一、 HUD技术起源

抬头显示系统HUD（Head-up display）是一项从反射器瞄准器中演变而来的技术，二战前用在枪械瞄具和战斗机瞄具上。二战之后，HUD技术开始逐步应用到战斗机上，可将速度、高度、雷达信息、瞄准器等显示在战斗机的座舱罩或透明板上，飞行员不必低头，即可看到所需要的重要信息。

到了现代，战斗机上的HUD逐渐被头盔式显示器（HMDS）取代，包括美军的F35和我军的J20都已应用HMDS。

图 1  战斗机及汽车上的HUD

到了上世纪八十年代，通用汽车收购了航天和国防制造公司Hughes Aircraft，之后HUD技术开始在汽车上出现。1988年，通用汽车在Oldsmobile Cutlass Supreme Indy 500 Pace Car上应用了HUD，是世界上首款采用HUD技术的汽车。最初的汽车HUD系统显示的信息有限并且颜色单一。

自此之后，HUD系统开始逐渐装备在跑车和高档轿车中，且其技术开始朝着信息化、数字化的方向发展：

• 1991年，丰田在皇冠Majesta上搭载了HUD；

• 1997年，通用在其车型“Corvette”第五代车型上首次搭载了彩色显示HUD；

• 2003年，宝马成为了欧洲第一家使用HUD技术的汽车公司，奔驰、奥迪也随后开始使用HUD技术。

在HUD技术发展的前期阶段，因为显示效果差、成本高，一直没有得到广泛应用，甚至被认为是鸡肋。直到2020年，奔驰S级发布AR-HUD（增强现实型抬头显示系统），HUD再次得到广泛关注。在奔驰的AR-HUD系统上，AR（增强现实）技术令导航信息与实际路面信息叠加，导航信息的显示更为直接且易于理解。且AR-HUD结合ADAS功能，可以实时进行道路危险警示和预告路况，提升驾驶安全性。

图 2  奔驰S AR-HUD

二、 HUD技术的意义

1. 提升驾驶安全性

正常驾驶时，人眼需要在道路和仪表之间来回切换，容易导致视觉疲劳和注意力分散。一项美国的研究表明，假设车辆行驶速度是120km/h，如果驾驶者的视线偏离路面2秒以上，车辆会行驶超过65m的距离。

HUD技术的最大意义就是可以让驾驶者不用将视线从路面上挪开就能获取大量的信息：驾驶员查看HUD上的信息，需要低头5°~10°，而查看组合仪表需要低头20°~25°。

图 3  HUD解决低头看仪表痛点

2. 提升人机交互体验

除了提升驾驶安全性外，HUD技术还可进一步提升人机交互体验。一方面，HUD可让车况、智能驾驶等信息的显示更为高效；另一方面，HUD还可大幅增强导航的显示效果，使二维导航迈向实景导航。

图 4  AR-HUD实景导航

随着人们对驾驶安全意识的不断增强，科学技术的不断发展，HUD系统会不断普及到中低档汽车中，让普通人也能享受到科技带来的安全享受。

三、 HUD的分类

汽车HUD主要有三种类型：组合型抬头显示系统C-HUD（Combiner-HUD）、风挡型抬头显示W-HUD（Windshield-HUD）和增强现实型抬头显示系统AR-HUD（Augmented Reality HUD）。

1. C-HUD

C-HUD更多应用在后装市场，其会在汽车仪表上方、仪表板顶部加装一个半透明树脂板，再将该树脂板作为投影介质反射出虚像。该树脂板通常会根据成像条件进行特殊处理，例如做成楔形来避免反射重影，提升显示效果。

图 5  C-HUD

相较W-HUD和AR-HUD，C-HUD成本较低，但具有以下三方面劣势：

• 成像区域小，显示内容有限；

• 成像距离近，成像高度较低；

• 布置位置处于驾驶员前方的仪表板上，在车辆碰撞时可能会对驾驶员产生二次伤害。

2. W-HUD

W-HUD用于前装，目前有多条技术路线：基于曲面反射镜放大成像、基于全息光学元件（HOE）放大成像和基于全息光波导（Waveguide）放大成像。目前HOE和Waveguide技术尚未成熟，主要应用的为基于曲面反射镜放大成像技术。

 图 6  W-HUD

W-HUD使用前挡风玻璃作为成像介质来反射成像，可以支持更大的成像区域和更远的投影距离。W-HUD的劣势在于，挡风玻璃通常为曲面反射镜，W-HUD必须根据挡风玻璃的尺寸和曲率去适配高精度曲面反射镜，导致成本相对较高。

3. AR-HUD

AR-HUD和W-HUD一样使用前挡风玻璃作为成像介质来反射成像，但AR-HUD成像区域更大、投射距离更远、成像也更为生动。

AR-HUD需要通过智能驾驶的传感器（摄像头、雷达等）对前方的路况进行解析建模，以得到对象的位置、距离、大小等要素，再把HUD显示的信息精准地投影到对应的位置。AR-HUD可将投射信息与交通环境进行高度融合，例如行驶过程中的车道线贴合、前方障碍物/危险物贴合、车道偏离预警与车道线贴合等。

 图 7  AR-HUD

AR-HUD整体显示效果出众，是智能驾驶和智能座舱解决方案的重要组成部分。

虽然AR-HUD各方面性能都是最佳，但是体积最大，在整车上布置较为困难。同时目前AR-HUD技术还不够成熟，显示效果仍需提升。