四、HUD發展狀态

  以當前技(jì)術(shù)狀态為(wèi)節點，HUD已曆經了(le)三次叠代過程，分(fēn)别為(wèi)組合式擡頭顯示（<★ ★Combiner HUD，C-HUD）、風(fēng)擋式擡頭顯示（Windshield HUD，W-HUD）以及正在到(dào)來(lái)的(de)增☆©÷強現(xiàn)實擡頭顯示（Augmented Reality HUD，AR-HUD）。

圖6 HUD類别

       HUD的(de)工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)可(kě)以簡單理(lǐ)解為(wèi) φ日(rì)常生(shēng)活中常見(jiàn)的(de)投影(yǐng)儀的($₩≤de)工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)，其中C-HUD是(shì)利用(yòng)在儀表台上(shàngγ→)方加裝的(de)半透明(míng)樹(shù)脂玻璃為(wèi)介質，将儀表上(shàng✘ε<¥)的(de)相(xiàng)關信息進行(xíng)反射以在樹(s∑ hù)脂玻璃上(shàng)呈現(xiàn)出虛像投影(yǐng)的(de<∏β)過程。由于此方式僅能(néng)對(duì)相(xiàng)關>®✘★內(nèi)容進行(xíng)簡單的(de)圖形和(hé)文∏Ω(wén)本的(de)顯示，且存在成像尺寸有(yǒu)限、效果不(bù)佳等缺陷，♥→♣​目前正在被逐步取代中。

圖7 C-HUD示意

      &nbs¶™×₽p;W-HUD取消了(le)C-HUD中應用(yòng)的(de)半透明(míng)‍σ樹(shù)脂玻璃，并通(tōng)過光(guāng)學反射原理(lǐ)将與駕駛相(x¶¶©φiàng)關的(de)信息投射到(dào)前擋風(fēng)玻璃上(shàng)，↔‌☆由此形成虛像。由于其成像區(qū)域不(bù)再限制(zh±≥←ì)于樹(shù)脂玻璃，因此該方案相(xiàng)對(duì)于C-HUD而言具有(yǒu)更大(dà)的(de)顯示區(qū)域，通(tōng)常該區(q≈∞ασū)域的(de)尺寸可(kě)輕松達到(dào)13英寸以上(shàng)，同時(shí)成像的(de)質量及視(shì↕↔≠→)野也(yě)要(yào)更優于C-HUD。

圖8 W-HUD示意

  不(bù)過由于車(chē)輛(liàng≥∞≤±)的(de)擋風(fēng)玻璃通(tōng)常為(φ♦←"wèi)曲面反射鏡，所以W-HUD在應用(yòng)中也(yě)須根據擋風(fēng)玻璃的(de)尺寸$ •和(hé)曲率去(qù)适配高(gāo)精度曲面反射鏡。目±£前依托于W-HUD在技(jì)術(shù)成熟度、成本、成像難度相(xiàng)對(duì)低(dī)、成像效果理($✘β lǐ)想等方面的(de)因素，其在車(chē)載HUD的(de)應用(yòng)中處于主流地(dì)位。

         AR- ♣<‍HUD是(shì)在W-HUD的(de)基礎上(shàng)通(tōng)過汽車(chē)智能(n↑"éng)化(huà)過程中所帶來(lái)的(de)攝像頭、雷達☆∑等感知(zhī)硬件(jiàn)并通(tōng)過數(shù)據、算(suàn)法再結合AR、高(gāo)精地(dì)圖等技(jì)術(shù)在毫秒(miǎo&≈←β)級别內(nèi)對(duì)所采集的(de)數(shù)據進行(xí☆☆®ng)建模，同時(shí)利用(yòng)車(chē)輛(liàng)前擋風(fēn​γ≈↓g)玻璃為(wèi)介質，于車(chē)輛(liàng ★γ)前方形成投射虛像，再通(tōng)過數(shù✔δ )據成像與現(xiàn)實事(shì)物(wù)的(de)精準拟合疊加，從(cóng)而實現(x ♣§iàn)數(shù)字信息與實景交通(tōng)的(de)€<深度融合效果的(de)技(jì)術(shù)手段。

