超越视觉要求：仿真助力优化安防光学产品

当您在体育场、大型场馆甚至超市时，可以抬头看看——您会发现“天眼”可能正在通过隐蔽（有时也不那么隐蔽）的安防摄像头监视该区域。公共场所依赖这些摄像头在各种环境中提供清晰的画面，有时甚至需要在角度刁钻的情况下成像。无论是在光线昏暗的音乐会场，还是在户外体育场的强烈阳光下，画面质量都不能受到影响。这些监控摄像头使用先进的光学器件从设定的视场范围内收集光，并将其聚焦成清晰图像投射到传感器上，然后传感器将光转换为数字信息，以生成视频。

为商业安防系统设计光学器件是一个复杂的过程，需要结合高精度和创造力。其中，在性能与实用性之间取得平衡，是最大的挑战之一。例如，安防摄像头必须在不消耗过多电力，也无需太复杂的设计的情况下捕获高质量图像。随着对更高安防需求的增长，需要在保持生产成本可控的同时，不断突破分辨率和清晰度的极限。

安防摄像头的工作原理

安防摄像头可以按信号类型（模拟与IP）和视场控制能力（固定与云台镜头（PTZ））分类。模拟摄像头通过同轴线缆传输视频信号，提供的图像分辨率较低，而IP摄像头则通过IP地址传输数据，提供的图像分辨率较高。如今，市场上的许多IP摄像头还支持实时远程监控和运动传感等附加功能，可提高覆盖范围。

固定摄像头和云台摄像头各有优缺点，具体取决于其监控的区域。固定式球形摄像头是静止的，适合用于拍摄较窄的区域，例如走廊和入口，而云台球形摄像头则可由操作人员实时调整位置，以跟踪特定对象或拍摄不同区域。因此，云台摄像头对于监控范围更广、动态性更高的区域具有明显优势。

通过仿真完善“天眼”

仿真已成为一项平衡视频监控系统成本、尺寸及质量的竞争格局颠覆技术。仿真可帮助设计人员对光与透镜及其它光学组件的相互作用进行虚拟建模，以探索不同的配置并预测设计在真实条件下的性能。这种方法不仅可加速设计进程，而且还可减少对成本高昂的物理原型的依赖。

KEENFINITY是从博世安防系统（Bosch Security and Safety Systems）分拆出来的公司，作为一家安防通讯技术公司，在这些复杂系统领域拥有深厚的专业技术。KEENFINITY专注于IP摄像头，始终致力于通过仿真来改进其光学设计。通过结合使用各种高保真度光学工具，如Ansys Zemax OpticStudio光学系统设计与分析软件以及Ansys Speos CAD集成型光学及照明仿真软件等，该公司在为现代安防系统创建光学器件的过程中，解决了一些最复杂的难题。

仿真助力打造新一代安防成像技术

为了应对为安防摄像头设计先进光学系统的挑战，KEENFINITY将Ansys Optics仿真工具作为其工作流程的关键组成部分。这些工具可帮助该公司准确高效地完成设计流程，尤其是在需要满足夜间成像和弱光环境的复杂要求时。

OpticStudio软件是其工具套件的关键组成部分，可帮助KEENFINITY精细调整其红外（IR）照明系统。红外照明在现代安防摄像头中至关重要，因为它能够在可见光不足的情况下，实现清晰成像。使用OpticStudio软件，KEENFINITY可以复现光穿过透镜并与其它光学元件相互作用时的表现。该功能使公司工程师能够在虚拟环境中测试并调整设计，无需物理原型即可探索不同的配置。

KEENFINITY光学工程师Manuel Sarmento表示：“在摄像头开发的早期阶段，当我们准备选择镜头组件时，仿真就会被纳入工作流程中。”

KEENFINITY利用功能强大的OpticStudio软件和Speos软件来针对摄像头性能进行精确建模。KEENFINITY可通过在Speos软件中创建公司摄像头测试实验室的数字孪生来进行全面的虚拟测试，以评估分辨率、视场（FOV）和光学畸变等关键参数。此外，这种方法还可帮助该公司对其摄像头在各种照明条件下的性能进行仿真，从明亮的户外环境到昏暗的室内环境，无一例外。

借助Speos软件，KEENFINITY的工程师可以先快速以1：1的比例重建各种真实场景，包括精确的照明条件，然后将其摄像头设计置于场景中，以分析最终成像表现。

KEENFINITY正在通过引入Speos软件进一步增强其仿真能力。“目前，我们正在使用Speos软件来进行新摄像头项目的成像仿真，从而直接将我们收集到的客户反馈纳入考虑范围内。这些客户可能需要在机场、超市、监狱牢房或停车场使用摄像头”，Sarmento说。

对于KEENFINITY而言，Speos软件最有价值的方面之一，是其对真实场景仿真能力。例如，KEENFINITY可以对其摄像头在各种照明条件下的表现进行模拟，从明亮的户外环境到昏暗的室内环境，无一例外。这些仿真，能够对设计在实际部署后的表现提供详尽洞察，有助于在制造开始之前就预测并解决潜在问题。

Sarmento说：“这对于我们实现目标来说是一个巨大的优势，因为我们能倾听客户的需求，然后直接根据客户的需求设计摄像头。”

助力实现精确、快速的产品开发

另一方面，现已证实，OpticStudio软件中的材料及组件库是KEENFINITY强大的资源。光学工程师能够为其透镜及其它光学组件选择最合适的材料，从而确保其设计能够带来最佳性能。该功能与平台的优化工具相结合，可帮助KEENFINITY改进设计参数，从而在性能、效率和成本之间实现最佳平衡。

除了红外照明外，KEENFINITY还使用Ansys Optics工具来应对与杂散光、镜头畸变及聚焦相关的挑战。通过对失真模式进行仿真并测试纠正措施，该公司可确保其摄像头能够生成清晰、准确的图像。如果仅通过物理原型来实现这些设计调整，将非常耗时而且成本高昂。

OpticStudio软件的另一项显著的优势是：它能够进行评估权衡。例如，设计能够捕获更多光线的镜头，可以提高图像清晰度，但也可能会增加成本或影响摄像头尺寸。OpticStudio软件可提供这些性能与成本平衡的清晰视图，帮助KEENFINITY团队根据整体产品目标做出明智的决策。

“在项目开发中，尽早确保摄像头图像质量，可以节省数月的时间。我们可以立即投入生产，或者加速投产进程。”Manuel说道。

安防成像的未来：实现卓越的高清晰度

KEENFINITY等公司可借助仿真颠覆性的强大功能，以卓越的精度和效率设计光学系统。利用Ansys Optics工具，工程师可以在虚拟环境中更好地探索并优化设计，从而可减少对成本高昂且耗时的原型设计的依赖。

纳入先进仿真工具，可为推动安防光学产业创新积蓄巨大潜能。随着技术的发展，这些工具将继续帮助工程师突破极限，从提高图像清晰度到优化摄像头尺寸和效率，不一而足。可见，仿真技术为实现更智能可靠的安防系统、确保安全性和适应性铺平了道路。

了解Ansys Optics如何加速新一代小型化成像系统的设计。