?智能汽車網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)安全新媒體?
AR-HUD通過結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以自然的距離將相關(guān)信息疊加至實(shí)物之上，整體成像尺寸更大、質(zhì)量更高，不僅可以充分融合智能座艙及ADAS相關(guān)功能，同時(shí)亦可為駕駛員帶來沉浸式的體驗(yàn)，有望成為未來車載HUD的最終形態(tài)。
AR-HUD 顯示信息增加。AR-HUD 通過前置雷達(dá)和攝像頭等設(shè)備收集到車外環(huán)境數(shù)據(jù)，通過AR 算法，計(jì)算得到所需呈現(xiàn)的圖像和數(shù)據(jù)信息，再通過AR-HUD 中的光學(xué)結(jié)構(gòu)將圖像反射到擋風(fēng)玻璃上，在擋風(fēng)玻璃的前方產(chǎn)生疊加在實(shí)物上的虛像。
AR-HUD主流高端車型已經(jīng)開始使用。國內(nèi)視角來看，不僅有蔚來、理想、小鵬等造車新勢力相繼發(fā)布多款高端智能化車型，亦有傳統(tǒng)車企亦紛紛推出高端智能車品牌，如上汽智己、北汽極狐、東風(fēng)嵐圖、吉利極氪等。
不過，智能汽車行業(yè)當(dāng)前仍處于發(fā)展初期，智能化產(chǎn)品整體成本較高，因而智能汽車的品牌往往定位于高端領(lǐng)域，平均售價(jià)均在30萬以上。因此，面對較高的智能汽車定價(jià)，能否讓消費(fèi)者直觀的感受到其科技感與未來感，并為新科技而買單，將顯得格外重要。
AR-HUD即兼具科技感與實(shí)用性，將導(dǎo)航、ADAS等信息精確地結(jié)合在實(shí)時(shí)交通路況中，將胎壓、速度、轉(zhuǎn)速等信息投射到前擋風(fēng)玻璃上，并且可以結(jié)合眼球追蹤，實(shí)時(shí)感知瞳孔和凝視位置，為駕駛員提供更精確的信息定位。
01
AR-HUD三次光學(xué)反射及核心部件
AR-HUD由圖像生成單元（Picture Generation Unit，PGU）產(chǎn)生亮度以及圖像，并投射在折疊鏡（平面或非球面）上做第一次反射。其次，圖像在折疊鏡反射以后再在可旋轉(zhuǎn)鏡（AR-HUD增強(qiáng)面）上進(jìn)行放大，并經(jīng)過雜光阱射出。
最后，射出的圖像在擋風(fēng)玻璃上進(jìn)行第三次反射至駕駛員眼中，虛像則呈現(xiàn)在駕駛員前方兩米甚至更遠(yuǎn)的地方。
AR-HUD的核心構(gòu)件包括圖像生成單元（PGU）、光學(xué)零件以及上蓋三部分。
（1）圖像生成單元：包含LED光源、顯示屏組合（光機(jī)）等是AR-HUD中具有決定性作用的元器件，直接決定產(chǎn)品的參數(shù)、顯示效果和成本。
（2）光學(xué)零件：包含折疊鏡（平面或非球面）、可旋轉(zhuǎn)鏡（非球面，AR-HUD增強(qiáng)面）等，其中折疊面鏡（第一次反射）和增強(qiáng)面（第二次反射）等單元之間的光路設(shè)計(jì)方案直接決定HUD體積的大小，這也是AR-HUD的技術(shù)難點(diǎn)之一。
（3）上蓋：主要包含雜光阱和炫光阱。由于HUD一般置于儀表前方，用于美化HUD設(shè)計(jì)的同時(shí)反射部分太陽光，防止陽光倒灌而造成光機(jī)溫度過高。
02
AR-HUD PGU核心投影技術(shù)
