AR-HUD增强抬头显示技术详解

为了实现人车新对话形式，国际汽车零部件供应商大陆集团开发出增强现实抬头显示器（AR- HUD）。该增强现实抬头显示器通过内部特殊设计的光学系统将图像信息精确地结合于实际交通路况中,从而扩展了或者说增强了驾驶者对于实际驾驶环境的感 知。 因此, AR-HUD技术极有可能成为汽车人机界面 (HMI) 最具创新性的发展方向。

AR-HUD 现已达到试生产开发的后期阶段。 演示车辆一方面用于证明其可行性，另一方面为批量开发提供宝贵经验。 大陆集团预计在2017年达到批量生产水平。

AR-HUD： 所见即所知

"AR-HUD光学系统能够在驾驶员的视野区域合理的叠加显示驾驶员辅助系统的状态以及这些信 息的含义，"大陆集团车身电子事业部 HUD 技术专家 Pablo Richter 博士说道。 "为此，作为人机界面新成员的 AR-HUD 在试生产阶段就已与驾驶员辅助系统的环境传感器以及GPS数据、地图资料和驾驶动态数据建立密切的网络联系。"

在演示车辆上大陆集团首次示范使用这项新技术的后期研发成果。 所选车辆在前保险杠和后视镜上分别安装有雷达传感器和一个 CMOS 单摄像头。 为 AR-HUD 应用所选择的高级驾驶员辅助系统（ADAS）包括车道偏离警示系统（LDW）、自适应巡航控制系统（ACC）和导航系统路线指示。

"如果驾驶员辅助系统识别到重要情况，AR-HUD会将报警信息以虚拟图像的方式呈递给驾驶 者。" Richter 解释说。 "除了直接带来安全好处外，这种对话形式还是未来自动化驾驶的一项关键技术。 "这种增强的信息显示效果将更容易让驾驶者建立起对于自动驾驶这种新驾驶功能的信任。"

两个不同投影距离的投影面 - 基于两个不同的成像单元

大陆集团的 AR-HUD 可以实现由两个不同投影距离产生的投影面，其也被称为近投影或状态投影面，和远投影或增强投影面。近景投影出现在驾驶员前方的发动机罩末端，能够显示驾驶 员所选的状态信息，如即时速度、有效距离限制如禁止超车和限速、或 ACC 当前设置。 如要查看这些信息，驾驶员只需稍稍将视线下调约 6°。 状态投影信息的视域尺寸为 5°x 1°（相当于 210 mm x 42 mm），投影距离 2.4 m。 其相当于"传统"抬头显示器的虚拟图像，该传统方式的抬头显示器是基于一个反射镜光学系统和成像单元（PGU）。 后者由一个 TFT（薄膜晶体管）显示器组成，使用 LED 强背光显示内容。 此成像单元极其紧凑地集成在 AR- HUD 模块的上部。 这个反射镜光学系统将虚拟显示的内容放大。 这些功能借助曲面反射镜得以实现。 为了实现不同投影距离的两个投影面，大陆集团在 AR-HUD 中采用了精巧的光学设计。 两个投影面的光路在内部微微重叠。 近投影面的光路只使用AR- HUD 镜（非球面）的上缘区域，不需要另外一个"反射镜"。 AR-HUD 系统的这一部分代表了大陆集团第二代 HUD 在量产车辆上的现有技术。

以电影技术增强汽车

"AR-HUD 中的主角当然是增强投影面。 它的投影距离在驾驶员前方 7.5 m，可将增强的显示符号直接投射在道路上，与当前交通状况相融合"，Richter 说。 远投影面的内容是由大陆集团首次在 IAA 2013 展出的新成像单元生成。 与在电影数字投影机中一样，由数字微镜元件（DMD）生成图像元素。 PGU 的核心是一种拥有数十万微小反射镜矩阵的光学半导体，其可借助静电场单独倾斜。 微反射镜矩阵按时间顺序被三色 LED（红色、蓝色和绿色）快速交替照亮。 用带滤色功能的偏转反射镜（即双色滤镜）确保三色光准直（平行方向）。 这些特殊镜子根据颜色让光线通过或反射。 为了与点亮的颜色同步，该颜色的所有微反射镜倾斜，使射入的光线通过透镜反射出去，在后面的成像屏幕上形成该颜色的单个像点。 所有三种颜色的同步方法是相同的。 人眼"综合"成像屏幕上的所有三种颜色，得到全色图像。

从成像屏幕正面看，接下来的光学路径类似于传统的抬头显示器的光学路径： 成像幕上的图像通过第一个镜子（反射镜）反射到第二个更大的镜子（AR HUD 镜）上。 从那里射向风玻璃。 增强光学系统的出射面几乎达到 DIN A4 尺寸。 由此形成视域尺寸为 10°X 4.8°的增强投影面，相当于直接视野内有几何宽度 130 厘米和高度 63 厘米的可增强视域。 如要读取这个远投影面中的信息，驾驶员的视野可稍稍下调 2.4°。 两个投影面（状态和增强投影面）的成像单元能够配合环境亮度调整显示亮度，光密度可达到 10000 坎德拉/平方米以上。 因此，几乎在任何强烈的环境光条件下都能清晰显示。

在试验车中,系统使用大陆集团两个不同投影