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為了讓更多受眾了解 AR - HUD，本文將對(duì)其進(jìn)行綜合研究，包括其發(fā)展歷程、應(yīng)用場(chǎng)景、信息布局以及未來發(fā)展趨勢(shì)等方面。

隨著汽車向以人為中心的 “第三生活空間” 演變，汽車與駕駛員之間的交互已不再局限于簡(jiǎn)單的行車狀態(tài)交互，而是逐步擴(kuò)大至智能駕駛、資訊娛樂等領(lǐng)域。傳統(tǒng)儀表已無法滿足用戶的安全、智能、沉浸式體驗(yàn)需求，在此背景下，抬頭顯示（HUD）應(yīng)運(yùn)而生。它將行車狀態(tài)、導(dǎo)航、輔助駕駛等信息直接投射在駕乘人員眼前，駕駛員無需切換視線就可以直觀地感受行車狀態(tài)等信息，大大縮減了盲駕時(shí)間，提升行車安全。HUD 經(jīng)歷了 C – HUD、W – HUD 到 AR – HUD 的迭代更新，其中 AR – HUD 通過結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將行車信息疊加到實(shí)物上面，成像距離更遠(yuǎn)、成像效果更佳。

一、HUD 的發(fā)展歷程

1. 起源與應(yīng)用拓展

HUD 技術(shù)起源于飛行器輔助儀，最早作為一種飛行器輔助儀，它可以把飛行信息投射到飛行員視野正前方的透視鏡上。1960 年，第一臺(tái)裝有 HUD 的戰(zhàn)斗機(jī)美國(guó)海軍的 A – 5 艦載機(jī)研發(fā)成功，直到二十世紀(jì)八十年代初，HUD 才開始應(yīng)用于民用客機(jī)。1988 年，通用汽車首次將 HUD 技術(shù)應(yīng)用于汽車，此后，HUD 在汽車上的應(yīng)用不斷發(fā)展，從最初只能顯示簡(jiǎn)單信息，到后來可以顯示多種顏色信息以及引入導(dǎo)航信息等。

2. 產(chǎn)品形態(tài)變遷

C – HUD（Combiner HUD）

安裝方式較為靈活，可前裝或后裝，一般將一塊透明樹脂鏡面安裝在儀表盤上方。

優(yōu)點(diǎn)是成本較低，缺點(diǎn)是成像區(qū)域小，內(nèi)容有限，成像距離近且位置低，車輛碰撞可能導(dǎo)致二次傷害。

W – HUD（Windshield HUD）

需要汽車前裝，與擋風(fēng)玻璃統(tǒng)一做光學(xué)設(shè)計(jì)，將重要的行車信息直接投射在擋風(fēng)玻璃上。

優(yōu)點(diǎn)是支持更大成像區(qū)域和更遠(yuǎn)投影距離，展示信息區(qū)域大，效果更一體化，有助于安全行駛；缺點(diǎn)是需根據(jù)擋風(fēng)玻璃尺寸和曲率搭配高精度非球面反射鏡，成本相對(duì)較高。

AR – HUD（Augmented Reality – HUD）

為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示器，同樣應(yīng)用于前裝市場(chǎng)。AR – HUD 可提供更遠(yuǎn)距離及與實(shí)景相結(jié)合的圖像，因此能夠有效地提升駕駛安全性和使用體驗(yàn)。

AR – HUD 技術(shù)被汽車行業(yè)重視，不僅因?yàn)樗芴岣唏{駛安全性和顯示效果，更重要的是 AR 技術(shù)的應(yīng)用，讓 HUD 的使用場(chǎng)景有了更多可能。比如，行車時(shí)可以直接將導(dǎo)航的道路信息顯示到 HUD 上，并融合周圍實(shí)際的路況場(chǎng)景進(jìn)行顯示，使得道路信息一目了然；也能結(jié)合 ADAS 功能，提供前向碰撞預(yù)警、車道偏離預(yù)警及交通標(biāo)志標(biāo)線識(shí)別等提示，及時(shí)預(yù)告路況和行人預(yù)警信息；可將行車電腦中的車輛數(shù)據(jù)與道路實(shí)景有機(jī)結(jié)合，進(jìn)行 AR 呈現(xiàn)。

二、車載 AR – HUD 的必要性

1. 從中國(guó)道路交通安全視角分析

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生活水平提高，我國(guó)汽車保有量急劇增加，而道路交通參與者的道路安全理念卻明顯滯后于汽車市場(chǎng)的發(fā)展速度，道路交通安全形勢(shì)日益嚴(yán)峻。從歷年因操作失誤造成的事故分布來看，雖然技術(shù)進(jìn)步可有效提高交通安全，但駕駛員分心造成的交通事故仍然存在。在零交通事故的終極目標(biāo)下，減少駕駛過程中的操作失誤仍是汽車廠商的關(guān)注重點(diǎn)。

