增强现实抬头显示器:所见即所知

作者:陈永光 发布时间:2014-09-24
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抬头显示器中的增强现实技术(AR-HUD)通过在真实交通路况上显示图像提示给予驾驶员支持。AR-HUD技术极有可能成为汽车人机界面(HMI)最具创新性的发展方向,同时也为无事故驾驶作出贡献。大陆集团的演示车彰显了AR-HUD的座右铭:所见即所知。

2014年7月,大陆集团推出新生代抬头显示器(HUD)——增强现实抬头显示器(AR-HUD),通过为驾驶员提供虚拟提示信息(增强)进一步补充车辆前方的交通外景情况。AR-HUD脱胎于HUD,但与之不同的是镜像信息能准确地投射在真实的交通路况中。例如,导航时一个完美契合外景的箭头式影像在车辆前方转弯处的路面上指示行进路线。

AR-HUD通过内部特殊设计的光学系统将图像信息精确地结合于实际交通路况中,从而扩展/增强了驾驶者对于实际驾驶环境的感知。“AR-HUD会使车辆人机界面的质量得到决定性提升,信息出现在驾驶员凭直觉第一眼可以看到的地方,与行驶方向相同。因此,信息会更好地被驾驶员所接受。AR-HUD技术极有可能成为汽车人机界面(HMI)最具创新性的发展方向,同时也为无事故驾驶作出贡献。”大陆集团车身电子事业部HUD技术专家Pablo Richter博士表示。

“AR-HUD光学系统能够在驾驶员的视野区域合理地叠加显示驾驶员辅助系统的状态以及这些信息的含义,”Pablo Richter博士继续解释道,“为此,作为人机界面新成员的AR-HUD在试生产阶段就已与驾驶员辅助系统的环境传感器以及GPS数据、地图资料和驾驶动态数据建立密切的网络联系。”

大陆集团专注此项创新项目已有很长的历史。“在过去的110余年里,大陆集团一直致力于为驾驶员提供最好的信息。我们从车速表起步,现已发展成为各种车辆提供显示和操控的解决方案的领先开发商之一,”大陆集团车身电子事业部仪表与人机界面业务单元执行副总裁Eelco Spoelder先生说道,“今天的HUD技术就犹如1902年的涡流转速表,给予驾驶员最基础的帮助。对于新开发的AR-HUD尤其如此。”

“我们长期积累的HUD技术经验对AR-HUD的研发有很大帮助,”Eelco Spoelder先生解释道,“与此相比,在AR-Creator中建立增强效果则是全新领域。大陆集团将凭借增强技术再次彰显其在HUD技术领域中的主导地位。”控制器根据车载传感器的摄像头和雷达数据并考虑到车辆的动态值,同时借助GPS定位的数字地图数据,计算出驾驶员视角的真实外景模型,从而在正确视觉位置生成增强。

在演示车辆上,大陆集团首次示范使用了这项新技术的后期研发成果。所选车辆在前保险杠和后视镜上分别安装有雷达传感器和一个CMOS单摄像头。为AR-HUD应用所选择的高级驾驶员辅助系统(ADAS)包括车道偏离警示系统(LDW)、自适应巡航控制系统(ACC)和导航系统路线指示。

AR-HUD在现实情况显示基础上增加了图像提示,恰当地嵌入到驾驶员观察到的环境中。这就是增强的“纯提示”展示,即将图像提示与现实路况无缝准确地融合。然而,有些行车情况不必完全按照增强“纯提示”操作。如果汽车上配有eHorizon,则同样可以把比驾驶员视野更宽的环境信息映射到AR-HUD显示器上。例如,当汽车逐渐接近十字路口,后面的弯道上有“Stop”指示牌,就可以提前在行驶方向上把这些信息显示给驾驶员。“这不仅仅是一个安全问题。驾驶员在适当的时候松开油门,对节省油耗,保护环境也将起到一定的作用。”Pablo Richter博士说道。

AR-HUD在工作时,可以将虚拟提示信息直接移动到驾驶员视线中。在宽约为130cm和高于60cm的驾驶员视野截区内,AR-HUD可将全彩图像插入车辆前方7.5m的真实街景中。为此,这里也应用了数字微镜器件技术(DMD),此技术也应用在数字影像投影中(2.4m近投影面则用于显示状态信息)。与目前使用的TFT技术相比,该技术支持更高的放大倍数,因此图像尺寸可以更大。大陆集团预计最早在2016年将此投影技术应用在批量产品中。

据大陆集团车身电子事业部人机界面开发人员Stephan Cieler先生称,AR-HUD的大部分开发工作都是围绕虚拟提示的设计进行的。“经过无数次的设计研究和真人试验,我们在AR-HUD上也贯彻了‘少即是多’的座右铭。因此,最初设想在车道上铺一条透明的彩色地毯,很快就被放弃。我们希望只给驾驶员提供必要的、最少的图像提示,而不能遮挡住驾驶员的真实视野。”例如,作为导航辅助的折角箭头,可以选择将它们“平放”在车道上,以及换向时直立旋转到新的行驶方向,就像一个指示牌。这一设计的好处是即使在急转弯处也能为驾驶员提供虚拟提示。

针对演示车辆所采用的技术,大陆集团董事会成员与车身电子事业部负责人Helmut Matschi先生说道:“AR-HUD是在人机交互方面迈出的重要一步,能帮助人们更好地实现更舒适、更经济、更安全的驾驶。驾驶员可以在眼前轻松获取所有重要信息。防止驾驶员分心和感官疲劳是目前乃至未来的一个重要课题。

AR-HUD现已达到试生产开发的后期阶段。演示车辆一方面用于证明其可行性,另一方面为批量开发提供宝贵经验。大陆集团预计AR-HUD将于2017年达到批量生产水平。

与此同时,大陆集团还不断扩大其汽车中人机交互界面(HMI)可扩展抬头显示器(HUD)解决方案的范围,并通过发布集成型HUD,进一步扩大了HUD原理在狭窄空间里的应用。它与风窗玻璃型HUD密切相关,但只需要更小的安装空间。集成型HUD不是将信息显示在风窗玻璃上,而是使用一小块被称为“集成型屏幕”的透明塑料片作为反射屏幕。“把HUD技术的人体工程学优势最大限度地应用到汽车中,这对我们来说很重要。凭借集成型HUD我们可以为各类车辆提供易于集成的系统,特别是对于驾驶室空间有限的特殊运动型车辆。”Helmut Matschi先生说道。

集成型HUD也适合于紧凑型车型,因此能让这种人机交互界面新技术应用更广泛。目前风窗玻璃型HUD也开始作为选装装备应用于中高等配置的车系中,集成型HUD也可供更小体积的车型使用。大陆集团计划于2015年开始批量生产该集成型HUD。

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