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ARHUD现有技术路径分析及新线路(一)
在想用于汽车上的增强现实抬头显示ARHUD的产品研发,大都在光学投射的技术线路上,这个路径有着天然的局限和复杂性,很难开发出有实际使用价值的产品。 

首先,通过一系列光学元件投射生成出的图像,面积太小,覆盖的前方路面的纵深与宽度都很有限;车头上下俯仰时(如后座人多的车头上仰),图像会上下移出要导航的前方路面;加大投射出的图像面积,又有功率发热、光学元件成本大、与前档玻璃曲面配合调整难度加大等等许多复杂问题。

其次,因为图像面积有限,驾驶员要通过这块面积看到前方的路面上,眼睛必须要限定在一个狭小的、固定的区域里,就是所谓的眼盒。

以上两点足以怀疑光学投射技术线路的前景。


要实现增强现实导航,有几个基本点值得探讨:
 
一、 驾驶员头部要能在一定范围内较自由地移动

驾驶员眼睛长时间保持在眼盒位置,实际上不现实。

二、 图像远近与驾驶员主导眼的关系

增强现实导航就是贴合前方路面为驾驶员眼睛准确指示行驶路径。

在驾驶员头部能在较大范围内左右上下前后位置变化的要求下,难以做到为驾驶员的双眼分别提供准确指示的图像。

人双眼中有一只起定位作用且很固定,是左右眼中那一只,因人而异,右眼居多。

图像距离驾驶员眼睛远、距离要导航指示的路面距离近的时候,主导眼透过图像的定位作用可以忽略;图像距离驾驶员眼睛近、距离要导航指示的路面距离远时,主导眼的透过图像的定位作用忽视不了。

三、 图像区域要足够大,能够满足从车头前到远处百米外的导航要求

近处和远处导航指示都有必要,试想一下岔路口很多的城市街区道路、高速路上百米外的岔道口几秒就行驶到了的情况。

四、 车身与路面的角度和距离变化必须要考虑

车身相对于路面的角度和距离是个变化量,其中车头的上下俯仰使图像的上下移动,对在前方路面准确指示位置影响最大。

车轮避震的衰减、坐人载物多少及重心位置、路面凸凹不平都会引起车身与路面的几何关系变化。

 从前置摄像头拍摄到的画面来判断车头的仰俯,再调整到成像中,就是走得通,也是一条复杂路。车大灯的投射距离自动调节,就是用从车身身高传感器得到的车身姿态信息。

五、 与路面贴合的导航指示图像一定是越简单越少越好

成的图像很漂亮、很炫目,是错误的方向。

位置指示图像能够让驾驶员眼睛感觉到、指示得清就可,越少越好,就几个显示像点(像点重影消除不了就与像点一起指示位置信息),这样对驾驶员视线扰乱最小;驾驶员视线焦点可以一直在前方路面上,像点被感知、被视线穿过;其实光学投射方式的路面箭头位置图像,也是这种叠加在路面上被穿过的方式,只不过是色彩块比较大、指示的距离比较近。
 
鉴于以上几点,提出一条新的尝试性的技术线路:

1. 在仪表台上固定较大面积的LED矩阵块,使可成像区域足够大

在前档玻璃里暗埋像点的透明显示方式没有开发出来前,用仪表台上较大面积地放置LED矩阵块,前档玻璃镜面反射成像,来得到较大面积的可成像区域。

LED矩阵块固定后,其每个LED对应的前档玻璃镜像点及其重影镜像点的空间位置也就确定了。

在车内安置两台固定的摄像机,前档玻璃外罩以黑布,LED逐个点亮求取像点及重影的空间坐标。

LED上要设置面向前档玻璃的遮光喇叭孔之类,防止LED直射到车内人员眼睛和尽量避免成像干扰车内其它人员。

2.  实时提取车身与路面的几何关系

提取四个车轮车身身高传感器上的数据,再加上车轮直径、车轮磨损、胎压、车轮与地面的偏角等进行修正。

3.  实时确定驾驶员主导眼在车身中的空间坐标

用固定在驾驶员面前的两台摄像机确定。

4.  实时使在车前希望指示出的位置点与驾驶员主导眼之间直线上的像点点亮

(1) 希望指示出的位置点是导航指示的位置点。在GPS定位和数字地图的支撑下,结合车身与路面瞬时几何关系、主导眼在车身中瞬时的位置,点亮在前方路面某点与主导眼连接直线上的像点;

(2) 希望指示出的位置点是车前与车速相关的距离线;

(3) 希望指示出的位置点是车直行及转弯的车轮轨迹线。
 
本文由群友陈方斌先生提供,共有系列作品三篇,未完待续。欢迎各位业内朋友加群探讨ARHUD技术路径。

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