2. 從人因工效學(xué)的角度分析

車載信息娛樂系統(tǒng)豐富了駕乘人員的駕駛體驗(yàn)，但也引起了駕駛分心，降低了駕駛員的駕駛效能和駕駛安全。HUD 可以為駕駛員提供更加直觀簡(jiǎn)潔的信息和更加舒適方便的信息查看方式，增強(qiáng)駕駛員的環(huán)境感知能力，減少其視線離開路面的時(shí)間，從而使駕駛員能將注意力更多集中在路面上，提高駕駛安全。

三、AR – HUD 的優(yōu)勢(shì)

1. 傳統(tǒng) HUD 的問題分析

從產(chǎn)品形態(tài)來看，C – HUD 和 W – HUD 一般稱為傳統(tǒng) HUD，由于其成像距離、成像尺寸以及采用的光機(jī)技術(shù)等原因，存在固有的缺點(diǎn)和問題。

1. 成像距離較近，易造成駕駛疲勞。
2. 成像尺寸過小，呈現(xiàn)的信息量有限，沉浸式體驗(yàn)感不佳。
3. 存在駕駛安全隱患，C – HUD 成像載體樹脂玻璃對(duì)駕駛員存在二次傷害風(fēng)險(xiǎn)。

2. 車載 AR – HUD 優(yōu)勢(shì)

• 提升沉浸式體驗(yàn)：AR – HUD 可以將圖像投影至駕駛員前方至少 7 米距離的位置，一般可以達(dá)到 10 – 20 米的距離，在這樣的距離下，駕駛員對(duì)于視場(chǎng)中圖像或物體的視覺深度區(qū)分能力下降，感覺投影圖像與環(huán)境融為一體，這樣也就可以提升駕駛員使用過程中的沉浸式體驗(yàn)。
• 提高駕駛安全性：更遠(yuǎn)的虛像距離可以減少駕駛員視覺焦點(diǎn)在虛像與現(xiàn)實(shí)之間切換的視覺深度適應(yīng)時(shí)間，從而減輕了眼睛疲勞。同時(shí)，AR – HUD 還可以結(jié)合 ADAS 系統(tǒng)，將 ADAS 功能呈現(xiàn)在擋風(fēng)玻璃上，能夠在低能見度的極端天氣條件下增強(qiáng)駕駛員對(duì)周圍環(huán)境的感知能力。另外，通過將駕駛視覺盲區(qū)監(jiān)控信息呈現(xiàn)在駕駛員視野前方，使駕駛員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)駕駛環(huán)境中存在的情況，增強(qiáng)駕駛員行車安全意識(shí)，提高行車安全，減少交通事故的發(fā)生。
• 讓汽車更智能：雖然目前很多車輛已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 L2 甚至 L2 + 的功能，但是智能化的決策和控制并不能直觀地為駕駛員呈現(xiàn)，用戶無法感受到車輛的智能化功能，AR – HUD 能夠通過智能駕駛控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，將車輛的智能駕駛功能展現(xiàn)在用戶的眼前，實(shí)現(xiàn) “所見即所知”；另外，人類感知的信息 80% 以上是依靠視覺來獲取的，AR – HUD 豐富的顯示功能可以賦能座艙的智能化，讓座艙的視覺交互更加直觀和有效，為駕乘人員提供沉浸式體驗(yàn)。

四、AR – HUD 的價(jià)值

1. 安全和體驗(yàn)的兩全其美

駕駛安全方面

AR – HUD 可以對(duì)導(dǎo)航信息進(jìn)行直觀顯示，并可以結(jié)合實(shí)際路況，實(shí)時(shí)利用虛擬箭頭來提示駕駛員，避免在駕駛過程中出現(xiàn)開過路口或分散駕駛員注意力的情況發(fā)生。另外，AR – HUD 還可以與 ADAS、汽車傳感器等進(jìn)行協(xié)同，對(duì)駕駛員進(jìn)行安全提醒，比如車距過近預(yù)警、壓線預(yù)警、紅綠燈監(jiān)測(cè)預(yù)警、變道預(yù)警、行人預(yù)警、路標(biāo)顯示、車道偏離預(yù)警、前方障礙物預(yù)警、駕駛員狀態(tài)提醒預(yù)警等，還可以通過變換顏色來對(duì)不同安全度的危險(xiǎn)隱患進(jìn)行提醒。

