未來(lái)兩到三年，AR-HUD將會(huì)面臨量產(chǎn)的爆發(fā)期

HUD從一開(kāi)始并不是為汽車而生的，它是一種飛行輔助器用來(lái)增強(qiáng)飛行安全，讓飛行員不用低頭就能看到他需要的信息。

后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)HUD如果應(yīng)用在汽車上，對(duì)駕駛員也同樣可以起到主動(dòng)安全的作用，繼而催生出最初的C-HUD、W-HUD和現(xiàn)在的AR-HUD。

AR-HUD是AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)和HUD抬頭顯示相結(jié)合的一種新型的車用HUD，與C-HUD和W-HUD最大的不同之處在于，AR-HUD擁有更大的視場(chǎng)角和更遠(yuǎn)的成像距離，而這兩點(diǎn)也正好是影響用戶體驗(yàn)的關(guān)鍵因素。

此外，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以直接將顯示效果疊加到現(xiàn)實(shí)路面。無(wú)論是從產(chǎn)品本身的特性還是功能，AR-HUD都是前兩者的集大成者并且對(duì)其部分重要環(huán)節(jié)進(jìn)行放大和優(yōu)化，同時(shí)這也預(yù)示了未來(lái)HUD發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。

AR-HUD看似風(fēng)頭正火，但受制于技術(shù)、市場(chǎng)、用戶體驗(yàn)等多方面的原因，事實(shí)上產(chǎn)品落地遠(yuǎn)不及想的那么容易。

對(duì)于用戶而言，決定會(huì)不會(huì)使用AR-HUD主要取決于它能帶給自己的體驗(yàn)效果有多好，這直接影響到廠商是否可以將產(chǎn)品大規(guī)模推向市場(chǎng)。做出一臺(tái)讓用戶滿意的AR-HUD，需要綜合考量多方面的因素，在這其中視場(chǎng)角、成像距離、光路設(shè)計(jì)等成為重中之重。

更大的視場(chǎng)角和更遠(yuǎn)的成像距離

視場(chǎng)角的大小決定了光學(xué)儀器的視場(chǎng)范圍，視場(chǎng)角越大，視野就越大。傳統(tǒng)的W-HUD的視場(chǎng)角一般在5°-6°，而AR-HUD的視場(chǎng)角則都大于等于10°。

從理論上來(lái)講，廠商都希望把視場(chǎng)角做的稍大一些，但真正去落實(shí)的時(shí)候，卻受到了諸多限制。最明顯的問(wèn)題就是體積該如何控制？

視場(chǎng)角越大意味著需要足夠大的反射板和光路設(shè)計(jì)，這也是造成AR-HUD體積居高不下的主要原因，汽車需要有足夠的空間裝得下這個(gè)設(shè)備，尤其是對(duì)于前裝AR-HUD顯得更為重要。

大陸集團(tuán)在2014年研發(fā)的AR-HUD或許可以給我們一些啟發(fā)，它有兩個(gè)不同的視場(chǎng)角和成像面，稱為近投影或狀態(tài)投影面，和遠(yuǎn)投影或增強(qiáng)投影面。

近投影的視場(chǎng)角為5°X1°，成像距離為2.4米，主要顯示駕駛員所選擇的狀態(tài)信息， 如速度、限速以及一些ADAS功能，而遠(yuǎn)投影的的視場(chǎng)角為10°X4.8°，成像距離可以達(dá)到7.5米，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的標(biāo)識(shí)會(huì)直接顯示在路面上，該款A(yù)R-HUD的體積達(dá)13升。

成像距離是影響AR-HUD體驗(yàn)效果的另一個(gè)重要因素，同樣，它和體積也有緊密的關(guān)系。疆程科技在高工智能汽車開(kāi)發(fā)者大會(huì)上提到，當(dāng)AR-HUD的成像距離超過(guò)20米，體積達(dá)到了9L，如果是在7-10米的范圍，體積可以控制在7L左右。

所以如何在提高視場(chǎng)角和成像距離的基礎(chǔ)上又能將體積控制在較小的范圍，成為考驗(yàn)廠商研發(fā)能力的一道技術(shù)難關(guān)。

不過(guò)，AR-HUD屬于定制化生產(chǎn)，廠商要考慮主機(jī)廠方面的需求，包括主機(jī)廠需要多大的視場(chǎng)角和多遠(yuǎn)的成像距離然后針對(duì)不同車型進(jìn)行設(shè)計(jì)。

除了需要考慮對(duì)體積的影響，成像距離還需要符合用戶在行駛過(guò)程中焦點(diǎn)的遠(yuǎn)近調(diào)節(jié)，太遠(yuǎn)或太近的距離都不是一個(gè)最合適距離范圍。目前，業(yè)內(nèi)的AR-HUD的成像距離基本可以達(dá)到5米-20米的范圍。

關(guān)于成像距離我們會(huì)有一個(gè)疑惑是不是越遠(yuǎn)越好？相關(guān)業(yè)內(nèi)人士給出的回答是需要結(jié)合當(dāng)下的行駛環(huán)境。