AR-HUD 投影技術(shù)由圖像生成器形成圖像，通過一系列光學(xué)手段將圖像放大、拉遠(yuǎn)后呈現(xiàn)在駕駛員前方。目前HUD 使用的投影技術(shù)主要有TFT-LCD 投影、DLP 投影、MEMS 激光掃描投影和LCOS投影四種。
TFT方案
TFT-LCD 投影技術(shù)比較成熟，其原理是利用液晶顯示面板透射成像，透過背光照明，液晶擋住了大部分光，所以亮度不夠，且產(chǎn)生大量熱量。投影原理是LED 背光源發(fā)光，隨后以電場控制液晶分支的旋轉(zhuǎn)方向，從而改變光的行進(jìn)方向和呈現(xiàn)顏色來成像。TFT-LCD 由于技術(shù)基本成熟、成本較低，成為當(dāng)前最主流的HUD 投影技術(shù)方案，廣泛應(yīng)用于W-HUD 產(chǎn)品中。
TFT-HUD 的優(yōu)勢包括：
①方便應(yīng)用于3D 和AR 設(shè)備；
②基于顯示器投影，是大眾熟知的技術(shù)，相關(guān)法規(guī)已經(jīng)到位；
③生命周期長；
④色度可靠，通過顯示器標(biāo)定進(jìn)行控制。
TFT-HUD 的難點(diǎn)包括：
①視場有限，受源顯示器限制；
②最大亮度限制，提高亮度輸出可能會(huì)引起色度準(zhǔn)確度和預(yù)期分布變化。
目前大眾ID4，紅旗E-HS9、魏摩卡都是使用TFT 的AR-HUD方案。
DLP方案
在DLP 投影技術(shù)中，圖像是由DMD（Digital Micro-mirror Device，數(shù)字微鏡器件）產(chǎn)生的。DMD 集成50-130 萬個(gè)微型鏡片，每個(gè)鏡片代表1個(gè)像素，通過控制鏡片的轉(zhuǎn)動(dòng)來反射需要的光，同時(shí)通過吸收器來吸收不需要的光，實(shí)現(xiàn)對圖像的投影。
DLP 具有高亮度、高對比度和高分辨率等優(yōu)點(diǎn)；工作溫度區(qū)間-40 - 105℃，滿足車規(guī)級要求；能夠?qū)崿F(xiàn)5 米以上的成像距離，滿足AR-HUD 的寬視角工作場景，因此成為當(dāng)前AR-HUD 的最優(yōu)解決方案。
DLP 是目前最受認(rèn)可的AR-HUD 技術(shù)路徑，日本精機(jī)、德國大陸、華陽集團(tuán)、澤景電子等國內(nèi)外知名廠商均采用了DLP 方案。
2021年1月份，日本精機(jī)DLP 奔馳 S 級 W223 采用的 AR-HUD 使用德州儀器第二代 DMD 芯片 DLP5531（2018 年下半年量產(chǎn)），有 130 萬像素，視場角為 10°X 5°，成像距離為 33 英尺即 10 米，奔馳稱這相當(dāng)于 77 英寸顯示器。
在DMD芯片：是一種可實(shí)現(xiàn)空間光調(diào)制的光學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)，包含了數(shù)百萬個(gè)微小的鋁制鏡片，每一個(gè)鏡片對應(yīng)一個(gè)像素，鏡片的多少?zèng)Q定了顯示分辨率的高低。
原理：LED光源在發(fā)出光線后，經(jīng)DMD芯片反射形成圖像，隨后圖像再被投影至漫射屏（表面有擴(kuò)散膜的成像面）并放大后投射至折疊鏡。
TI專利：由于DLP投影技術(shù)高度依賴DMD芯片，而該技術(shù)由德州儀器發(fā)明并掌握專利，因此HUD廠商只能通過采購德州儀器芯片或直接購買其模組使用。