駕駛體驗(yàn)方面

AR – HUD 具備自動(dòng)偵測(cè)環(huán)境亮度功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié) HUD 照明亮度以適應(yīng)環(huán)境的能力，減輕駕駛員在光照條件變化之后眼睛出現(xiàn)的短暫不適感。

另外，AR – HUD 還可以結(jié)合車輛的當(dāng)前位置、車載地圖和場(chǎng)景 AI 等為駕駛員提供旅游景區(qū)、商場(chǎng)、餐廳、服務(wù)站等信息，實(shí)現(xiàn)車與道路環(huán)境的互聯(lián)。

最后，AR – HUD 還可以分為兩個(gè)部分來顯示信息，以滿足駕駛員和乘車人的不同需求，駕駛員前方提供道路導(dǎo)航信息，副駕駛視野前方顯示音樂、視頻、通話等信息。

對(duì)于用戶而言，駕駛沉浸感和行駛安全均有明顯提升。

2. 品牌向上，生態(tài)賦能

提升汽車產(chǎn)品和品牌的智能化屬性

AR – HUD 作為 W – HUD 的升級(jí)產(chǎn)品形態(tài)，能夠?yàn)檐囕v提供更加完善的視覺顯示解決方案。由于技術(shù)難、成本高的特點(diǎn)，目前也只在部分高端車型上實(shí)現(xiàn)了裝備。

AR – HUD 的裝車將有助于提升汽車產(chǎn)品和品牌的智能化屬性，推動(dòng)品牌和產(chǎn)品高端化進(jìn)程。

推進(jìn)智能化和網(wǎng)聯(lián)化進(jìn)程

智能化和網(wǎng)聯(lián)化已然成為全球汽車產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展重點(diǎn)。搶占智能化的戰(zhàn)略制高點(diǎn)，是我們國(guó)家汽車產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級(jí)、由大變強(qiáng)的重要突破口。

AR – HUD 與汽車的智能化和網(wǎng)聯(lián)化緊密相關(guān)，是智能化和網(wǎng)聯(lián)化應(yīng)用的載體，同時(shí)也是推進(jìn)智能化和網(wǎng)聯(lián)化進(jìn)程的助推劑。

AR – HUD 核心技術(shù)的突破也正是我國(guó)汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的實(shí)施路徑，是解決我國(guó)核心零部件產(chǎn)業(yè)鏈安全問題，實(shí)施強(qiáng)鏈、補(bǔ)鏈、延鏈的重要一環(huán)，將推動(dòng)我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)向價(jià)值鏈中高端水平邁進(jìn)，助推我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

五、AR – HUD 如何影響出行生活

1. 應(yīng)用場(chǎng)景

安全駕駛是重中之重

通過醒目的危險(xiǎn)警示符號(hào)，及時(shí)提醒駕駛員其他道路參與者的情況，助力行車安全。還可以提升極端環(huán)境下的駕駛安全，將攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等檢測(cè)到的行人、障礙物、周邊車輛行駛方向等信息直接呈現(xiàn)在駕駛員面前，提升車輛在極端環(huán)境下的行駛安全。

沉浸式體驗(yàn)智能化功能

將 ADAS 功能直觀地展現(xiàn)在駕駛員面前，加強(qiáng)駕駛員對(duì)智能化功能、自動(dòng)駕駛的信任，減輕對(duì)自動(dòng)駕駛的安全焦慮。AR – HUD 技術(shù)的出現(xiàn)使得上述問題迎刃而解，通過虛擬結(jié)合現(xiàn)實(shí)的技術(shù)，為輔助駕駛信息的呈現(xiàn)提供了高效可視化平臺(tái)，能夠在不影響駕駛員視線的情況下，通過在實(shí)景信息上標(biāo)記虛擬警示符號(hào)的方式準(zhǔn)確定位駕駛過程中 的危險(xiǎn)情形，實(shí)現(xiàn)虛擬警示符號(hào)與實(shí)景路況高度融合，以此提醒駕駛員采取相應(yīng)的措施。

AR 提升出行體驗(yàn)

AR 導(dǎo)航直觀生動(dòng)，不再錯(cuò)過任何一個(gè)路口，實(shí)現(xiàn)了將手機(jī)導(dǎo)航、中控導(dǎo)航的信息與車道線走勢(shì)等車道特征進(jìn)行融合，可以將虛擬圖像投射至駕駛員前方視野、顯示在道路上，讓駕駛員感受最真實(shí)的道路信息。同時(shí)，AR – HUD 具有全面顯示車況、路況、ADAS 等多維信息的功能。

提供便捷式服務(wù)

