智能座舱系列五：AR-HUD

编辑导读：在有关飞行的电影中，总是能看见很酷的一幕：飞行员从挡风玻璃上就能看见许多重要信息，从而做出判断。这种显示系统叫做HUD，现在也应用于汽车上。本文作者对此进行了分析，希望对你有帮助。

一、概念

HUD，即抬头显示（Head Up Display），又叫平视显示系统。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挡风玻璃上，让驾驶员尽量做到不低头、不转头就能看到。

这种显示系统，原是军用战斗机上的显示系统，飞行员不必低头，就能在挡风玻璃上看到所需的重要信息。

二、HUD产品演进

HUD应用在汽车上已经有十几年，对驾驶员也同样可以起到主动安全的作用，继而催生出最初的C-HUD、W-HUD，多见于高端车型。

AR-HUD 是AR增强现实技术和HUD抬头显示相结合的一种新型的车用HUD，与C-HUD和W-HUD最大的不同之处在于，AR-HUD拥有更大的视场角和更远的成像距离，而且可以直接将显示效果叠加到现实路面。未来两到三年，AR-HUD将会面临量产的爆发期，是未来智能座舱的重要组成部分。

三、AR-HUD的主要功能

我们整理AR-HUD的功能，可以理解为三大类：车况及导航系统内容、车生态服务信息、行人预警

1）车况及导航系统内容

主要作用是显示当前车况及行驶信息，道路识别以及导航引导

一般包含的功能：

如车辆状况，胎压监测、油量/电量、续航等；

如行驶状况，时速、转速/功率、能耗等；

如导航提示，转向、行驶里程、限速等。

2）车生态服务信息

主要作用是显示附近生活服务类的信息

一般会有：

餐饮、购物等基于LBS的消费引导；

加油/充电，停车、洗车等于车辆服务相关的引导。

3）行人预警

主要面向复杂环境下的行人监测和提醒，助力安全出行

比如在多路口的特殊路段、夜晚行车环境下，通过监测车辆前方的行人，在车内提醒和预警驾驶员，注意行人。

四、行业情况

各大厂商的AR HUD的量产时间集中在2020年~2021年  目前各大主机厂，包括国内品牌和国外品牌，都在与供应商共同研发AR HUD的量产方案，包括一汽、广汽、大众、宝马等厂商，且时间点均在2020年~2021年。可以说，最近两年年会是AR HUD爆发的时间。

五、AR-HUD技术原理

HUD的主要设计原理是离轴三反射镜光学系统。即图形显示器（PGU）产生图像——小反射镜（fold mirror）折转光路——大反射镜（rotable mirror）反射放大——风挡玻璃反射进入人眼成像。

AR-HUD则是将显示效果和内容叠加到现实路面，系统架构图及系统框图如下：

六、AR-HUD的开发难点

AR HUD理论上需要15米以上的成像距离，HUD的体积因为光路需求而大到一般车辆装不下。

AR-HUD的规格也有相关要求，比如：

够宽的FOV，可以cover车道线，因此越宽越好，目前标准的FOV为10°×5°；

够远的VID，虚像可以稳稳锁定对应的实物（10m以上最佳）；

需要搭配AR Creator来配合运作；

HUD的凹面镜和凸面镜之间需要足够的光路空间，才能满足FOV以及虚像VID的要求，因此HUD的体积达到15L；

除此之外，AR-HUD在落地过程中要注意以下问题：

1. 安装

AR HUD体积较大，散热结构设计复杂，要求高，且易与仪表板管梁和空调管路干涉，需要预留足够大空间进行布置;

AR HUD投影面积更大、距离更远，HUD自身曲面镜较大，目前开模资源较少，良品率较低，成本较高;

需要安装HUD的车中控、管道、仪表、除霜口需要经过专门的设计，以便于以上部件与HUD之间不发生干涉。

HUD不能安装在任意位置，首先必须满足驾驶者的视野，只能安装在驾驶员的正前方。

HUD的设计是基于整车的眼点、风挡玻璃、机舱盖、中控台等数据，因此与整车的设计是一个双方不断沟通、协调的过程。

2. AR-Creator需要实现的功能复杂

1）HUD显示与车道线 matching

在多车道的情况下，车辆在第几车道，会影响AR-HUD投影信息指示的正确性，故车辆本身须具备车道侦测的相关技术，提供目前在第几车道的信息，且侦测补正系统会有时间延时，因此必须加上提前预测算法。相关技术：影像识别

2）HUD显示与车头方向 matching

AR HUD显示的信息须避开前方车辆遮蔽，投影在路面上，故需侦测前方障碍物的位置，动态调整AR HUD显示的信息位置,且侦测补正系统会有时间延时，因此必须加上提前预测算法。相关技术：77Ghz毫米波雷达/影像识别。

3）HUD显示与前方障碍物标定 matching

AR-HUD虚拟图像与车外实景结合时，会因车主的坐姿差异产生视角的差异，故需侦测眼球位置，动态调整虚拟图像的投射角度变动。相关技术：DMS/影像识别

4）HUD显示与转弯路口 matching

HUD显示的转弯箭头要达到精准标定到实际道路的路口，有以下需求：

• 精密地图：提供路口精准的经纬度位置；

• 精准定位：提供车辆所在的精准经纬度与方向；

• 车头晃动补偿：HUD显示必须补偿车头上下晃动的偏差；

• 收集高精度地图与V2X及六轴向陀螺仪、影像识别、毫米波雷达、GPS等各类传感器，通过复杂数字演算，精确定位目前车辆的位置，精密度需要至10cm等级。

七、开发方式

基于以上，一般AR-HUD的开发为合作，主机厂基于域控制器平台，AR Creator只做软件，AR-HUD算法供应商提供库或可执行文件给主机厂集成到域控制器中。系统由AR-Creator算法及HUD-Projector显示光机组成。AR-Creator负责融合导航、ADAS、车辆信号等信息，进行图像渲染及虚实重叠后，把显示模型输出给光机，光机负责解码、显示。

PGU目前有TFT和DLP两种实现方案。二者在相同成像尺寸上，DLP方案在整体性能上，要优于TFT方案，同时价格也会更高。

当然，市场上还有Mini AR-HUD方案（折中成本）、AR-HUD激光方案（质量优先），主要差异在于体积、成像质量和费用成本。激光方案的成像质量最好，体积最小，但成本最高。各车企根据自身情况会有不同的选择偏向。

作者 @赛博七号

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