DLP的溫控優(yōu)勢：DLP方案在溫度控制領(lǐng)域存在顯著優(yōu)勢，可有效解決陽光倒灌問題、提升投影清晰度，因?yàn)槠銹GU成像面表面是具有擴(kuò)散膜的漫射屏（相當(dāng)于一個(gè)擴(kuò)散器），所以當(dāng)陽光倒灌后，能量大都被漫射掉，整體溫升速度較慢。
成本較高：由于DLP投影的是整個(gè)平面，為了提升成像效果，需要針對不同的擋風(fēng)玻璃訂制高精度的反射非球面鏡，這也直接導(dǎo)致DLP方案整體成本較高。
03
HUD UI設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
顯示內(nèi)容不宜過多
對所有研究過的顯示的信息分為了4大類：安全、車輛監(jiān)控信息、導(dǎo)航和娛樂信息。安全類包括了視覺擴(kuò)展和各類輔助駕駛信息和預(yù)警等；車輛監(jiān)控信息包括車輛狀況、傳感器狀況和燃料/電量等；娛樂信息就比較多了。總而言之，所有汽車上需要和能夠顯示的信息，都曾經(jīng)被放在前車窗顯示上，并成為研究的熱點(diǎn)。
受試者反應(yīng)時(shí)間和心理負(fù)荷測試上看，信息量越多，反應(yīng)時(shí)間越長，心理負(fù)荷也越高。研究人員認(rèn)為信息在HUD上顯示的位置不重要，重要的是信息量不應(yīng)超過6個(gè)。
顯示距離和內(nèi)容分層級
視覺顯示首先要考慮的是駕駛員的視野區(qū)域，因?yàn)樾畔⒅饕菫榱孙@示給駕駛員使用。視覺顯示的信息可以分為2種，一種是與駕駛外環(huán)境相關(guān)聯(lián)的，如果外環(huán)境發(fā)生變化（比如車輛在行駛當(dāng)中），信息內(nèi)容也相應(yīng)變化，比如道路和交通信息等。
另一種是與外環(huán)境不關(guān)聯(lián)的，比如娛樂信息，這部分信息展示的位置與外部環(huán)境沒有直接關(guān)系。對于與駕駛外環(huán)境相關(guān)聯(lián)的信息，又可以分成只關(guān)注相對位置，而不變化視線距離的2D顯示，和即考慮平面位置，又變化視線距離的3D顯示。在視覺區(qū)域內(nèi)，不同的區(qū)分點(diǎn)，人的視覺能力和反應(yīng)時(shí)間是不一樣的。
HUD視覺顯示設(shè)計(jì)有4個(gè)關(guān)鍵的要素，包括顏色、透明度、大小和運(yùn)動(dòng)。在這里要特別強(qiáng)調(diào)一下顏色，汽車駕駛環(huán)境的背景顏色和光亮度會(huì)在不停變化。
在設(shè)計(jì)顏色時(shí)，一定要讓信息的顏色從背景色中凸顯出來。比如道路的背景色通常有白色和天空的藍(lán)色，柏油馬路的灰色和草綠色，還有北方下雪時(shí)的雪白色等。選擇不同顏色包含的文化內(nèi)涵意義也需要考慮。
信息結(jié)構(gòu)
HUD顯示信息的結(jié)構(gòu)，包括4個(gè)層次。
第1級：與駕駛動(dòng)作有關(guān)的信息，包括車輛操作和控制，以及道路上物體或者事件的監(jiān)測和反應(yīng)。
第2級：提供與駕駛需求的導(dǎo)航信息、比如直行和轉(zhuǎn)彎、車道選擇。
第3級：主要是關(guān)于警告、預(yù)警和關(guān)于車輛的狀態(tài)信息和操作環(huán)境。
第4層：支持輔助活動(dòng)信息，例如娛樂、交流、舒適和與這些相關(guān)的其它活動(dòng)。
內(nèi)容來源：
https://mp.weixin.qq.com/s/yzo4BhLN5u8TzrkWIkPugw
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