AR – HUD 可以通過 AR 將地圖 POI 信息與實(shí)景疊加，將行進(jìn)途中的停車場(chǎng)、餐廳、購物場(chǎng)所、加油站等消費(fèi)、車輛服務(wù)相關(guān)的地點(diǎn)信息實(shí)時(shí)標(biāo)注顯示，尤其是在陌生的地方利用 POI 信息可以極大方便出行。

身臨其境體驗(yàn)車載信息娛樂功能

在中控屏對(duì)車載信息娛樂功能的呈現(xiàn)有限的情況下，AR – HUD 在駐車場(chǎng)景下可以讓駕駛員身臨其境體驗(yàn)高清視頻、游戲畫面、視頻通話，感受家庭影院式的沉浸感。

2. 關(guān)鍵核心技術(shù)

顯示技術(shù)是關(guān)鍵

PGU（Picture Generation Unit）成像單元是 AR – HUD 的關(guān)鍵部件，直接影響 HUD 的成像效果與產(chǎn)品化成本等。目前 PGU 主流成像技術(shù)主要有三種：TFT – LCD、DLP 和 LCoS，成像技術(shù)的工作原理不同，在 HUD 上的應(yīng)用表現(xiàn)存在很大差異。

空間光學(xué)

包括空間光學(xué)原理、小體積大畫幅 AR – HUD 設(shè)計(jì)、陽光倒灌、眩光、圖像畸變與雙目視差、重影等方面的內(nèi)容?？臻g光學(xué)原理是 PGU 輸出成像光擴(kuò)散屏形成可視圖像，經(jīng)過反射鏡將圖像投射到自由曲面鏡，自由曲面鏡將原圖像放大并適配風(fēng)擋面型完成光學(xué)畸變矯正后，投射到風(fēng)擋玻璃上，利用風(fēng)擋玻璃將圖像反射進(jìn)入眼橢球范圍，人眼接受到反射光之后在風(fēng)擋玻璃前形成虛擬圖像。

AR – HUD 的數(shù)字顯示界面

包括沉浸感的視覺提升、減少眩暈感與駕駛疲勞、提升駕駛體驗(yàn)、通過科學(xué)的界面設(shè)計(jì)預(yù)防分心駕駛等方面的內(nèi)容。沉浸感的視覺提升通過大 FOV 提升視野覆蓋范圍、圖像疊加增強(qiáng)技術(shù)、亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)、提升亮度對(duì)比度等實(shí)現(xiàn)。

AR – HUD 功能安全及可靠性

功能安全方面，AR – HUD 必須具備失效模式監(jiān)測(cè)診斷的功能，對(duì)顯示圖像失真和整個(gè)屏幕變白或者全屏顯示兩種失效模式準(zhǔn)確檢測(cè)并在出現(xiàn)問題時(shí)關(guān)閉顯示功能?？煽啃苑矫?，要解決 HUD 會(huì)產(chǎn)生陽光倒灌的現(xiàn)象，提升濾波能力和器件高溫容忍性來實(shí)現(xiàn)在一定時(shí)間內(nèi)陽光倒灌的容忍能力。

六、車載 AR – HUD 信息分類與優(yōu)先級(jí)確定

1. 關(guān)鍵駕駛信息

• 車速：車速是駕駛者最需要時(shí)刻關(guān)注的信息之一，在 AR – HUD 信息布局中應(yīng)處于顯著位置。其顯示應(yīng)清晰、準(zhǔn)確，字體大小和顏色要確保在各種光照條件下都能被駕駛者快速讀取。
• 導(dǎo)航指示：導(dǎo)航指示對(duì)于駕駛者準(zhǔn)確判斷行駛路線至關(guān)重要。包括方向箭頭、距離下一個(gè)路口的距離等信息，應(yīng)突出顯示且與車速信息區(qū)分開來，避免駕駛者混淆。
• 安全警示：如前車距離過近警報(bào)、車道偏離警告等，需要以醒目的方式呈現(xiàn)。當(dāng)出現(xiàn)危險(xiǎn)情況時(shí)，駕駛者能夠立即做出反應(yīng)，保障行車安全。

2. 輔助信息

• 時(shí)間：時(shí)間信息對(duì)于駕駛者了解當(dāng)前時(shí)間有一定幫助，但并非關(guān)鍵駕駛信息，可在相對(duì)不那么顯眼的位置顯示。
• 外界溫度：外界溫度屬于次要信息，可在角落處顯示，為駕駛者提供一些額外的環(huán)境信息。
• 音頻信息：如正在播放的歌曲名稱等音頻信息，對(duì)于注重音樂享受的駕駛者有一定意義，但不應(yīng)干擾主要駕駛信息的顯示，可適當(dāng)弱化其效果。

