“Ansys Camera全链路仿真解决方案满足了我们的仿真需求，并为我们提供了一个创新的仿真视角，我们可以在软件内建立一个摄像头虚拟实验室，在设计前期360度多维度全方位了解、设计和评估我们的摄像头系统在不同三维场景中的性能表现。该仿真解决方案为我们带来了更多的可能性，使我们能够加速摄像头的创新！”

——江宝坦博士

vivo器件开发部高级经理

Ansys 光学产品：Lumerical，Zemax，Speos，可实现Camera链路级的一站式设计与仿真，从镜头设计到镜头性能评估，从模组系统级性能到场景级仿真，构建Camera虚拟实验室。跟随本文了解vivo如何借助仿真技术搭建虚拟实验室，加速创新。

在启动新一代摄像头的前期概念定义和设计时，不仅要保证摄像头技术的迭代创新，还要从系统维度来评估镜头、传感器、ISP后处理等关键部件在不同环境下的适配性，从而使整个摄像头的拍照性能呈现出最佳水平。

Ansys Camera全链路仿真解决方案可实现端到端仿真，完成从镜头系统到传感器，再到ISP后处理的摄像头系统级性能仿真，并能准确预测摄像头如何感知环境。

挑战
近几年来，vivo 在相机方面持续加大研发资源投入，旨在为用户提供适合不同场景、更为专业的拍照体验。他们坚信，强大的研发、仿真及设计能力始终是实现此目标的重要基石。

此前，vivo 使用产品规格书对摄像头关键部件性能进行评估约束的方式已经非常成熟。他们试图寻找一套在产品早期设计阶段实现精确仿真的光学解决方案，以实现以下两个主要目标：

• 一是摄像头系统级性能评估，包括镜头、传感器、ISP后处理等；
• 二是将摄像头仿真从二维推到三维空间，在软件中建立摄像头虚拟实验室，仿真分析在多种摄影环境下相机的性能表现。

相关技术

• Ansys Zemax OpticStudio
• Ansys Speos
• Ansys OPTIS HPC 32

解决方案

• 首先在Zemax OpticStudio中进行摄像头镜头设计。
• 完成镜头设计后，对于将镜头特性传输到Speos的方法，Ansys在Zemax OpticStudio中为用户提供了灵活的选择，包含黑盒和白盒方式。
• 将光学系统仿真所需的信息从Zemax OpticStudio导入到Ansys Speos，并在Speos中建立3D场景。
• 在Speos中利用GPU进行光学系统性能仿真，以获得传感器前方的光谱辐照度分布；然后利用软件内的SSS 工具（Speos Sensor System）将CMOS图像传感器的外部量子效率（EQE）和光谱辐照度图相结合，生成传感器记录的电子图，电子图可随后生成RAW图。

• 对于引入CMOS 图像传感器EQE的方式，Ansys 也为用户提供了充分的自由度：用户既可以使用 Lumerical FDTD 及 Charge模块进行仿真得到传感器的EQE结果，以.json格式导入到Speos(.json文件可认为反映传感器特性的黑盒文件)，也可以使用 EMVA 1288 模型导入或导入使用实际EQE测试结果。
• 最后可以使用 Ansys 工具提供的代码或用户提供的特定算法代码对RAW图进行ISP后处理，得到最终图像。

优势

• 在 Ansys 统一平台内进行仿真，可避免信息在不同平台之间转换时可能出现的错误。链路中不同工具之间的信息传递方式既方便用户使用，又节省时间。
• GPU仿真可显著提升仿真效率，大大缩短了3D场景下摄像头系统性能的仿真时长。
• 动态摄像头效果（如运动模糊和卷帘快门）也可以使用该解决方案进行仿真。
• 振动对摄像头性能的影响或摄像头沿固定轨迹移动的场景仿真，也可通过该解决方案实现。
• 摄像头系统级仿真结果（集成镜头，传感器，ISP处理等）与实际产品性能测试结果之间实现了一致性验证，可靠的摄像头仿真结果，可为关键技术及元器件选择、迭代、和创新提供指导，并提供风险预警。