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传说中的AR 实景导航到底是什么?

AR实景的全称是Augmented Reality,直译过来就是扩增现实或增强现实。在2021年,AR导航成为汽车行业的一个热门配置。

AR背后的技术

一个完整的增强现实系统是由一组紧密联结、实时工作的硬件部件与相关的软件系统协同实现的,需要由三部分组成:

光学透视系统:

光学透视(opticalsee-throughHMD)中,排除了来自于摄像机的信息,真实场景的图像经过一定的减光处理后,直接进入人眼,虚拟通道的信息经投影反射后再进入人眼,两者以光学的方法进行合成。

视频透视系统:

视频透视式(Videosee-through)系统具有简单、分辨率高、没有视觉偏差等优点,但它同时也存在着定位精度要求高、延迟匹配难、视野相对较窄和价格高等不足。

Monitor-Based:

在基于计算机显示器的AR实现方案中,摄像机摄取的真实世界图像输入到计算机中,与计算机图形系统产生的虚拟景象合成,并输出到屏幕显示器,用户从屏幕上看到最终的增强场景图片。

基于monitor-based和视频透视式显示技术的AR,通过摄像机来获取真实场景的图像,在计算机中完成虚实图像的结合并输出。因为会存在一定的系统延迟,需要通过计算机进行修正。

基于光学透视系统显示技术的AR,真实场景的视频图像传送是实时的,不受计算机控制,因此不可能用控制视频显示速率的办法来补偿系统延迟

在非汽车领域AR的应用

其实在非汽车领域,AR导航产品出现的较早。百度地图手机端至少在2018年之前提供了ar导航功能。在步行导航时,通过手机相机即可看到全景路线和终点位置,方便用户辨别方向、在复杂路口做决策。

在步行导航过程中,用户不需要频繁的查看app界面,只需结合语音导航、真实街景即可轻松找到方向,顺利抵达目的地。步行导航与AR技术的连接,在起点、转向、目的地等场景中,步行结合AR第一视角进行POI导览、辅助决策、指引导航等服务,提高地图的读图效率。同时,用户可自由切换步行AR导航与普通导航两种模式,使用普通导航的用户只需点击页面右下角的缩略图,即可一键切换到AR导航模式。直接解决了在陌生城市(特别是我这种生在青岛不知道东南西北方位的人),寻找目的地的痛点。

而汽车上的AR导航,早就由一些品牌的行车记录仪提供了服务。工作原理是用手机连接记录仪的WIFI,然后在手机上打开与行车记录仪合作的导航APP,进行AR导航。在CARPLAY普及之后,可以把手机上的APP界面直接投影在中控屏幕上,进一步的完善了汽车上的AR导航。

所以说单纯的AR导航在技术上的门槛早已经被攻克。相对于技术进步的步伐,汽车驾驶人对于AR导航的应用却显得有些滞后。原因倒是很简单:老司机即使没有AR导航,凭借平台导航一样可以找到目的地;而新手司机根本在驾驶过程中面对复杂又陌生的路况本身就很吃力,再抽出精力去看中控屏就很不现实。

这种情况一直延续到AR导航以AR-HUD的模式出现。

AR-HUD(Augmented Reality- Head Up Display)翻译过来,就是增强现实的抬头显示功能。可以看做是AR由中控显示向智能座舱全系显示过渡中的一个产物。

2021款的奔驰S算是较早提供了AR-HUD功能的车型,将HUD功能和现实道路相结合,通过投射到前风挡上的引导箭头。系统可以对驾驶员行驶车道进行提示,并且还能识别出车辆和行人,极大提高行车的安全性。

之后大众集团以及红旗、长城、传祺、吉利等自主品牌,搭载AR-HUD的车型都纷纷上市。长城摩卡、吉利星越L等自主品牌搭载AR-HUD上市。自主品牌供应商也开始推出各自的产品。

