一文熟悉火热的AR HUD
发布时间：2021-08-23
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。 长城WEY 摩卡AR HUD 一、 什么是AR HUD？AR HUD即AR技术与抬头显示的结合体。
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。
一、 什么是AR HUD？
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。早在80年代便出现在一些概念车上，由于HUD技术起源于战斗机，自带科技光环，车载HUD的出现令大家惊艳不止。
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。
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。
从技术上讲，AR HUD是HUD发展的新里程，多年的技术积累带来了使用上的新体验；从应用上讲，AR HUD是展现智能汽车智能化程度的重要配置之一。随着HUD技术的发展，能以图像将虚拟信息与道路实景结合的增强现实型AR HUD，
也已在奔驰、奥迪、大众、长城等相关车型上实现量产
，市场反响强烈。
早期的HUD色彩单一，显示界面简单，市场一直不瘟不火。虽然后续随着技术的创新，HUD显示画面及色彩开始丰富，但实用性有限，只有奔驰、宝马、奥迪等豪华车才会配备。
直到近些年，随着创新光学技术AR（增强现实）的兴起，HUD厂商开始将AR技术整合进来，从而实现HUD虚像与道路实景结合的效果，大大提升HUD的科技感与实用性，HUD开始逐渐被汽车行业所重视起来。直到奔驰全新S级（W223）宣布量产ARHUD，HUD市场正式被引爆。
随着AR技术引入，HUD实用性的提高从而获得消费者认可，当然也有可能是近些年的不断宣传，HUD开始被众人所熟知。不管怎么说，AR HUD量产后，市场快速攀升。
三、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。
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。
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。
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
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
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。
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。
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。
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。
四、AR HUD应用优势
AR HUD量产后，为什么会带来HUD的快速增长？小编认为有以下三点：
1、ARHUD增强现实效果，更好地解决安全隐患
根据行业内人士普遍观点，AR HUD如果商用，需要至少7.5米的虚像距离（VID）：人在开车的时候，视点是落在车辆前方一定的距离，如果小于这个距离，驾驶员也还是存在视线移动。
而传统的W HUD虚像距离基本上在2.5m左右，需要调整视线来查看HUD上的具体数据，还是存在一定的安全隐患。根据设想，HUD厂商的最终目标是将AR HUD的VID实现无穷远的效果。
2、ARHUD带来创新人车交互HMI
随着语音识别、人脸识别等技术的快速发展，人车交互的方式也将不断升级。传统的人车交互方式为驾驶员通过点击或滑动中控和仪表屏幕来输入信号，而随着只能座舱的快速发展，通过声音、手势等方式进行情感式人车交互将成为新趋势。在此背景下，以前风挡为显示界面的AR-HUD则有望凭借更大的显示尺寸以及更优的沉浸式体验效果，逐步替代中控及仪表，成为人车交互的新窗口。
AR HUD需要整合摄像头、毫米波雷达、高精度地图等车辆获取的信息，继而在车窗之上实现箭头导航、卡通人像指引，对事物（车或人）进行标记。在新的人车交互方式下，AR-HUD有望成为汽车新的流量入口，重塑智能座舱硬件生态。
3、AR HUD将成为现阶段智能汽车重要卖点之一
当下汽车行业最热门的是什么？智能网联汽车。自去年下半年开始，资本市场开始不断加码智能汽车，新老造车势力抢滩布局。不仅仅是蔚来、理想、小鹏等新势力，传统车企中如长城、上汽智己汽车、北汽极狐、东风岚图等都在争相发布自己的智能化车型。
AR HUD酷炫的显示效果为消费者带来了直观的科技体验， 将导航、ADAS等信息精确地结合在实时交通路况中，将车速、转速等信息投影到前挡风玻璃上，结合眼球追踪，实时感知瞳孔和凝视位置，为驾驶员提供更精确的定位信息。与智能汽车概念可以说是十分契合，同时还是智能汽车的一大卖点。
智能汽车当前仍处于发展初期，智能化产品整体成本较高，因而智能汽车的品牌往往定位于高端领域，平均售价均在30万以上。因此，虽然现阶段的AR HUD还不够成熟，成本偏高，但智能汽车对此却不会太敏感。
简单来说就是技术积累带来了优秀产品，与恰当时间节点的融合，促使AR HUD在现阶段的爆发式增长。据国内调研机构高工数据，今年1-5月国内新车前装标配搭载HUD上险量为41.45万辆，同比增长118.96%，其中，W-HUD占比达到91.41%。据预测：今年AR-HUD搭载量有望突破1.5万辆，到2023年AR-HUD占全部HUD前装搭载量的比重有机会上升至20%。
虽然行业目前向好，但就AR HUD自身来说还有很多问题需要突破，比如说由于高放大倍数带来的严重阳光倒灌问题、体积过大、图像畸变等。不同HUD厂商会基于各自的投影方案，利用多年的研发经验来减轻相关不良影响，也有部分厂商会尝试采用新技术如LCOS方案、衍射光波导等。
文章部分内容参考来源：知乎@史高玻，联创汽车电子，智能汽车俱乐部等。
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