件，仿真?zhèn)鞲衅飨到y(tǒng)采集的數(shù)據(jù)，用于驗證攝像頭和激光雷達結(jié)構(gòu)對成像的影響，探測器晶片對成像質(zhì)量的影響，如CCD的光譜敏感性、動態(tài)范圍、白平衡、像素大小與分布等對攝像頭成像產(chǎn)生的影響，可以在早期設(shè)計階段方便地評估不同設(shè)計方案在感知性能方面的區(qū)別。
光學(xué)傳感器監(jiān)測系統(tǒng)模擬仿真分析
激光雷達傳感器模擬仿真分析
SPEOS可以通過流明、出光角度和光譜等對LED等光源的光形進行定義，并通過車燈的CAD結(jié)構(gòu)設(shè)計、照明布局位置，光學(xué)材質(zhì)等對光的傳播路徑進行定義，通過仿真給出空間內(nèi)光強分布等，并可通過人眼視覺模型給出亮度分布等。
車燈仿真結(jié)果
? ANSYS VRXPERIENCE
ANSYS VRXPERIENCE是一個整合多個功能的虛擬現(xiàn)實仿真平臺，包括虛擬駕駛仿真平臺、實時物理仿真平臺、人機交互平臺、虛擬現(xiàn)實平臺、感知質(zhì)量仿真與審核平臺、聲音設(shè)計分析與評價平臺，幫助用戶體驗和評估產(chǎn)品性能，驗證新技術(shù)，加快設(shè)計和決策。
VRXPERIENCE虛擬現(xiàn)實仿真平臺
ANSYS VRXPERIENCE中，和智能駕駛傳感器仿真強相關(guān)的模塊如下：
ANSYS VRXPERIENCE Sensor：基于物理特性的傳感器仿真模塊，用于在虛擬駕駛環(huán)境中評估攝像頭、激光雷達和毫米波雷達的性能對感知系統(tǒng)、智能駕駛系統(tǒng)功能和性能的影響。通過模擬傳感器捕捉到的周圍環(huán)境圖像，測試傳感器位置及參數(shù)的合理性，為圖像算法提供數(shù)據(jù)輸入，實現(xiàn)環(huán)境的虛擬測試等。
攝像頭模型能夠兼容標(biāo)準(zhǔn)和魚眼兩類攝像頭類型,可以對兩類攝像頭的物理參數(shù)進行詳細(xì)定義 ：
? 鏡頭參數(shù)，如鏡片材料、 焦距、焦距對應(yīng)波長、光闌大小、光闌形狀等
? 圖像傳感器參數(shù)，如分辨率、幾何尺寸、曝光時間、像素填充系數(shù)等
? 處理器參數(shù)，如縮減位深（Bit Depth Reduction）、衍射偽影（Diffraction Spikes）等
? 攝像頭位置，如高度、深度、偏移、俯仰角、偏移角
? 風(fēng)擋參數(shù)，如入射角、 縱向曲率半徑 、折射率、厚度等
基于以上物理參數(shù)對攝像頭進行建模，并考慮環(huán)境光源和材料表面光學(xué)屬性的影響，在動態(tài)駕駛仿真過程中能夠?qū)崟r輸出與攝像頭成像高度一致的原始圖像數(shù)據(jù)，并包含因攝像頭性能、外部光照和曝光策略而在成像中出現(xiàn)的色散、畸變、噪點、高亮溢出等現(xiàn)象。
基于物理特性的攝像頭仿真
激光雷達模型兼容旋轉(zhuǎn)式和固態(tài)Flash類型,可以對兩類激光雷達的物理參數(shù)進行詳細(xì)的定義：
? 環(huán)境參數(shù)，如大氣消光系數(shù)
? 脈沖發(fā)射器參數(shù)，如光束發(fā)散角、脈沖線數(shù)、探測距離、脈沖發(fā)散角等
? 接收器光學(xué)組件參數(shù)，如反射次數(shù)、光闌大小、視場角等
? 接收器電學(xué)組件參數(shù)，如截止電流、響應(yīng)度等
? 接收器預(yù)處理參數(shù)，如采樣頻率、比特數(shù)等
? 裝車位置，如高度、深度、偏移、俯仰角、偏移角
基于上述物理參數(shù)的建模以及對場景環(huán)境光源的考慮和材料表面光學(xué)屬性的影響，在動態(tài)駕駛仿真過程中，可實時輸出原始波形數(shù)據(jù)、強度譜數(shù)據(jù)和點云的空間位置數(shù)據(jù)，可以幫助設(shè)計人員評估外部環(huán)境光和材料表面不同色深、材質(zhì)對雷達探測結(jié)果的影響。
基于物理特性的激光雷達仿真
毫米波雷達模型支持單模和多模，可對以下物理參數(shù)進行詳細(xì)定義：
? 天線參數(shù)，如發(fā)射功率、實際增益、安裝位置等
? 波形參數(shù)，如采樣窗口類型、中心頻率等
? 調(diào)頻連續(xù)波形參數(shù)，如波形的頻率帶寬、采樣率等
