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編輯導(dǎo)讀：在有關(guān)飛行的電影中，總是能看見很酷的一幕：飛行員從擋風(fēng)玻璃上就能看見許多重要信息，從而做出判斷。這種顯示系統(tǒng)叫做HUD，現(xiàn)在也應(yīng)用于汽車上。本文作者對(duì)此進(jìn)行了分析，希望對(duì)你有幫助。

一、概念

HUD，即抬頭顯示（Head Up Display），又叫平視顯示系統(tǒng)。它的作用，就是把時(shí)速、導(dǎo)航等重要的行車信息，投影到駕駛員前面的擋風(fēng)玻璃上，讓駕駛員盡量做到不低頭、不轉(zhuǎn)頭就能看到。

這種顯示系統(tǒng)，原是軍用戰(zhàn)斗機(jī)上的顯示系統(tǒng)，飛行員不必低頭，就能在擋風(fēng)玻璃上看到所需的重要信息。

二、HUD產(chǎn)品演進(jìn)

HUD應(yīng)用在汽車上已經(jīng)有十幾年，對(duì)駕駛員也同樣可以起到主動(dòng)安全的作用，繼而催生出最初的C-HUD、W-HUD，多見于高端車型。

AR-HUD 是AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和HUD抬頭顯示相結(jié)合的一種新型的車用HUD，與C-HUD和W-HUD最大的不同之處在于，AR-HUD擁有更大的視場角和更遠(yuǎn)的成像距離，而且可以直接將顯示效果疊加到現(xiàn)實(shí)路面。未來兩到三年，AR-HUD將會(huì)面臨量產(chǎn)的爆發(fā)期，是未來智能座艙的重要組成部分。

三、AR-HUD的主要功能

我們整理AR-HUD的功能，可以理解為三大類：車況及導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)容、車生態(tài)服務(wù)信息、行人預(yù)警

1）車況及導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)容

主要作用是顯示當(dāng)前車況及行駛信息，道路識(shí)別以及導(dǎo)航引導(dǎo)

一般包含的功能：

如車輛狀況，胎壓監(jiān)測(cè)、油量/電量、續(xù)航等；

如行駛狀況，時(shí)速、轉(zhuǎn)速/功率、能耗等；

如導(dǎo)航提示，轉(zhuǎn)向、行駛里程、限速等。

2）車生態(tài)服務(wù)信息

主要作用是顯示附近生活服務(wù)類的信息

一般會(huì)有：

餐飲、購物等基于LBS的消費(fèi)引導(dǎo)；

加油/充電，停車、洗車等于車輛服務(wù)相關(guān)的引導(dǎo)。

3）行人預(yù)警

主要面向復(fù)雜環(huán)境下的行人監(jiān)測(cè)和提醒，助力安全出行

比如在多路口的特殊路段、夜晚行車環(huán)境下，通過監(jiān)測(cè)車輛前方的行人，在車內(nèi)提醒和預(yù)警駕駛員，注意行人。

四、行業(yè)情況

各大廠商的AR HUD的量產(chǎn)時(shí)間集中在2020年~2021年? 目前各大主機(jī)廠，包括國內(nèi)品牌和國外品牌，都在與供應(yīng)商共同研發(fā)AR HUD的量產(chǎn)方案，包括一汽、廣汽、大眾、寶馬等廠商，且時(shí)間點(diǎn)均在2020年~2021年?？梢哉f，最近兩年年會(huì)是AR HUD爆發(fā)的時(shí)間。

五、AR-HUD技術(shù)原理

HUD的主要設(shè)計(jì)原理是離軸三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)。即圖形顯示器（PGU）產(chǎn)生圖像——小反射鏡（fold mirror）折轉(zhuǎn)光路——大反射鏡（rotable mirror）反射放大——風(fēng)擋玻璃反射進(jìn)入人眼成像。

AR-HUD則是將顯示效果和內(nèi)容疊加到現(xiàn)實(shí)路面，系統(tǒng)架構(gòu)圖及系統(tǒng)框圖如下：

六、AR-HUD的開發(fā)難點(diǎn)

AR HUD理論上需要15米以上的成像距離，HUD的體積因?yàn)楣饴沸枨蠖蟮揭话丬囕v裝不下。

AR-HUD的規(guī)格也有相關(guān)要求，比如：

夠?qū)挼腇OV，可以cover車道線，因此越寬越好，目前標(biāo)準(zhǔn)的FOV為10°×5°；

夠遠(yuǎn)的VID，虛像可以穩(wěn)穩(wěn)鎖定對(duì)應(yīng)的實(shí)物（10m以上最佳）；

需要搭配AR Creator來配合運(yùn)作；

HUD的凹面鏡和凸面鏡之間需要足夠的光路空間，才能滿足FOV以及虛像VID的要求，因此HUD的體積達(dá)到15L；

除此之外，AR-HUD在落地過程中要注意以下問題：

1. 安裝

AR HUD體積較大，散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜，要求高，且易與儀表板管梁和空調(diào)管路干涉，需要預(yù)留足夠大空間進(jìn)行布置;