圖9 AR-HUD示意

  在AR-HUD的(de)實現(xiàn)過程中，為(wèi)了(le)将數(shù)字成像與實αγ景進行(xíng)疊加同時(shí)又(yòu)不(bù)影(€★×yǐng)響駕駛員(yuán)的(de)視(shì)野，因此在成像上(shàngβ↑)要(yào)求至少(shǎo)于駕駛員(yuán)前方7.5m處形成投影(yǐng)虛像。由于此過程中VID（Virtual Image Distance，虛像距離(lí)）和(hé)FOV（Field of View，視(shì)場(chǎng)角）相(xiàng)對(duì)于W-HUD而言都(dōu)更大(dà)，因此AR-HUD所呈現(xiàn)的(de)虛像區(qū)域更廣。據測算(suàn)，此虛拟大(d‍←§αà)屏的(de)尺寸可(kě)達到(dào)90英寸以上(shàng)，在大(dà)尺寸虛拟屏的(de)加持之下(xià)，其所顯示的(de)內§₹σ→(nèi)容将不(bù)再局限于車(chē)速、電(diàn)量等常用‍♠∏→(yòng)信息，同時(shí)由于相(xiàng)關技(jì)術(shù)¶δ水(shuǐ)平的(de)提升，其所呈之像也(yě)更加清晰醒目。

圖10 AR-HUD成像距離(lí)示意

  在汽車(chē)智能(néng)化(huà)的(de)進一(yī)步推動之下(xiγ‌à)，AR-HUD方案結合了(le)AR、ADAS等技(jì)術(shù)對(duì)行(xí₩↔ng)車(chē)導航、車(chē)輛(liàng)周圍景物(wù)進行(xíng)增≠÷α強顯示，通(tōng)過預告路(lù)況、行(xíng)人(rén)等預警信息及時(shí)對(d♣↕<Ωuì)駕駛員(yuán)做(zuò)出提醒，以此來(lái)降低(dī)可(kě)能(néng₽δ)的(de)駕駛風(fēng)險。此技(jì)術(shù)在汽車(chē×λε®)智能(néng)化(huà)的(de)帶動之下(xià)，将成為(wèi)在未來(φ≥lái)對(duì)車(chē)載信息進行(xíng)顯示的(≥← ✔de)重要(yào)技(jì)術(shù)手段。不(bù)過由于該方案受到☆≥(dào)技(jì)術(shù)成熟度、成本、駕駛習(xí)慣等因素限制(zhì¥♦)，當前還(hái)處于市(shì)場(chǎng)探測的(de)小(xiǎo)規模量産過程。

五、AR-HUD技(jì)術(shù)狀态

  如(rú)上(shàng)所述，在W-HUD與AR-HUD的(de)應用(yòng)過程中，其成像介質都(dō→‍u)是(shì)具曲面反射鏡功能(néng)的(de)前擋風(fēng)玻璃→∑，其成像過程首先是(shì)通(tōng↑☆)過成像單元（Picture Generation Unit，PGU）輸出可(kě)視(shì)圖像，接著(zhe)經反射鏡将圖像投射‍↕到(dào)自(zì)由曲面鏡上(shàng)，再經自(zì)©‍±÷由曲面鏡将原圖像放(fàng)大(dà)，此過程需通(tōng)過适配擋風(fēng)玻璃© ×₩的(de)曲率以完成對(duì)圖像的(de)光(guāng)學畸變矯正，最後再将可(kě)正常顯示的(de)圖像投射到(dào)擋風(fēng)玻璃上(♥☆shàng)或前方，擋風(fēng)玻璃再通(tōng→£≈)過其反射鏡功能(néng)将圖像反射至人(rén)眼處，以±↓♣實現(xiàn)駕駛員(yuán)對(duì)信息的(de)可(kě)視(s'∞¶hì)化(huà)。

