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仿真、模擬、有限元分析、多物理場……這些術語是不是早已成為每位仿真人的“日常”？大家是否知曉其背后的技術原理和演進趨勢，正深刻地改變著世界？Ansys全新推出【Simulation Topics】系列專題，邀您一起探索仿真世界。本專題將以“一期一會”的形式，攜手各領域專家，圍繞Ansys全產品線的技術優勢，帶您深入解析流體、結構、電子設計及電磁仿真、光學、光子學、半導體、自動駕駛、汽車、聲學、航空航天、材料等多個關鍵領域，讓復雜的專業知識觸手可及。

雜散光是指光學系統中干擾傳感器的非預期、不必要的光。試想一下戶外照片中閃耀的太陽光斑，或者生日蛋糕視頻中出現的額外的蠟燭影像。任何到達最終圖像的非預期光都被認為是雜散光，它可以影響各種行業應用的光學系統，如增強現實（AR）、高級駕駛輔助系統（ADAS）、顯微研究和空間成像等。

雜散光的類型

雜散光是外部光源進入系統并與內部組件進行相互作用引起的。根據光在光學系統中的表現方式，雜散光可被分為幾種不同類型。

鏡頭眩光：由于系統內部反射，鏡頭眩光可能會在圖像上顯示為線條或明亮的圓形光斑。這種情況常見于鏡頭對著強光的場景。鏡頭眩光會給駕駛輔助系統帶來問題，因為在這種系統中，準確的物體探測取決于同時對多個攝像頭進行分析。

漏光：光學系統中的間隙和開口會讓光線進入預期之外的地方。這種光可能來自外部光源或系統內部，其會降低對比度，造成圖像偽影。當機架無法緊密貼合時，LCD顯示器和設備顯示屏中通常就會出現漏光現象。

散射：當光線與顆粒、不規則表面或機械組件相互作用時，其可能會在多個方向上進行散射，從而導致最終的圖像非常模糊。對于光學系統包含有多個反射鏡的設備（如望遠鏡和衛星），反射面上的任何瑕疵都會產生散射效應，從而導致最終圖像出現偽影和噪點。

重影：重影/鬼影圖像是散射的一種特殊結果，光線在光學元件之間反彈時會發生反射，從而形成主圖像的模糊復制圖像。在X射線等醫療應用中，重影圖像會影響測量準確性和診斷可靠性。

眩光效應：眩光也被稱為耀斑，是指光源擴大時圖像的對比度減弱，從而掩蔽了細節。其顯示為圓圈或條紋，并且經常與圖像中的明亮對象重疊。在工業環境中，機器人系統根據自己的“看見”的情況執行任務，而眩光會影響其感知功能。

雜散光行業示例

雜散光會降低圖像質量，從而影響光學系統的性能和準確性 。它可能會產生偽影、顏色失真、影響測量結果并掩蔽環境細節。在各行各業中，雜散光分析和管理對于避免可能影響安全性、準確性和效率的問題至關重要。

汽車安全性：高級駕駛輔助系統（ADAS）依靠多個攝像頭持續監控車輛周圍的環境。雜散光會妨礙這些攝像頭觀察和分析視覺信息，從而導致系統無法正常進行物體探測。

航空航天感知：來自太陽和其他恒星的雜散光可以進入望遠鏡和衛星，降低其數據收集的準確度，影響任務目標的實現。此外，使用抬頭顯示器（HUD）進行導航的飛行員也可能會受到影響，因為雜散光引起的眩光會降低其視線范圍內重要信息的可讀性。

醫療準確性：在諸如核磁共振成像掃描儀、X射線機、皮膚鏡和激光眼科手術系統等的醫療成像設備中，雜散光會產生偽影、低圖像對比度和失真，從而影響準確診斷和成功治療。

AR/VR體驗：無縫的沉浸式體驗，是數字現實大放異彩的原因。當雜散光進入增強現實（AR）或虛擬現實（VR）光學系統時，會破壞虛擬環境，并對用戶體驗產生負面影響。

為了避免出現這些問題，工程師必須能夠：1）識別雜散光的來源，2）分析雜散光產生的原因，以及，3）找到正確的設計選項來修復問題。管理雜散光的可行方案包括：使用擋板或光陷阱來阻擋或吸收無用光，在光學表面上應用抗反射涂層和材料，以及在鏡頭上添加遮光板和遮光罩，以防止光線進入。

如何分析雜散光？

此前，進行雜散光分析需要借助物理原型。這意味著雜散光只有在相關流程結束時才能進行測量，但此時對產品設計進行修改為時已晚。單色儀和光譜輻射儀等工具可幫助工程師了解雜散光，但代價是增加構建整個設備的時間和成本。如今，工程師依靠Ansys Optics仿真軟件對光學系統進行建模，并早在構建物理原型之前就主動解決雜散光的影響。

雜散光分析和仿真軟件

光學和光機設計軟件：用于對整個光學系統進行建模，包括反射鏡加裝、外殼支架、孔徑和鏡筒等機械組件。它使工程師能夠在不同的場景和條件下對系統進行評估。

光線追跡軟件：用于對光線穿過光學系統的過程進行仿真。光線追跡軟件可幫助工程師分析光線對圖像質量的影響，尤其是在復雜的遠程系統中。

圖像分析軟件：用于分析光學系統生成的圖像。該軟件有助于識別雜散光造成的偽影，并評估圖像質量和真實性。

仿真軟件可幫助工程師最大限度地減少系統設計中的雜散光污染。通過了解雜散光的來源、行為和影響，工程師能夠優化性能并有效預防潛在問題的發生。這些對光如何變換方式的積極探索將繼續提供新的洞察信息，并加速光學技術、系統和應用領域的創新。