AR HUD投影面積更大、距離更遠(yuǎn)，HUD自身曲面鏡較大，目前開模資源較少，良品率較低，成本較高;

需要安裝HUD的車中控、管道、儀表、除霜口需要經(jīng)過專門的設(shè)計(jì)，以便于以上部件與HUD之間不發(fā)生干涉。

HUD不能安裝在任意位置，首先必須滿足駕駛者的視野，只能安裝在駕駛員的正前方。

HUD的設(shè)計(jì)是基于整車的眼點(diǎn)、風(fēng)擋玻璃、機(jī)艙蓋、中控臺(tái)等數(shù)據(jù)，因此與整車的設(shè)計(jì)是一個(gè)雙方不斷溝通、協(xié)調(diào)的過程。

2.?AR-Creator需要實(shí)現(xiàn)的功能復(fù)雜

1）HUD顯示與車道線 matching

在多車道的情況下，車輛在第幾車道，會(huì)影響AR-HUD投影信息指示的正確性，故車輛本身須具備車道偵測(cè)的相關(guān)技術(shù)，提供目前在第幾車道的信息，且偵測(cè)補(bǔ)正系統(tǒng)會(huì)有時(shí)間延時(shí)，因此必須加上提前預(yù)測(cè)算法。相關(guān)技術(shù)：影像識(shí)別

2）HUD顯示與車頭方向 matching

AR HUD顯示的信息須避開前方車輛遮蔽，投影在路面上，故需偵測(cè)前方障礙物的位置，動(dòng)態(tài)調(diào)整AR HUD顯示的信息位置,且偵測(cè)補(bǔ)正系統(tǒng)會(huì)有時(shí)間延時(shí)，因此必須加上提前預(yù)測(cè)算法。相關(guān)技術(shù)：77Ghz毫米波雷達(dá)/影像識(shí)別。

3）HUD顯示與前方障礙物標(biāo)定 matching

AR-HUD虛擬圖像與車外實(shí)景結(jié)合時(shí)，會(huì)因車主的坐姿差異產(chǎn)生視角的差異，故需偵測(cè)眼球位置，動(dòng)態(tài)調(diào)整虛擬圖像的投射角度變動(dòng)。相關(guān)技術(shù)：DMS/影像識(shí)別

4）HUD顯示與轉(zhuǎn)彎路口 matching

HUD顯示的轉(zhuǎn)彎箭頭要達(dá)到精準(zhǔn)標(biāo)定到實(shí)際道路的路口，有以下需求：

• 精密地圖：提供路口精準(zhǔn)的經(jīng)緯度位置；
• 精準(zhǔn)定位：提供車輛所在的精準(zhǔn)經(jīng)緯度與方向；
• 車頭晃動(dòng)補(bǔ)償：HUD顯示必須補(bǔ)償車頭上下晃動(dòng)的偏差；
• 收集高精度地圖與V2X及六軸向陀螺儀、影像識(shí)別、毫米波雷達(dá)、GPS等各類傳感器，通過復(fù)雜數(shù)字演算，精確定位目前車輛的位置，精密度需要至10cm等級(jí)。

七、開發(fā)方式

基于以上，一般AR-HUD的開發(fā)為合作，主機(jī)廠基于域控制器平臺(tái)，AR Creator只做軟件，AR-HUD算法供應(yīng)商提供庫或可執(zhí)行文件給主機(jī)廠集成到域控制器中。系統(tǒng)由AR-Creator算法及HUD-Projector顯示光機(jī)組成。AR-Creator負(fù)責(zé)融合導(dǎo)航、ADAS、車輛信號(hào)等信息，進(jìn)行圖像渲染及虛實(shí)重疊后，把顯示模型輸出給光機(jī)，光機(jī)負(fù)責(zé)解碼、顯示。

PGU目前有TFT和DLP兩種實(shí)現(xiàn)方案。二者在相同成像尺寸上，DLP方案在整體性能上，要優(yōu)于TFT方案，同時(shí)價(jià)格也會(huì)更高。

當(dāng)然，市場上還有Mini AR-HUD方案（折中成本）、AR-HUD激光方案（質(zhì)量優(yōu)先），主要差異在于體積、成像質(zhì)量和費(fèi)用成本。激光方案的成像質(zhì)量最好，體積最小，但成本最高。各車企根據(jù)自身情況會(huì)有不同的選擇偏向。

本文由 @賽博七號(hào) 原創(chuàng)發(fā)布于人人都是產(chǎn)品經(jīng)理，未經(jīng)許可，禁止轉(zhuǎn)載。

題圖來自Unsplash，基于 CC0 協(xié)議