? 脈沖多普勒系統(tǒng)參數(shù)，如波形的頻率帶寬、頻率樣本數(shù)等
? 性能波形參數(shù)，如距離分辨率、失真范圍、失真速度等
基于物理特性的毫米波雷達仿真
傳感器需要與外部環(huán)境發(fā)生交互，物理場的計算需要耦合環(huán)境與傳感器模型進行聯(lián)合仿真，實現(xiàn)基于物理特性的傳感器高精度仿真需要有對應(yīng)的3D物理環(huán)境仿真的能力。ANSYS提供用于環(huán)境物理場模擬的3D場景仿真環(huán)境，攝像頭、激光雷達和毫米波雷達傳感器模型都集成在該平臺內(nèi)。為進行光線和電磁波在空間中的傳播和物體的反射、折射的仿真，在構(gòu)建三維環(huán)境的幾何模型之外，還需要對物體表面材料屬性進行定義。仿真環(huán)境提供常用材料屬性庫，也支持通過ANSYS的OMS硬件設(shè)備，對用戶所需仿真的場景材料進行測量，并將所得材料表面光學(xué)屬性BSDF函數(shù)附在前述場景建模的所屬材質(zhì)表面。
ANSYS VRXPERIENCE Headlamp：車燈路面光型仿真模塊，可以導(dǎo)入SPEOS計算獲得的光分布結(jié)果，結(jié)合3D場景，對環(huán)境的光強分布進行仿真，提供豐富的色度、光度學(xué)分析工具，包含等照度線、等照度區(qū)域等信息，并通過光強分布IES文件和光譜Spectrum文件對自然光源、路燈光源等進行定義，為夜間環(huán)境智能駕駛系統(tǒng)仿真提供高精度的環(huán)境模型。
ANSYS VRXPERIENCE Headlamp
ANSYS VRXPERIENCE Driving Simulator：動態(tài)駕駛模擬解決方案，可以仿真實時場景、車輛以及交通環(huán)境，支持道路、車輛的創(chuàng)建和編輯，提供閉環(huán)仿真運行的平臺，結(jié)合Headlamp和Sensor，可以針對夜間場景、需要考慮傳感器物理特性影響的場景、需要對感知系統(tǒng)性能進行驗證的場景，提供全數(shù)字、半實物的驗證環(huán)境。
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ANSYS VRXPERIENCE Driving Simulator
應(yīng)用案例
? 日本某供應(yīng)商，需要進行ADAS傳感器分析，希望采用真車多次重復(fù)測試的方式保證系統(tǒng)質(zhì)量，技術(shù)和項目進度均不能滿足要求。借助于ANSYS SPEOS & VRXPERIENCE，通過建立復(fù)雜的場景，并結(jié)合基于物理特性的攝像頭和激光雷達模型，對傳感系統(tǒng)進行多次測試，降低了項目周期和費用。
ADAS傳感器分析-日本某供應(yīng)商
? 美國某OEM，在L2、L3的功能安全分析中，需要綜合考慮傳感器位置和性能，并進行傳感器數(shù)據(jù)融合測試，“視景系統(tǒng)+動力學(xué)+控制聯(lián)合仿真”方案無法滿足技術(shù)和項目周期需求。借助于SPEOS進行頭燈光學(xué)高精度仿真,基于VRXPERIENCE Sensor的傳感器仿真對系統(tǒng)性能進行了驗證，并深化了對系統(tǒng)特性的認(rèn)知。
ADAS軟件虛擬測試-美國某OEM
? 日本某OEM，在ADAS系統(tǒng)測試中，已有的HIL測試系統(tǒng)無法提供車燈仿真和攝像頭的物理模型，基于路試進行夜間場景的驗證，項目進度較慢。借助于SPEOS進行車燈仿真，并將結(jié)果輸入到VRXPERIENCE Headlamp中，結(jié)合基于物理特性的攝像頭模型，形成了針對夜間場景的HIL測試系統(tǒng)，減少了路試，每年節(jié)約費用約100萬美元。
? 歐洲某供應(yīng)商，因為目前市面上仿真工具大多只能進行基礎(chǔ)場景測試，無法覆蓋邊緣場景，在L3/L4的功能測試中，耗費大量人力物力進行路試。借助于SPEOS & VRXPERIENCE，通過傳感器高精度仿真減少了路試。
ADAS軟件虛擬測試-歐洲某供應(yīng)商
經(jīng)緯恒潤
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網(wǎng)址：www.hirain.com