七、車載 AR – HUD 信息布局原則

1. 簡(jiǎn)潔明了

• 避免信息過載：在設(shè)計(jì) AR – HUD 信息布局時(shí)，應(yīng)避免過多信息的堆砌，只顯示必要的信息。過多的信息會(huì)導(dǎo)致駕駛者分心，影響駕駛安全。
• 采用簡(jiǎn)潔圖標(biāo)和文字：簡(jiǎn)潔的圖標(biāo)和文字易于理解和識(shí)別，能夠幫助駕駛者快速獲取信息。復(fù)雜的圖形和文字可能會(huì)增加駕駛者的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，降低信息獲取效率。

2. 符合視覺習(xí)慣

• 信息放置區(qū)域：信息應(yīng)放置在駕駛者視線自然聚焦的區(qū)域，通常是擋風(fēng)玻璃的中下部。這個(gè)區(qū)域符合駕駛者的視覺習(xí)慣，能夠讓駕駛者在不轉(zhuǎn)移視線的情況下快速獲取信息。
• 閱讀順序：遵循從左到右、從前到后的閱讀順序，將重要信息依次排列。這樣的排列方式符合大多數(shù)人的閱讀順序，有助于駕駛者更順暢地獲取信息。

3. 動(dòng)態(tài)調(diào)整

• 適應(yīng)不同駕駛場(chǎng)景：根據(jù)不同的駕駛場(chǎng)景和要求，動(dòng)態(tài)調(diào)整信息的形式內(nèi)容和布局。例如，在高速行駛時(shí)，應(yīng)突出導(dǎo)航和車速信息，幫助駕駛者更好地控制車速和方向；在城市道路行駛時(shí)，可增加交通標(biāo)志識(shí)別等信息，以應(yīng)對(duì)復(fù)雜的交通環(huán)境。
• 滿足個(gè)性化需求：考慮駕駛者的個(gè)人喜好和需求，提供個(gè)性化的信息調(diào)整功能。例如，駕駛者可以根據(jù)自己的視力情況調(diào)整字體大小，或者根據(jù)自己對(duì)不同信息的關(guān)注程度調(diào)整信息的顯示順序。

4. 色彩搭配合理

• 關(guān)鍵信息色彩：關(guān)鍵信息應(yīng)使用高對(duì)比度的顏色，如白色字體搭配深色背景，以提高可讀性。這樣的色彩搭配能夠讓關(guān)鍵信息在各種光照條件下都更加醒目，便于駕駛者快速識(shí)別。
• 輔助信息色彩：輔助信息可以采用較柔和的顏色，在不影響關(guān)鍵信息顯示效果的前提下，避免過于刺眼。柔和的顏色不會(huì)對(duì)駕駛者的視覺造成強(qiáng)烈刺激，同時(shí)也能夠與關(guān)鍵信息區(qū)分開來。

5. 空間層次感

• 區(qū)分信息層級(jí)：通過調(diào)整信息的大小、顏色、透明度等方式，區(qū)分不同層級(jí)的信息。例如，關(guān)鍵駕駛信息可以用較大的字體、較高的對(duì)比度和較低的透明度來顯示，使其更加突出；輔助信息則可以用較小的字體、較柔和的顏色和較高的透明度來顯示，使其處于次要地位。
• 利用空間布局：合理利用空間布局，將不同層級(jí)的信息放置在不同的位置，形成空間層次感。例如，可以將關(guān)鍵駕駛信息放置在擋風(fēng)玻璃的中下部，靠近駕駛者視線的焦點(diǎn)位置；將輔助信息放置在擋風(fēng)玻璃的邊緣或角落位置。

6. 穩(wěn)定性與一致性

• 保持信息穩(wěn)定：在駕駛過程中，信息的顯示應(yīng)該保持穩(wěn)定，避免出現(xiàn)閃爍、跳動(dòng)等不穩(wěn)定的情況。不穩(wěn)定的信息顯示會(huì)分散駕駛者的注意力，影響駕駛安全。
• 保持一致性：信息布局應(yīng)該保持一致性，無論是在不同的駕駛場(chǎng)景下，還是在不同的車型上，都應(yīng)該遵循相同的布局原則和設(shè)計(jì)規(guī)范。這樣可以減少駕駛者的學(xué)習(xí)成本，提高信息獲取效率。

八、下一代 HUD 應(yīng)用展望

1. AR – HUD 應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

安全類

AR – HUD 最重要的實(shí)際應(yīng)用是安全類信息的呈現(xiàn)，使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和人工智能將必要的安全類信息投影到擋風(fēng)玻璃，可以讓司機(jī)意識(shí)到潛在的危險(xiǎn)，而不會(huì)分散注意力或妨礙他們的道路視野。包括 V2V（Vehicle to Vehicle）和 V2I（Vehicle to Infrastructure）等方面的應(yīng)用。

