光學(xué)系統(tǒng)的雜散光分析和圖像質(zhì)量評估需要考慮透鏡幾何形狀和約束它們的光學(xué)機(jī)械部件。由于相機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部有大量的光線-物體相互作用，與使用降階模型（ROM）的Speos camera sensor計算速度相比，使用完整的lens 系統(tǒng)模擬需要更多的時間或更多的光線來達(dá)到相同的信號水平。Speos camera sensor使用降階模型近似相機(jī)系統(tǒng)，只考慮主光線（主光路序列）。相比之下，包括完整lens 系統(tǒng)幾何形狀的模擬允許評估和分析到達(dá)傳感器的其他光源引起的二次光路（高階序列）的雜散光。
physics camera sensor物理相機(jī)傳感器開發(fā)的目的是通過在第一個光學(xué)表面上引入目標(biāo)區(qū)域，并根據(jù)總能量或峰值能量計算預(yù)定光線路徑序列的雜散光貢獻(xiàn)，從而加速3D場景中整個camera系統(tǒng)的模擬。physics camera sensor物理相機(jī)傳感器能夠在結(jié)果中分析這些序列。
physics camera sensor物理相機(jī)傳感器兼容direct和inverse模擬。
1、direct模擬建議使用單獨或“非環(huán)境”光源（Ray-file, Luminaire, Surface, Display）的場景，獲得鬼影效果。
2、對于有環(huán)境光源（沒有太陽）的場景，建議使用inverse模擬。由于逆向仿真的1個pass數(shù)相當(dāng)于一次通過對應(yīng)于每個序列、每個波長的一條光線/像素，因此集中在主光路（第一個序列）上獲得環(huán)境貢獻(xiàn)。
3、direct模擬和inverse模擬的結(jié)果可以在后處理中結(jié)合起來。
physics camera sensor物理相機(jī)傳感器可以在兩種模式下運行：要么沒有序列文件（模式1），要么在傳感器中包含序列文件（模式2），具體取決于用例。
模式1?- 無序列文件：在這種模式下，Speos使用標(biāo)準(zhǔn)的蒙特卡羅光線傳播引擎來模擬3D場景和光學(xué)系統(tǒng)。它考慮了光學(xué)和系統(tǒng)內(nèi)的鏡面和散射相互作用。為了增加光線進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)孔徑進(jìn)行直接模擬的概率，在光學(xué)系統(tǒng)的第一個面引入了一個目標(biāo)區(qū)（邊界框）來引導(dǎo)光線。這種方法也適用廣角鏡頭，使從廣角進(jìn)入的光線也可以有效追跡。
在physics camera sensor物理相機(jī)傳感器的第一次模擬中，會生成一個*.OptSequence文件在“Speos output”目錄下。這個文件包含按能量排序的光線路徑序列列表。它可以在physics camera sensor物理相機(jī)傳感器的模式2作為序列輸入，更快地收斂結(jié)果。（physics camera sensor物理相機(jī)傳感器兼容direct和inverse模擬。OptSequence文件取決于仿真類型。一個direct模擬生成的OptSequence文件只能用作direct模擬的輸入，反之亦然。）
模式2?- 使用序列文件：physics camera sensor物理相機(jī)傳感器，包括序列文件，利用瞄準(zhǔn)目標(biāo)區(qū)域，在光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)對最具能量的光線路徑序列（包含在序列文件中）進(jìn)行光線傳播，并使用僅考慮鏡面相互作用（傳輸和反射）的確定性光線追跡算法。為了實現(xiàn)二級序列的高收斂性，對每個單獨的序列發(fā)射相同數(shù)量的光線。序列的數(shù)量可以在physics camera sensor物理相機(jī)傳感器的定義面板中指定。即使是高分辨率輻照度傳感器，也可以快速顯示由透鏡表面的鏡面反射引起的光暈現(xiàn)象。通過改變結(jié)果中的“l(fā)ayer”，可以顯示每個序列的貢獻(xiàn)并單獨評估。