用戶在駕駛過(guò)程中會(huì)遇到各種駕駛場(chǎng)景，如復(fù)雜擁擠的城市道路、高速路、九曲十八彎的山路等等，不同場(chǎng)景下需求是不同的。在高速路行駛時(shí)，AR-HUD的成像距離遠(yuǎn)一些效果更好，城市道路上可以稍近一些，還有一些特殊的情況像是轉(zhuǎn)彎也需要考慮合適的成像距離。

成像方案、重影和畸變

成像方案的選擇同樣也直接影響HUD的顯示效果，目前車用量產(chǎn)的HUD幾乎都采用的是TFT液晶屏成像，它的優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)已經(jīng)很成熟，成本較低，但缺陷也很明顯，TFT的本質(zhì)是透過(guò)背光照明，液晶擋住了大部分光，所以造成顯示亮度不夠，而且耗能高發(fā)熱嚴(yán)重。

與TFT相對(duì)應(yīng)的另一種DLP數(shù)字光處理方案成為現(xiàn)在HUD，特別是AR-HUD的首選方案。DLP可以看做是一種反光鏡，主要通過(guò)數(shù)字微晶片來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字光處理過(guò)程，所以它的像素容易擴(kuò)展、分辨率更高、亮度和飽和度也比TFT更好，耗能較低。

AR-HUD想要實(shí)現(xiàn)更大的視場(chǎng)角和更遠(yuǎn)的成像距離，需要成像儀發(fā)出大量的光，放大系統(tǒng)倍數(shù)。同時(shí)，HUD又正好在中控臺(tái)附近，距離發(fā)動(dòng)機(jī)較近，這樣設(shè)計(jì)造成的問(wèn)題就是HUD成像儀面板的一小塊區(qū)域會(huì)負(fù)荷大熱量而引發(fā)安全隱患。

所以在高溫穩(wěn)定性上，DLP也比TFT具有更高的耐熱性，它可以達(dá)到105°，而TFT只能做到95°。

不過(guò)，DLP方案的光學(xué)成像單元需要較多的光學(xué)零件，TFT只需要簡(jiǎn)單的背光和面板，并且DLP的成像分辨率更高，所以在光路上DLP需要兩塊自由曲面鏡，提高了成本，加大了鏡面工藝制作難度。

這也是讓多數(shù)廠商對(duì)DLP方案猶豫不決的主要原因。

此外，汽車的前擋風(fēng)玻璃并不是平面的，而是帶有弧度的曲面玻璃，不同位置的曲面變形程度都不同，圖像在經(jīng)過(guò)曲面玻璃的反射，最終形成的虛像也會(huì)發(fā)生不同的形變，這種形變稱之為“畸變”。

畸變后的圖像會(huì)直接影響用戶的使用。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，目前采用的方法是通過(guò)特殊的鏡片制作工藝打磨鏡片，或者是使用軟件算法來(lái)解決，無(wú)論是通過(guò)算法還是打磨鏡面都有著極高的技術(shù)要求。

畫(huà)面重影現(xiàn)象一直都是HUD研發(fā)中不可忽略的一個(gè)問(wèn)題，由于其擋風(fēng)玻璃本身的特性無(wú)法滿足HUD成像需求，導(dǎo)致畫(huà)面不清晰。

所以HUD系統(tǒng)需要特殊的擋風(fēng)玻璃，即HUD玻璃，讓圖像可以更精準(zhǔn)清晰的呈現(xiàn)。HUD玻璃中間夾了一層楔形金屬箔，使得光線在經(jīng)過(guò)兩個(gè)反射面后匯集成一條光路，從而避免了重影問(wèn)題。

駕駛員在行駛過(guò)程中必須要保證自己能夠看清整個(gè)顯示圖像，但每個(gè)人的身高不同，在行駛過(guò)程中頭部也會(huì)發(fā)生偏移，如何確保用戶在小幅度移動(dòng)頭部的情況下也能看清前方的整個(gè)投影屏幕，這部分就非?？简?yàn)廠家對(duì)眼盒的設(shè)計(jì)。

比較好的方案是給AR-HUD系統(tǒng)加一個(gè)眼部追蹤和圖像位置實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)的功能，不過(guò)，這也是目前技術(shù)上的一個(gè)難點(diǎn)，廠商更多是選擇盡可能把眼盒做大或是在產(chǎn)品端微調(diào)。

AR-HUD研發(fā)中最重要也是現(xiàn)階段比較難以攻克的就是光學(xué)設(shè)計(jì)，以DLP方案為例，想要畫(huà)面呈現(xiàn)出來(lái)是清晰穩(wěn)定的，廠商首先需要考慮光機(jī)的質(zhì)量，投影圖像要清晰、分辨率高、均勻度好。

其次，反射鏡面的精確度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，而這方面對(duì)工藝有很高的要求。

最后就是在結(jié)構(gòu)上做好光路設(shè)計(jì)，避免諸如重影、光斑之類的情況出現(xiàn)。

量產(chǎn)之路雖然困難重重，但目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)有一些廠商公布了他們AR-HUD量產(chǎn)計(jì)劃，如疆程科技憑借其小體積、較遠(yuǎn)的成像距離和更大的視場(chǎng)角的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)在2020年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

未來(lái)兩到三年，AR-HUD將會(huì)面臨量產(chǎn)的爆發(fā)期，屆時(shí)，我們或許可以期待看到更加具有突破性的量產(chǎn)落地產(chǎn)品。