如今，智能座艙技術已經(jīng)卷出了新的高度。過去幾年，車載顯示作為人機交互信息顯示窗口，不僅出現(xiàn)了多屏化、大屏化、聯(lián)屏化，而且更在汽車擋風玻璃上玩出“新花樣”。在2023上海國際車展上，AR-HUD(增強現(xiàn)實抬頭顯示)更是成為智能座艙顯示技術的熱點。

當前，車載顯示的技術創(chuàng)新從娛樂性和功能性兩個層面齊頭并進，而AR-HUD已經(jīng)成為滿足智能座艙功能帶來的復雜信息顯示需求的重要技術?？梢灶A見，未來智能座艙的信息顯示將帶給人們多樣化、人性化、功能化等體驗，以AR-HUD為代表的創(chuàng)新性顯示技術也將加速應用落地。

什么是AR-HUD?

AR HUD即AR技術與抬頭顯示的結合體，是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術。據(jù)悉，美國海軍A-5艦載攻擊機最早搭載了HUD系統(tǒng)，其設計初衷是為了讓戰(zhàn)斗機駕駛?cè)丝梢愿玫暮饬康仄骄€及瞄準，幫助海軍具備戰(zhàn)術核打擊能力。上世紀80年代初期，HUD最早出現(xiàn)在概念級的轎車上，但當時的HUD功能只能顯示時速。

然而，HUD技術一直在不斷改進中，功能越來越多，實用性也大幅提高。隨著汽車進入智能化時代，自然合理的人車交互需求越來越高，AR-HUD成為人與車機交互的重要技術載體之一。

不過，AR-HUD技術更為復雜，但體驗性更好，其在HUD的基礎上，進一步將虛擬的圖像和信息疊加到現(xiàn)實的路面上，形成虛實融合的效果。從技術原理來看，AR-HUD的成像原理其實和傳統(tǒng)的HUD是基本一致的，都是利用離軸三反射鏡光學系統(tǒng)，就是通過圖形顯示器(PGU)產(chǎn)生圖像——利用小反射鏡(fold mirror)折轉(zhuǎn)光路——再通過大反射鏡(rotable mirror)反射放大——最終在擋風擋玻璃上反射進入人眼成像。

但相較于傳統(tǒng)HUD僅對簡單信息進行映射，AR-HUD的先進之處就在于，還需要一個AR-Creator算法模塊，可以融合導航、ADAS、車輛信號等信息，進行圖像渲染及虛實重疊后，把顯示模型輸出給光機，最終形成在擋風玻璃上看到的增強現(xiàn)實的效果。

具體來說，相對傳統(tǒng)HUD，AR HUD主要優(yōu)勢在于：一是顯示技術。傳統(tǒng)HUD通常在透明屏幕或合并器上顯示信息，并將信息反射到用戶的視線中，其顯示的信息似乎懸浮在用戶面前。而AR HUD使用更先進的顯示技術，結合增強現(xiàn)實元素。AR HUD通常使用透明屏幕、投影儀和光學元件的組合，將數(shù)字信息疊加到真實環(huán)境中。

二是信息疊加。雖然HUD和AR HUD都提供疊加在用戶視野中的信息，但所顯示的信息性質(zhì)不同。傳統(tǒng)HUD通常顯示限于基本數(shù)據(jù)，如速度、導航指示或車輛狀態(tài)等。而AR HUD可以提供更動態(tài)、與上下文相關的數(shù)字信息，如實時物體識別、車道引導或與用戶環(huán)境無縫融合的交互元素。

三是可視化技術。傳統(tǒng)HUD通常使用簡單的圖形或字母字符顯示信息，色彩和圖形能力有限。而AR HUD可以利用增強現(xiàn)實所支持的先進可視化技術，顯示三維物體、動畫圖形，甚至虛擬物體，使其與真實環(huán)境融為一體。

四是沉浸和交互。與傳統(tǒng)HUD相比，AR HUD提供更沉浸和交互的體驗，可以追蹤用戶的注視點，并根據(jù)用戶的焦點或上下文調(diào)整顯示的信息。AR HUD還可以支持手勢識別或語音命令，使用戶能夠以更自然、直觀的方式與顯示的信息進行交互。

五是復雜性和成本。由于先進的技術和額外的功能，AR HUD的開發(fā)和制造通常比傳統(tǒng)HUD更復雜和昂貴。AR HUD需要復雜的光學系統(tǒng)、圖像處理算法和傳感器集成，以實現(xiàn)增強現(xiàn)實體驗。

因此，在AR HUD技術支持下，用戶可以獲取更多數(shù)據(jù)信息，比如車輛的位置、方向、速度、路況等，不僅能提升駕駛安全性，而且大大增強了駕駛員的感知和交互能力。

AR HUD技術挑戰(zhàn)

盡管AR HUD具有很好的體驗優(yōu)勢，但其普及應用還有諸多技術挑戰(zhàn)。其中，最大的技術難點在于成像PGU(光機部分)技術還有待提高，造成AR HUD應用成本過高。

從結構來看，AR-HUD主要為反射型結構和全息型結構。其中，在反射型結構上，成像PGU 是AR-HUD的核心要素，主要有TFT-LCD、DLP、LCOS 和LBS(MEMS)四種方案。

對比來看，TFT-LCD方案成熟，成本相對較低，但是光效低，亮度欠佳，并且會有陽光倒灌;DLP是TI專利產(chǎn)品，成本較高;LCOS光效較低，亮度有待提高;LBS分辨率不高，激光器對溫度敏感。