為了說明使用physics camera sensor物理相機(jī)傳感器比使用輻照度傳感器完整相機(jī)系統(tǒng)常規(guī)模擬獲得的性能增益，對測試圖表圖像進(jìn)行了模擬，并比較了前三個序列的圖像質(zhì)量。
與傳統(tǒng)模擬相比，物理相機(jī)的結(jié)果表現(xiàn)出顯著的性能改進(jìn)（~x100），與序列1中的圖像質(zhì)量密切匹配，序列2和3（特別是模式2）中噪聲和細(xì)節(jié)明顯增加。這突出了physics camera sensor物理相機(jī)傳感器在減少模擬時間同時保持預(yù)定義序列數(shù)量的高圖像質(zhì)量方面的有效性。
physics camera sensor物理相機(jī)傳感器適用于鏡頭光暈和雜散光分析至關(guān)重要的成像應(yīng)用，因為這些因素會對光學(xué)性能和最終圖像質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。此外，它可以大大減少涉及帶有透明鏡頭蓋的相機(jī)系統(tǒng)的模擬時間。
如何設(shè)置physics camera sensor
物理相機(jī)傳感器？
在下面的示例中，將通過工作流來設(shè)置和運行模擬，解釋physics camera sensor物理相機(jī)傳感器。
1、首先通過odx文件交換從Ansys Zemax OpticStudio導(dǎo)入鏡頭系統(tǒng)到Speos。由于Speos的直接建模功能，光機(jī)械部件可以從外部CAD工具導(dǎo)入或在Speos中本地設(shè)計。
2、定義成像系統(tǒng)的lightbox和physics camera sensor物理相機(jī)傳感器的參考軸系統(tǒng)。
1)設(shè)置物理攝像頭傳感器
生成一個Lightbox燈箱（包含與相機(jī)系統(tǒng)、鏡頭和光學(xué)機(jī)械部件相關(guān)的所有幾何形狀）。
請按照以下5個步驟導(dǎo)出整個相機(jī)系統(tǒng)的Speos燈箱：
在第一步中，準(zhǔn)備導(dǎo)出Speos燈箱，這將用作physics camera sensor物理相機(jī)傳感器的輸入。Speos燈箱組件是幾何圖形的網(wǎng)格表示，包括它們的材料屬性。使用Speos燈箱連續(xù)運行模擬將節(jié)省初始化時間，因為在模擬之前不需要重新網(wǎng)格化所包含的幾何形狀。
此外，Speos燈箱可以“黑盒”，并與相機(jī)集成商或OEM共享。
注意：燈箱中包含的.odx組件的網(wǎng)格設(shè)置必須在.odx組件本身的選項中定義?？梢酝ㄟ^右鍵單擊> Options來訪問它們。ODX網(wǎng)格設(shè)置不能在燈箱組件的網(wǎng)格設(shè)置中重新定義。在對網(wǎng)格進(jìn)行任何更改后，必須重新計算燈箱。
經(jīng)過計算，導(dǎo)出“相機(jī)燈箱”文件。SPEOSLightBox”將在“Speos Output”文件夾中生成。
注意：啟用了“blackbox”選項的Speos燈箱導(dǎo)出生成的文件與physics camera sensor物理相機(jī)傳感器不兼容，blackbox 選項需為False。
2)燈箱和physics camera sensor物理相機(jī)傳感器參考軸系定義
燈箱和physics camera sensor物理相機(jī)傳感器的參考軸系統(tǒng)的原點需要在第一個鏡頭面前面放置一個小偏移（在-z方向）。為了避免任何切線問題，建議偏移量為幾何距離公差（GDT）的10倍。必須定義燈箱的軸系，使透鏡系統(tǒng)的光軸遵循Z軸。
3)物理攝像頭傳感器的定義
傳感器的參數(shù)定義，使用與燈箱相同的軸系。