很明显单纯的AR技术基本上已经被解决,相比之下AR与HUD的结合品——AR-HUD才是最为前沿的技术。技术的重点转移在HUD投射上 。

AR-HUD的投射原理

AR HUD是一个光学投影系统,其影像源部分是技术核心,并且占据了较大的硬件成本。这里所说的成像方式便说的是影像源成像的技术方案。

根据影像源的硬件与原理的不同,目前AR-HUD产品,主流的成像方式分为:TFT、DLP、LCOS、LBS几类方案。

TFT

TFT是TFT-LCD的简称,也是目前主流AR HUD厂商的技术路线。因为是开发时间较长的一个方案、技术上相对成熟,并且能控制成本,所以应用的厂家也比较多。原理是由LED发出光,透过液晶单元后将屏幕上的信息进行投射。

TFT作为相对老的技术,依旧有不足之处。在解决投影时阳光倒灌方面还需要进步,另外就是光效较低,亮度相对来说比较欠缺。使用代表产品WEY摩卡的时候,明显感觉到戴着有偏光功能的太阳镜会出现部分信息看不清楚的情况。

DLP

DLP即Digital Light Processing的缩写,采用的是德州仪器的DMD专利芯片。

DMD就是DigitalMicromirror Device,翻译为数字微型反射镜元件。DMD芯片是依靠众多的微反射镜控制光线的反射方向实现工作的,微反射镜的偏转角度越大,图像的对比度越高,偏转速度越快,图像的延迟越低。通过聚光透镜以及颜色滤波系统后,来自投影灯的光线被直接照射在DMD上。当镜片在开的位置上时,它们通过投影透镜将光反射到屏幕上形成一个数字的方形像素投影图像。

通俗一点说,就是DLP投影技术应用了数字微镜晶片(DMD)来作为主要关键处理元件以实现数字光学处理过程。

目前日本精机和国内的华阳、疆程、京龙睿信都能够提供DLP相关的解决方案。相对于TFT方案,DLP的效果更好。但是由于DMD核心掌握在德州仪器手中,供应商比较单一。并且因为之前是应用于液晶屏行业,所以成本上相对来说比较高。

LCOS

LCOS(Liquid Crystal on Silicon),即液晶附硅,也叫硅基液晶,是一种基于反射模式,尺寸非常小的矩阵液晶显示装置。这种矩阵采用CMOS技术在硅芯片上加工制作而成。属于反射式micro LCD投影技术,采用CMOS技术在硅芯片上加工制作而成。

LCOS的分辨率上限很高,可以到达4K或者8K的级别,体积更小适合于模块化布局。与DLP相比,供应商比较多,因此无论是在降低成本还是国产化趋势上,都更具前景。目前能够生产LOCS芯片的厂家有Ominivision、奇景光电、南京芯视元、Syndiant。

不过LCOS也和TFT一样属于光源是偏振光,这就意味着带着偏光镜使用会出现问题。另外,前面说了LCOS的上限高,但是下限也低。特别是使用LED为光源时,亮度达不到要求如果使用激光光源,那么急于目前车规级的厂商较少,成本必然增加。

LBS

LBS即Laser Beam Scanning缩写,也被叫做MEMS微激光投影。这种方案是将RGB三基色激光模组与微机电系统结合的投影显示技术方案。

与传统投影设备中的卤化物灯相比,激光是一种非常高效的光源。激光投影系统的机械部件很少,激光束可以通过镜面进行偏转,系统稳定性好。运行时间长达1万多个小时。各像素点激光的颜色及亮度受图像信号调制,在每个像素点上可产生1600万种颜色。图像具有极其鲜亮的色彩。激光管可关可开。特点是功耗小且图像对比度高。不过LBS目前产品的分辨率只能达到720P左右。打算LBS通过把光学引擎大幅度简化,体积优势明显,而且对比度和亮度在目前来说都是最高。因此,LBS的分辨率会随着时间慢慢提高,也许会成为未来最好的选项。

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