在全息型結構上，DLP激光投影是核心部件，主要方案為DLP激光投影+光波導或者DLP激光投影+全息薄膜。

對比兩種結構，反射型結構是主流方案，但是HUD體積普遍很大。全息型結構體積小，但是全息波導技術還不成熟。

除了PGU技術難題之外，AR-HUD還需要滿足光學、軟件、硬件結構等技術性能要求。

其中，在光學上，F(xiàn)OV(視場角)過小，影像只能呈現(xiàn)在駕駛者視線范圍中的一小部分。FOV反應了我們看到的AR-HUD圖像大小，AR-HUD的水平FOV至少需要達到10°以上。在保證成像距離、大小的同時，要擴大FOV，以實現(xiàn)覆蓋多車道顯示，這對功耗控制與光學設計有著很高的技術要求。

在不同的外部光線、天候等影響下，HUD影像的亮度是實現(xiàn)較佳的影像品質(zhì)與視覺效果重要性能指標。比如，白天汽車前方的環(huán)境光往往非常強，特別是在陽光直射的時候。為了保證AR HUD的顯示效果，就必須保證本身的亮度。目前業(yè)界的要求HUD最大亮度在12000cd/m2以上。在具體的行駛過程中，HUD的亮度還需要隨著環(huán)境光的變化而變化，以保證最佳顯示效果。

在軟件層面，需要兼容各種數(shù)據(jù)/平臺，進行實時矯正，確保AR的圖形和真實路況相匹配;具備支持低延遲、二次開發(fā)能力以此支持不同HMI和應用。

在硬件結構層面，需要降低HUD的系統(tǒng)整體體積，比如TFT-LCD/DLP等模組，加上需求較大的FOV，都會讓HUD系統(tǒng)的體積越來越大，勢必會影響到車內(nèi)空間設計。

另外，還需解決重影、畸變矯正、散熱、光斑、前方道路融合、眼盒&駕駛員視線追蹤、降低成本等問題。比如，AR HUD散熱問題，其主要來源兩個方面：一是由于AR HUD需要具備高亮度，光源發(fā)熱量大;二是陽光倒灌問題，由于光路的可逆性，自然界中的光線會沿著投影光路而集中到PGU中。過高的熱量會對PGU的光電元件造成嚴重損傷。因此散熱是一個重要的問題。

消除光斑也是AR-HUD不得不解決的問題。光線傳播的雙向性會導致外界的陽光進入HUD內(nèi)部，而部分外部光線經(jīng)過HUD內(nèi)部反射器件的反射之后，就可能進入駕駛員的眼睛，從而產(chǎn)生所謂的“光斑”， 可能導致駕駛員無法看清前方的局部路況的情況，帶來駕駛安全隱患。

因此，AR-HUD能否普及上車，除了要解決以上技術難題之外，還需降低應用成本。

AR HUD已成風口

實際上，AR-HUD很早就在汽車上得到應用，特別是在一些概念車型上。2020年，奔馳推出全球首個AR-HUD產(chǎn)品，可以將車道、預警等駕駛信息以與環(huán)境融合方式直觀呈現(xiàn)給駕駛用戶。

2022年以來，長城摩卡、吉利星越L、大眾ID.4、廣汽傳祺GS8、北汽魔方、飛凡R7等越來越多配備AR-HUD的量產(chǎn)車型先后亮相，大尺寸、更高清的AR-HUD成為了主流趨勢。

在近期上海國際車展上，華為、銳思華創(chuàng)、疆程、業(yè)成光電等均發(fā)布了AR-HUD產(chǎn)品。其中，華為展示了HUAWEI xHUD AR-HUD增強現(xiàn)實抬頭顯示方案。該方案將前擋風玻璃化身為集科技感、安全性、娛樂性于一體的智能信息“第一屏”，不僅可以替代儀表，更能超越儀表，持續(xù)打造更多創(chuàng)新應用，如智駕可視、車道級導航、倒車影像、數(shù)字精靈、巨幕觀影等。

華為AR-HUD還是行業(yè)首個2K車規(guī)級自研的光學成像模組，最大FOV(視場角)為13°*5°，界面范圍更廣;分辨率達到1920×730;最高亮度可達12000nits;1200:1高對比度;7.5m可達70英寸、10m可達到96英寸影院級巨幕觀影畫幅。

銳思華創(chuàng)發(fā)布了全球首個以LBS為光源的AR-HUD，并推出其全新顯示技術——應用于AR-HUD等多種顯示方案的多層光波導3D?PGU。PGU的特點是支持裸眼3D顯示，在擋風玻璃前可呈現(xiàn)更立體的懸浮3D效果。

作為車廠，寶馬也用概念車Dee展示了其全景視域橋技術，并宣布將在2025年實現(xiàn)量產(chǎn)。據(jù)悉，該技術能夠?qū)⑿畔⑼队暗綋躏L玻璃下緣的深色涂層區(qū)域，在保證出色的清晰度和色彩表現(xiàn)的同時，讓乘客能看到覆蓋擋風玻璃整個寬度的信息。

可以說，從應用體驗來看，AR-HUD將有潛力成為未來的重要人機交互方式之一。

未來，AR-HUD也將與ADAS高度融合，比如，跟車距離預警、壓線預警、紅綠燈監(jiān)測、提前變道、行人預警、路標顯示、車道偏離、前方障礙物、駕駛員狀態(tài)監(jiān)測等等。同時，通過顏色的變化來提醒駕駛員安全度。同時，AR-HUD還將整合更多新應用場景，結合當前位置、地圖和場景AI等來為駕駛員提供路過景區(qū)、商場、餐廳等信息，實現(xiàn)車與道路環(huán)境的互聯(lián)。

綜上，從另外一個層面可以理解，隨著技術不斷成熟與上車應用，AR-HUD正慢慢打開汽車元宇宙之門。?????????????