圖11 成像路(lù)徑

  在此成像過程中，PGU硬件(jiàn)成本占據了(le)AR-HUD主要(yào)BOM成本的(de)30%-50%。根據其成像技(jì)術(shù)的(de)不(bù)© 同，作(zuò)為(wèi)主要(yào)部件(jiàn)的(de)PGU在車(chē)載應用(yòng)中主要(yào)有(yǒu)TFT-LCD（薄膜晶體(tǐ)）、DLP（Digital Light Processing，數(shù)字光(guāng)處理(lǐ)）、LCoS（Liquid Crystal on Silicon，矽基液晶）和(hé)LBS（Laser Beam Scanning，激光(guāng)掃描）四類技(jì)術(shù)方案。

圖12 AR-HUD主要(yào)BOM

  其中，TFT顯示技(jì)術(shù)是(shì)使用(♦✘↕÷yòng)液晶顯示面闆來(lái)創建HUD圖像，該技(jì)術(shù)是(shì)目前最常見(jiàn)且應用(δ‌≥↑yòng)最為(wèi)廣泛的(de)方案，具有(yβ♠ǒu)技(jì)術(shù)成熟度高(gāo)、成本低(dī)φ¥≈ 、使用(yòng)壽命長(cháng)等♦&★∏優點，但(dàn)同時(shí)也(yě)存在清晰度有(yǒu)限、亮(liàng)γ÷Ω♥度對(duì)比度一(yī)般等問(wènα‍)題，不(bù)過鑒于其在成本方面的(de)優勢以及當 ™↑§前AR-HUD市(shì)場(chǎng)規模尚小(xλ≤iǎo)的(de)原因，該方案在AR-HUD的(de)應用(yòng)中處于主流地(dì)位。

      DLP的(de)核心技(jì)術(shù)是(shì)通(tōng)過數Ω♦≠£(shù)字微(wēi)鏡芯片DMD（Digital Micro-mirror D"λ evice）和(hé)微(wēi)鏡片來(lái)生(shēng)成HUD圖像。其過程是(shì)通(tōng)過DMD和(hé)聚集在其CMOS上(shàng)并利用(yòng)微(wēi)型鉸鏈所連接的(✔'βde)上(shàng)百萬個(gè)微(λ ✔πwēi)鏡片所形成的(de)微(wēi)系統，并以信≥‌号驅動微(wēi)鏡片在-12°和(hé)+12°之間(jiān)運動，通(tōng)過其運動所導緻的(de)角度變化(huà®∑)來(lái)改變光(guāng)線的(de)反射角來(lái)控制(zh≠δ©ì)圖像像素的(de)顯示效果，進而實現(xiàn)α≈對(duì)成像的(de)控制(zhì)。該方案相(xi'•♦àng)對(duì)于TFT方案在亮(liàng)度、對(duì)比度等方面都(dōu) λ 更好(hǎo)，整體(tǐ)成像顯示效果更佳，但(dàn)由于受到(dào)專利的(↓βσ€de)限制(zhì)，此方案成本要(yào)高(gāo)于TFT。

  為(wèi)規避DLP方案的(de)專利限制(zhì)，部分(fēn)科(kē‍≤)技(jì)企業(yè)基于TFT-LCD方案的(de)圖像調制(zhì)原理(lǐ)，通(tōng)過采用(yòn♣¶$g)單晶矽基闆上(shàng)的(de)CMOS點陣取代多(duō)晶矽TFT點陣以形成新型的(de)反射式投影(yǐng)技(jì)"≥§"術(shù)LCoS。該方案在繼承了(le)TFT-LCD優點同時(shí)進一(yī)步克服了(le)TFT-LCD在對(duì)比度、亮(liàng)度等方面的(de)許γ₽♣♥多(duō)不(bù)足之處，其在成像效果上(shàng)相(xiàng)較于TFT-LCD方案更好(hǎo)，但(dàn)由于新技(jì)₽≤®☆術(shù)的(de)發展需要(yào)時(shí)間(jiān)沉澱，目前"±✘§其在技(jì)術(shù)成熟度及成本方面尚不(bù)>ε ♦如(rú)意。此方案已實現(xiàn)裝車(ch♣↕₽πē)的(de)有(yǒu)如(rú)華為(wèi)推出的(de)$α搭載于飛(fēi)凡R7上(shàng)的(de)AR-HUD，于該車(chē)型上(shàng)其成像分(fēn)辨率可(kě)達1920*730像素。