從Speos輸出文件夾中選擇導(dǎo)出燈箱“Camera Light Box Export”，選擇預(yù)定義的輻照度傳感器。
為了在沒有序列文件的情況下執(zhí)行模擬，并生成可用于連續(xù)模擬的序列文件，physics camera sensor物理相機(jī)傳感器中的輻照度傳感器需要設(shè)置為數(shù)據(jù)分離層：“sequence序列”，并根據(jù)“faces面”定義序列。
如何使用physics camera sensor
物理相機(jī)傳感器？
1、沒有序列文件的雜散光模擬（模式1）。
在模式1中使用physics camera sensor物理相機(jī)傳感器，“沒有序列文件”，與不使用physics camera sensor傳統(tǒng)模擬相比，由于光學(xué)系統(tǒng)中有大量集成光線，可以從瞄準(zhǔn)區(qū)域的效率和更快的結(jié)果收斂中受益。模擬兩種不同的場景為例：
場景1：相機(jī)視場內(nèi)的直射太陽光源（傾斜角度為20度），創(chuàng)建一個直接模擬，在仿真選項中，將幾何距離公差（GDT）設(shè)置為0.001 mm，在模擬中添加20度的太陽光源，添加物理相機(jī)傳感器。設(shè)置LXP=True并將LXP的最大路徑限制為5e4條射線（以避免大的. LXP文件，但仍然有足夠的光線顯示所有序列的路徑分析）。將光線數(shù)設(shè)置為5e8，在CPU上運行模擬（使用16核時，模擬時間應(yīng)少于4分鐘）。
打開仿真結(jié)果，點擊測量圖標(biāo)并最大化測量區(qū)域以覆蓋整個傳感器。改變layer中的sequence以發(fā)現(xiàn)從序列1到序列20的射線路徑序列。結(jié)果表明，第一序列具有較高的收斂性，代表了光學(xué)系統(tǒng)的主光路，明亮的紫色斑點，這是由于太陽光源聚焦在成像平面上造成的。高階序列具有較低的收斂性。這是由于蒙特卡羅光線追蹤算法，其中主光路對結(jié)果貢獻(xiàn)最大。主光路包含總集成能量的93.9%，而其他光序列（雜散光）僅包含6.1%。
場景2：顯示光源，測試圖位于攝像頭前方1.5 m處，復(fù)制并粘貼直接模擬，將“ sun ”表面源替換為 Display源。在CPU上運行模擬（使用16核時，模擬時間應(yīng)少于10分鐘）。結(jié)果再次表明，第一序列具有高收斂性，代表主光路。
為了提高高階序列的光線收斂性，現(xiàn)在將仿真結(jié)果中生成的*.OptSequence文件添加到physics camera sensor物理相機(jī)傳感器（模式2），并重新運行模擬，只考慮20個最具能量的射線路徑序列。
2、序列文件雜散光模擬（模式2）
場景1：相機(jī)視場內(nèi)的直射太陽光源（傾斜角度為20度），定義physics camera sensor并添加OptSequence”文件位于“Speos output file”目錄下，以定義physics camera sensor物理相機(jī)傳感器。創(chuàng)建一個直接模擬，選擇sun和physics camera sensor，在CPU上運行仿真（使用16核時，仿真時間應(yīng)小于6分鐘）。
打開仿真結(jié)果并點擊測量圖標(biāo)并最大化測量區(qū)域以覆蓋整個傳感器。改變layer以評估序列1到20。所有序列都表現(xiàn)出更高的收斂性，這允許在高階序列中進(jìn)行雜散光分析。
場景2：顯示光源，測試圖位于攝像頭前方1.5m處，復(fù)制并粘貼直接模擬，更換光源為display光源，在CPU上運行模擬（使用16核時，模擬時間應(yīng)少于30分鐘）。打開仿真結(jié)果并點擊測量圖標(biāo)并最大化測量區(qū)域以覆蓋整個傳感器。將layer更改為評估序列1到20。
使用physics camera sensor物理相機(jī)傳感器的最終雜散光分析結(jié)果（前10個序列）：
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