智能座艙系列五:AR-HUD

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編輯導讀:在有關飛行的電影中,總是能看見很酷的一幕:飛行員從擋風玻璃上就能看見許多重要信息,從而做出判斷。這種顯示系統叫做HUD,現在也應用于汽車上。本文作者對此進行了分析,希望對你有幫助。

一、概念

HUD,即抬頭顯示(Head Up Display),又叫平視顯示系統。它的作用,就是把時速、導航等重要的行車信息,投影到駕駛員前面的擋風玻璃上,讓駕駛員盡量做到不低頭、不轉頭就能看到。

這種顯示系統,原是軍用戰斗機上的顯示系統,飛行員不必低頭,就能在擋風玻璃上看到所需的重要信息。

二、HUD產品演進

HUD應用在汽車上已經有十幾年,對駕駛員也同樣可以起到主動安全的作用,繼而催生出最初的C-HUD、W-HUD,多見于高端車型。

AR-HUD 是AR增強現實技術和HUD抬頭顯示相結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擁有更大的視場角和更遠的成像距離,而且可以直接將顯示效果疊加到現實路面。未來兩到三年,AR-HUD將會面臨量產的爆發期,是未來智能座艙的重要組成部分。

三、AR-HUD的主要功能

我們整理AR-HUD的功能,可以理解為三大類:車況及導航系統內容、車生態服務信息、行人預警

1)車況及導航系統內容

主要作用是顯示當前車況及行駛信息,道路識別以及導航引導

一般包含的功能:

如車輛狀況,胎壓監測、油量/電量、續航等;

如行駛狀況,時速、轉速/功率、能耗等;

如導航提示,轉向、行駛里程、限速等。

2)車生態服務信息

主要作用是顯示附近生活服務類的信息

一般會有:

餐飲、購物等基于LBS的消費引導;

加油/充電,停車、洗車等于車輛服務相關的引導。

3)行人預警

主要面向復雜環境下的行人監測和提醒,助力安全出行

比如在多路口的特殊路段、夜晚行車環境下,通過監測車輛前方的行人,在車內提醒和預警駕駛員,注意行人。

四、行業情況

各大廠商的AR HUD的量產時間集中在2020年~2021年? 目前各大主機廠,包括國內品牌和國外品牌,都在與供應商共同研發AR HUD的量產方案,包括一汽、廣汽、大眾、寶馬等廠商,且時間點均在2020年~2021年??梢哉f,最近兩年年會是AR HUD爆發的時間。

五、AR-HUD技術原理

HUD的主要設計原理是離軸三反射鏡光學系統。即圖形顯示器(PGU)產生圖像——小反射鏡(fold mirror)折轉光路——大反射鏡(rotable mirror)反射放大——風擋玻璃反射進入人眼成像。

AR-HUD則是將顯示效果和內容疊加到現實路面,系統架構圖及系統框圖如下:

系統架構圖

系統框圖

六、AR-HUD的開發難點

AR HUD理論上需要15米以上的成像距離,HUD的體積因為光路需求而大到一般車輛裝不下。

AR-HUD的規格也有相關要求,比如:

夠寬的FOV,可以cover車道線,因此越寬越好,目前標準的FOV為10°×5°;

夠遠的VID,虛像可以穩穩鎖定對應的實物(10m以上最佳);

需要搭配AR Creator來配合運作;

HUD的凹面鏡和凸面鏡之間需要足夠的光路空間,才能滿足FOV以及虛像VID的要求,因此HUD的體積達到15L;

除此之外,AR-HUD在落地過程中要注意以下問題:

1. 安裝

AR HUD體積較大,散熱結構設計復雜,要求高,且易與儀表板管梁和空調管路干涉,需要預留足夠大空間進行布置;

AR HUD投影面積更大、距離更遠,HUD自身曲面鏡較大,目前開模資源較少,良品率較低,成本較高;

需要安裝HUD的車中控、管道、儀表、除霜口需要經過專門的設計,以便于以上部件與HUD之間不發生干涉。

HUD不能安裝在任意位置,首先必須滿足駕駛者的視野,只能安裝在駕駛員的正前方。

HUD的設計是基于整車的眼點、風擋玻璃、機艙蓋、中控臺等數據,因此與整車的設計是一個雙方不斷溝通、協調的過程。

2.?AR-Creator需要實現的功能復雜

1)HUD顯示與車道線 matching

在多車道的情況下,車輛在第幾車道,會影響AR-HUD投影信息指示的正確性,故車輛本身須具備車道偵測的相關技術,提供目前在第幾車道的信息,且偵測補正系統會有時間延時,因此必須加上提前預測算法。相關技術:影像識別

2)HUD顯示與車頭方向 matching

AR HUD顯示的信息須避開前方車輛遮蔽,投影在路面上,故需偵測前方障礙物的位置,動態調整AR HUD顯示的信息位置,且偵測補正系統會有時間延時,因此必須加上提前預測算法。相關技術:77Ghz毫米波雷達/影像識別。

3)HUD顯示與前方障礙物標定 matching

AR-HUD虛擬圖像與車外實景結合時,會因車主的坐姿差異產生視角的差異,故需偵測眼球位置,動態調整虛擬圖像的投射角度變動。相關技術:DMS/影像識別

4)HUD顯示與轉彎路口 matching

HUD顯示的轉彎箭頭要達到精準標定到實際道路的路口,有以下需求:

  • 精密地圖:提供路口精準的經緯度位置;
  • 精準定位:提供車輛所在的精準經緯度與方向;
  • 車頭晃動補償:HUD顯示必須補償車頭上下晃動的偏差;
  • 收集高精度地圖與V2X及六軸向陀螺儀、影像識別、毫米波雷達、GPS等各類傳感器,通過復雜數字演算,精確定位目前車輛的位置,精密度需要至10cm等級。

七、開發方式

基于以上,一般AR-HUD的開發為合作,主機廠基于域控制器平臺,AR Creator只做軟件,AR-HUD算法供應商提供庫或可執行文件給主機廠集成到域控制器中。系統由AR-Creator算法及HUD-Projector顯示光機組成。AR-Creator負責融合導航、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,光機負責解碼、顯示。

PGU目前有TFT和DLP兩種實現方案。二者在相同成像尺寸上,DLP方案在整體性能上,要優于TFT方案,同時價格也會更高。

當然,市場上還有Mini AR-HUD方案(折中成本)、AR-HUD激光方案(質量優先),主要差異在于體積、成像質量和費用成本。激光方案的成像質量最好,體積最小,但成本最高。各車企根據自身情況會有不同的選擇偏向。

 

本文由 @賽博七號 原創發布于人人都是產品經理,未經許可,禁止轉載。

題圖來自Unsplash,基于 CC0 協議

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