圖13 搭載LCoS的(de)AR-HUD方案

       Lσ↕λBS顯示技(jì)術(shù)是(shì)通(tōng)過将RGB三原色激光(guāng)模組與微(wēi)機(jīσ♥φ÷)電(diàn)系統（Micro-Electro-Mechanical-Systems，MEMS）進行(xíng)結合的(de)投影(yǐng)技(jì)術(shù)，此方←€'★案的(de)硬件(jiàn)結構包括三色激光(guāng)模組γ÷₩、MEMS振鏡和(hé)濾光(guāng)片，具有(yǒu)結構簡單，體(tǐ)積小(xiǎo)的(de)≠₩♦特性，同時(shí)由于其結構特性，該方案在成本上(shàng)也(yě)相(xiàng)對(du₩γΩ​ì)較低(dī)。LBS的(de)成像過程是(shì)通(tōng)過RGB三原色的(de)組合進行(xíng)實現(xiàn)，其具有(yǒu)成像對(duì)比‌ε₽度高(gāo)、色域廣等特點，但(dàn)由于激光(guāng)二極管中的(de)紅(hóng)色激光(guāng)器(qì)對(duì)溫度♣¥☆‌較為(wèi)敏感，因此其在實現(xiàn)車(ch₹∑≠₩ē)規級的(de)應用(yòng)上(shàng)具有(yǒu)相(xiàng)當的(de)¥"‍難度，且該技(jì)術(shù)目前在成像分(fēn)辨率上(shàng)僅≈✔>能(néng)達到(dào)約1280*720像素的(de)水(shuǐ)平，略低(dī)于LCoS，同時(shí)該方案在某些(xiē)場(chǎng)景中還(hái)存在散 ¶↑‌斑等問(wèn)題。基于技(jì)術(shσ←ù)及成本的(de)種種因素，應用(yòng)此方案實現(xiàn>₽ )整車(chē)量産的(de)目前還(hái)未有(yǒu)正式上(shàng)市(shì)α"♦。

圖14 LBS方案成像與其他(tā)方案對(duì)比

  對(duì)比已量産的(d&&e)三種方案，對(duì)其簡單總結如(rú)下(xià)：

表1 不(bù)同方案AR-HUD對(duì)比

六、總結

  在未來(lái)多(duō)場(ch ↕×ǎng)景融合的(de)車(chē)載應用(yòng)中，用(yòng)戶對☆ (duì)于數(shù)字顯示的(de)要(yào)求将會πδ→(huì)越來(lái)越高(gāo)，而TFT-LCD顯示技(jì)術(shù)受限于技(jì)術(shù)及成像效果的(de)原因，其市(shì)場(&∑chǎng)占有(yǒu)率或會(huì)被具有(yǒu)更好(hǎo)成像↕÷×‍效果的(de)其他(tā)技(jì)術(shù)所侵蝕。而在LCoS技(jì)術(shù)成熟度達到(dào)穩定後，其成本或将進一(y>∏ī)步得(de)到(dào)優化(huà)，在此競争過程中‍♦，限制(zhì)于DLP專利壁壘導緻的(de)高(gāo)成本，LCoS的(de)市(shì)占率或會(huì)進一(yī)步得Ω↔β¥(de)到(dào)提升。

  随著(zhe)智能(néng)化(huà)的(de)推動，基于場(chǎn∑<αg)景化(huà)的(de)元素将會(huì)越來(lái)越多(duō)地(dì)★±♥β在HUD中得(de)以顯示，在此虛實融合的(de)應用(yòng)中，伴随著(zhe)成像技(jì±☆)術(shù)的(de)進步，LBS依托于成像效果以及成本優勢或将在AR-HUD中占據一(yī)席之地(dì)。

轉自(zì)覺知(zhī)汽車(chē)