效率類

在輔助駕駛、自動(dòng)駕駛中逐步完善的未來，實(shí)景路況與前擋風(fēng)玻璃投影配合顯示會(huì)改變交互方式，提升交互效率。包括 V2V 和 V2I 等方面的應(yīng)用。

支付類

近場(chǎng)支付：汽車行業(yè)正在向智能駕駛和智能座艙的雙智融合方向發(fā)展，也為智慧交通與智慧城市等市場(chǎng)創(chuàng)造了更多商業(yè)機(jī)會(huì)，未來車輛將可從 V2I 信息中感知到支付需求并顯示在 AR – HUD 上，駕駛員通過觸控、凝視、點(diǎn)頭等交互方式進(jìn)行確認(rèn)，就可以完成支付。

元宇宙在車端的應(yīng)用載體

目前以 VR、AR 為主體的狹義元宇宙產(chǎn)業(yè)鏈，與汽車上的 AR – HUD、智能座艙、智能輔助駕駛等功能有不少重合的地方，所以汽車有希望成為連接三維物理世界和元宇宙的超級(jí)智能硬件。AR – HUD 作為智能汽車第一屏，承擔(dān)著最重要的人機(jī)交互功能，未來將通過 V2X、車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)持續(xù)加強(qiáng)車輛與道路之間的通信，擴(kuò)展更多應(yīng)用場(chǎng)景，搭建起現(xiàn)實(shí)世界與虛擬世界的一座橋梁。

2. AR – HUD 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

硅基液晶 LCoS 技術(shù)

硅基液晶 LCoS 技術(shù)是一種基于反射式的微型矩陣液晶顯示技術(shù)，通過反射式技術(shù)，可以達(dá)到 40%-65% 的亮度反饋，光效率較高，可以達(dá)到 4K 甚至 8K 的真實(shí)分辨率。同時(shí)，其耐熱、耐潮程度也很高，可以讓車載 AR – HUD 的成像效果更加穩(wěn)定和清晰。

與 LCD 技術(shù)相比，LCoS 相類似的地方在于都是光源穿過偏振濾光片到達(dá)設(shè)備，液晶體充當(dāng)閥門控制到達(dá)表面的光量，特定像素的晶體接收的電壓越高，則晶體允許通過的光量越多，不同的地方在于 LCoS 是反射式投射，光利用效率較高，而 LCD 是透射式，光利用效率較低，因此 LCoS 可以實(shí)現(xiàn)更好的顯示效果和可靠性。

光波導(dǎo)技術(shù)

光波導(dǎo)憑借平板超博結(jié)構(gòu)和極大的二維擴(kuò)瞳能力，極大減少了對(duì)光機(jī)體積的需求，可以從根本上解決 HUD 模組體積過大問題，是 HUD 未來發(fā)展的重要方向，是目前 AR 眼鏡的主流方案。

光波導(dǎo)能夠?qū)崿F(xiàn)光的全反射，即光機(jī)完成成像后，將光耦合進(jìn)入波導(dǎo)的玻璃基底，通過全反射原理將光傳輸?shù)窖坨R前方，再釋放出來。

達(dá)到全放射需要滿足兩個(gè)條件：

1. 傳輸介質(zhì)即波導(dǎo)材料需要具備比周圍介質(zhì)高的折射率；
2. 光進(jìn)入波導(dǎo)的入射角需要大于臨界角。

所以光在波導(dǎo)傳播是平行傳播，光波導(dǎo)的 “全反射” 在保證成像清晰、圖像對(duì)比度高的基礎(chǔ)上，還能為用戶提高較大的視場(chǎng)角。目前研究的光波導(dǎo)技術(shù)主要分為幾何光波導(dǎo)和衍射光波導(dǎo)。

無論幾何波導(dǎo)還是光柵波導(dǎo)，圖像源和基底是相似的。圖像源可以是各種類型的微顯示如 LCoS，Micro – OLED、Micro – LED，也可以是激光結(jié)合微鏡掃描 LBS。幾何波導(dǎo)和光柵波導(dǎo)的主要差異點(diǎn)在于耦入結(jié)構(gòu)和耦出結(jié)構(gòu)。

從圖中可以看出，耦入結(jié)構(gòu)的作用是使得圖像源的主光線變換角度斜入射進(jìn)入基底，滿足全反射條件；耦出結(jié)構(gòu)，是使得基底內(nèi)部傳輸?shù)脑撔惫饩€變換方向，垂直射出到人眼。

