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汽车挡风玻璃黑科技AR HUD的9条必备性能
增强现实型(AR)抬头显示(HUD)产品,是车内整合整车信息,然后将之以图案化形式反馈给驾驶员的智能化配置,它可以有效防止驾驶员低头看屏幕所带来的分心驾驶。在智能汽车的风口之下,众多车企正在积极抢滩登陆,AR HUD有望成为各厂商秀肌肉的核心配置之一。


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长城WEY 摩卡AR HUD


什么是AR HUD?


AR HUD即AR技术与抬头显示的结合体。

AR技术,全称Augmented Reality,翻译一下就是增强现实。是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术,这种技术的目标是在屏幕上把虚拟世界套在现实世界并进行互动。最早于1990年提出。

HUD,全称 head up display,即我们常说抬头显示。它的作用,就是把时速、导航等重要的行车信息,投影到驾驶员前面的风挡玻璃上,让驾驶员尽量做到不低头、不转头就能看到时速、导航等重要的驾驶信息。常规的HUD有两种模式,组合式的C-HUD与,风挡式W-HUD。

AR HUD是在HUD光学投影系统中融入AR技术,在我们看到的真实世界中覆盖上数字图像,使得HUD投射出来的信息与真实的驾驶环境融为一体。       

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来源,知乎史高玻

AR HUD是一个精密的光电系统,它需要整合ADAS系统所采集到的行车信息,搭配高精度地图,再以优质的HMI设计,将信息投射在前风挡之上。

对比项
传统W HUD
ARHUD
VID
2.5m左右
7.5m以上
FOV
约6°×2°
>10°×3°
画面尺寸
10英寸左右
>50英寸
体积
可以做到3升左右
10升左右甚至更大


优秀的AR HUD该具备哪些性能?


那么,具体下来,什么样的AR HUD才是一台可以给驾驶员提供智能化驾乘体验的优秀产品呢?下面,就来聊聊AR HUD的部分关键性能。

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1、虚像距离VID>7.5m


VID(Virtual Image Distance)虚拟图像距离,可以理解为图像焦点到眼睛的距离。就我们的直观感受而言,成像能够覆盖的距离越远,成像尺寸越大,AR-HUD的效果就会越好。

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一般情况下,HUD的显示图像和道路并不是在一个平面,此时人眼需要在道路和显示图像之间也需要来回切换,调整焦点,会有一定的安全隐患。因此,行业内普遍认可的AR HUD起码需要具备传统7.5m的VID,部分厂商的VID会做到10m甚至13m。

2、视场角FOV>10°


Field of View,又名“视场角”, FOV是以眼睛为顶点,以眼睛看到虚像的最大范围的两条边缘构成的夹角。

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视场角示意图

FOV反应了我们看到的AR-HUD图像大小,AR-HUD的水平FOV至少需要达到10°以上。在保证成像距离、大小的同时,要扩大FOV,以实现覆盖多车道显示,这对功耗控制与光学设计有着很高的技术要求。

3、亮度>12000cd/m2


投影显示的效果由投影光线的亮度和环境光亮度决定。白天,汽车前方的环境光往往非常强,特别是在阳光直射的时候。为了保证AR HUD的显示效果,就必须保证本身的亮度。目前业界的要求HUD最大亮度在12000cd/m2以上。

在具体的行驶过程中,HUD的亮度还需要随着环境光的变化而变化,以保证最佳显示效果。

以上这3点可以说是有具体数字指标的业界普遍标准,除此之外,还有着一些成像品质方面的管控。

4、消除重影


挡风玻璃由于其本身厚度原因,相当于存在2个反射面,光线在经过它两个面的反射后会形成2个虚像,也就是我们平时所说的重影。重影的存在,会极大地影响AR-HUD的成像质量

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玻璃反射的重影问题

常见的解决方案之一,是将前风挡玻璃做成楔形,让玻璃的两个反射面形成一定的角度。这种方式一般是使用PVB楔形膜,会极大的提升前风挡成本

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楔形PVB玻璃,可以有效降低重影的影响,来源积水化学

第二种办法就是通过镀膜来实现,比如说福耀玻璃便有研发这一技术。除以上办法之外,通过优化光路或算法也能在一定程度上减轻重影。

5、畸变矫正


HUD的图像畸变有两种:其一是由于风挡本身是一个不规则曲面,光线经过反射进入到人眼中很容易变形,就像哈哈镜成像那样。

第二种畸变则是HUD光学结构中的反射镜不可能100%的标准,在AR HUD较传统WHUD数倍的放大倍数之下,轻微的畸变都不可忽视。

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图片截取自EPSON演讲PPT



改善方案的话包括算法芯片将图像矫正,改善光学路径等,还有一种则是有厂商采用的裸眼3D技术。

6、良好的散热


AR HUD在工作时的热量来源也是两个方面:第一个是由于AR HUD需要具备高亮度,光源发热量大;第二个则是难点——阳光倒灌问题,由于光路的可逆性,自然界中的光线会沿着投影光路而集中到PGU中。过高的热量会对PGU的光电元件造成严重损伤。因此散热是一个重要的问题。

       图片目前量产的HUD都具备较大的散热结构

7、消除光斑


光线传播的双向性会导致外界的阳光进入HUD内部,这么一来,部分外部光线经过HUD内部反射器件的反射之后,就可能进入驾驶员的眼睛,从而产生所谓的“光斑”。光斑可能导致驾驶员无法看清前方的局部路况的情况,哪怕只是短时间的,也会给驾驶带来安全隐患。所以,如何消除光斑也是AR-HUD不得不解决的一个问题。

除了以上对HUD品质方面的管控外,AR效果方面也要做到更好:

8、前方道路融合


将信息直接显示在真实道路上是AR HUD的重要特点,实现这一特性需要通过ADAS前视摄像头对前方的道路情况进行解析建模,得到对象的位置、距离、大小;再把HUD需要显示的信息精准的投影到对应的位置,让人眼、HUD显示面、真实道路在一条视线上,才能达到足够沉浸的AR体验。

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根据前视图像建模后将信息叠加到实际道路上

9、眼盒&驾驶员视线追踪


人眼、HUD、道路三点一线还有一个极其不稳定的因素,就是眼睛的位置。驾驶员的高矮、坐姿、头部位置等等都会影响眼睛的位置和视线的方向。
所谓“眼盒”,就是眼睛可移动的区域,如果眼睛位于这块区域内则能够看清整个图像,反之出了这块区域,则无法看全整个图像。

一个好的AR HUD,会有一个合适的眼盒大小与位置。通过眼动追踪+图像位置实时自动调节,便可以保证良好的AR显示效果


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文章部分内容参考来源:知乎@史高玻,联创汽车电子

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