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。

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。       

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。

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。

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

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

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。

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。

       

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。

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