由于光波導(dǎo)技術(shù)是通過光波導(dǎo)片傳播直接被放大的圖像，因此更大的顯示尺寸和更遠(yuǎn)的顯示距離要求光波導(dǎo)片部件具有更大的面積而不是體積，這也便于在儀表板空間內(nèi)布置。

另外，由于光波導(dǎo)技術(shù)取消了制造工藝要求嚴(yán)格的大尺寸非球面反射鏡，降低了制造復(fù)雜性和成本。但目前光導(dǎo)波產(chǎn)品尚處于研發(fā)探索階段，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈準(zhǔn)備尚不完善。如果要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的量產(chǎn)化落地還需整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的全面發(fā)展。

全息光學(xué)元件 HOE

全息技術(shù)是利用干涉原理實(shí)現(xiàn)光波的相位轉(zhuǎn)換，因此使用相干光照明被記錄物體后，來自物體的光波與另一束參考光在記錄介質(zhì)上產(chǎn)生干涉，將這些干涉圖樣記錄下來并經(jīng)過一定處理形成全息圖，當(dāng)再用與參考光相同的光波照明全息圖時(shí)，即可重現(xiàn)原來景物的立體圖像。

由于全息光學(xué)元件 HOE 可以像投影儀一樣將圖像投影到整個(gè)擋風(fēng)玻璃上，因此投影圖像可以覆蓋整個(gè)擋風(fēng)玻璃，實(shí)現(xiàn)大尺寸圖像顯示，同時(shí)光機(jī)的體積也可以控制在較小的范圍。由于目前的全息膜還不能滿足健康環(huán)保以及車規(guī)級(jí)的要求，因此基于 HOE 的 AR – HUD 還不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

另外使用全息光學(xué)元件代替表面浮雕光柵實(shí)現(xiàn)光的引導(dǎo)成為全息光波導(dǎo)。這個(gè)全息元件是全息技術(shù)在材料內(nèi)部曝光形成的明暗干涉條紋。相比雕刻光柵，全息光波導(dǎo)在工藝上更高效，成本也具有明顯優(yōu)勢(shì)，但全息光波導(dǎo)元件的制造參數(shù)等條件需要經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)獲得，無法通過光學(xué)分析反推，這也導(dǎo)致光波導(dǎo)的 AR – HUD 產(chǎn)品量產(chǎn)難度大，預(yù)計(jì)短期內(nèi)無法大規(guī)模量產(chǎn)。

九、AR – HUD 行業(yè)發(fā)展推進(jìn)建議與倡導(dǎo)

1. 政策規(guī)劃端

政策端

《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》明確了以 “統(tǒng)籌謀劃，協(xié)同推進(jìn)、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，平臺(tái)支撐、市場(chǎng)主導(dǎo)，跨界融合、開放合作，安全可控” 的基本原則，重點(diǎn)推進(jìn) “技術(shù)創(chuàng)新體系、產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系、基礎(chǔ)設(shè)施體系、法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系、產(chǎn)品監(jiān)管體系和網(wǎng)絡(luò)安全體系”。

2021 年，《智能網(wǎng)聯(lián)汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理指南 (試行)》和《關(guān)于加強(qiáng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車生產(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理的意見》相繼出臺(tái)，明確了高級(jí)別自動(dòng)駕駛汽車生產(chǎn)企業(yè)和產(chǎn)品準(zhǔn)入的基本方向，但具體的技術(shù)規(guī)范仍未出臺(tái)，高級(jí)別自動(dòng)駕駛暫無法準(zhǔn)入。

2021 年《道路交通安全法 (修訂建議稿)》發(fā)布，首次在法律層面明確了具有自動(dòng)駕駛功能的汽車進(jìn)行道路測(cè)試和通行的相關(guān)要求，以及違法和事故責(zé)任分擔(dān)規(guī)定，但是正式稿還未發(fā)布，同時(shí)未明確細(xì)化的自動(dòng)駕駛相關(guān)規(guī)定。

目前智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的突破性發(fā)展依賴于準(zhǔn)入管理、道路交通安全管理政策法規(guī)以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。高級(jí)別自動(dòng)駕駛以及 5G – V2X 的實(shí)現(xiàn)將會(huì)為 AR – HUD 應(yīng)用的擴(kuò)展和豐富提供可能性，一方面為 AR – HUD 顯示內(nèi)容提供豐富的車內(nèi)外感知數(shù)據(jù)，另一方面，提升的車載算力平臺(tái)也為 AR – HUD 的顯示性能提升提供了支撐，更重要的是，駕駛員從駕駛?cè)蝿?wù)中中得到釋放將會(huì)創(chuàng)造更多的車內(nèi)需求。

規(guī)劃端

智慧城市概念自 2023 年提出以來，全國(guó)各地加速布局實(shí)踐，目前全國(guó)有超過 500 個(gè)城市發(fā)布城市大腦建設(shè)計(jì)劃。

在智慧城市的框架下，基于智能化和網(wǎng)聯(lián)化的技術(shù)支撐作用，汽車將成為參與城市交通、信息采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)交互以及電子支付等功能的智能體，而 AR – HUD 作為未來智能汽車第一屏，也將成為智慧城市多源信息在車內(nèi)的顯示終端和載體。

《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和 2033 年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》首次將數(shù)字化發(fā)展專篇論述，明確加快建設(shè)數(shù)字經(jīng)濟(jì)、數(shù)字社會(huì)、數(shù)字政府、營(yíng)造良好數(shù)字生態(tài)，以數(shù)字化轉(zhuǎn)型整體驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)方式、生活方式和治理方式變革，開啟了我國(guó)數(shù)字化轉(zhuǎn)型新篇章。

《國(guó)家信息化戰(zhàn)略綱要》首次提出分級(jí)分類建設(shè)新型智慧城市的任務(wù)。

國(guó)家 “十四五” 規(guī)劃綱要提出探索建設(shè)數(shù)字孿生城市，再次強(qiáng)調(diào)分級(jí)分類推進(jìn)新型智慧城市建設(shè)。

智慧城市的建設(shè)是一個(gè)長(zhǎng)期的探索和完善的過程，建設(shè)工作應(yīng)該堅(jiān)持分級(jí)分類的原則分步推進(jìn)，并加速構(gòu)建智慧示范城市，帶動(dòng)全國(guó)整體智慧城市建設(shè)推進(jìn)工作。

2. 標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)端

• 汽車抬頭顯示測(cè)試評(píng)價(jià)方法：包括零部件級(jí)和整車級(jí)的測(cè)試評(píng)價(jià)方法。
• 汽車抬頭單獨(dú)測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)要求：應(yīng)區(qū)分不同類型的抬頭顯示，分別建立 W – HUD 和 AR – HUD 的技術(shù)要求。
• AR – HUD 數(shù)字顯示界面技術(shù)要求：從駕駛員人因工效的角度規(guī)定 AR – HUD 數(shù)字顯示界面滿足的最低要求，避免誘發(fā)導(dǎo)致駕駛疲勞和駕駛分神。
• HUD 同車機(jī)軟硬件電子電氣接口的標(biāo)準(zhǔn)化工作：標(biāo)準(zhǔn)的推進(jìn)節(jié)奏應(yīng)堅(jiān)持分類和分級(jí)推進(jìn)的原則，以團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)為創(chuàng)新引導(dǎo)，以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為規(guī)范引領(lǐng)，最終推動(dòng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制定和實(shí)施。在內(nèi)容分類上，AR – HUD 的測(cè)試評(píng)價(jià)和技術(shù)要求可以優(yōu)先在團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)落地和實(shí)施，抬頭顯示 HUD 的通用測(cè)試方法和最低技術(shù)要求應(yīng)該在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)層面進(jìn)行規(guī)定。

3. 行業(yè)應(yīng)用端

1）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)的研究制定

2）整車增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示人機(jī)布置及數(shù)字顯示界面關(guān)鍵技術(shù)研究

3）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示應(yīng)用效果評(píng)估研究

4）汽車增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示功能示范應(yīng)用推廣

5）增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示相關(guān)應(yīng)用軟件開發(fā)：行業(yè)聯(lián)盟和組織的建立將會(huì)集合產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)形成合力，極大地推動(dòng)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用推廣，并形成持續(xù)發(fā)展、不斷擴(kuò)大和有機(jī)成長(zhǎng)的生態(tài)體系。

十、結(jié)論

AR – HUD 作為一種新興的車載顯示技術(shù)，在提升駕駛體驗(yàn)和安全性方面具有巨大潛力。通過合理的信息布局和不斷的技術(shù)創(chuàng)新，能夠更好地滿足駕駛者的需求。然而，目前 AR – HUD 技術(shù)仍面臨一些挑戰(zhàn)，如技術(shù)成熟度、應(yīng)用場(chǎng)景和生態(tài)完善等問題。未來，隨著政策支持、標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)完善以及行業(yè)合作的加強(qiáng)，AR – HUD 技術(shù)將不斷發(fā)展和優(yōu)化，為駕駛者帶來更好的駕駛體驗(yàn)和更高的行車安全保障。