AR-HUD再突破！蔚來ET9首發(fā)搭載“共軸光場(chǎng)”AR-HUD

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）AR-HUD是一種融合了AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和HUD抬頭顯示的車載顯示技術(shù)，通過將信息投影在前擋風(fēng)玻璃上，給駕駛員提供車輛行駛等各種信息，并且將導(dǎo)航等信息與實(shí)際路面融合，提升駕駛員的用戶體驗(yàn)。

今年以來，AR-HUD的搭載量明顯增多，從下游的新車搭載率，以及上游系統(tǒng)集成廠商的新品推出，都能夠看出AR-HUD正在得到更廣泛的應(yīng)用。去年12月21日的蔚來NIO Day2024上，蔚來正式發(fā)布了ET9，這款車型在行業(yè)內(nèi)首發(fā)搭載了藍(lán)寶石全焦段AR-HUD，官方介紹該HUD可以實(shí)現(xiàn)近焦 5 米處 31 英寸，遠(yuǎn)焦 15 米行業(yè)最大的等效 120 英寸畫面，并且可變焦，給到用戶真實(shí)的空間感。

那么蔚來ET9上搭載的AR-HUD發(fā)展到什么地步了？市面上各家AR-HUD又有哪些區(qū)別？

“共軸光場(chǎng)”技術(shù)，解決AR-HUD體驗(yàn)痛點(diǎn)

在發(fā)布會(huì)上，蔚來對(duì)AR-HUD的介紹比較簡(jiǎn)單，除了上述提到的變焦能力外，在官方PPT上還提到了全球最高標(biāo)準(zhǔn)空間貼合算法，以及<20ms 端到端延時(shí)。

傳統(tǒng)W-HUD主要顯示基礎(chǔ)的駕駛信息，包括車速、限速提醒、行車路線圖、智駕感知場(chǎng)景渲染等信息，起到替代常規(guī)儀表盤或是對(duì)常規(guī)儀表盤的補(bǔ)充顯示作用，讓駕駛員視線保持在正前方，避免為了看儀表盤而分散前方注意力，提高行車安全。

對(duì)于W-HUD，其實(shí)目前也面臨一些問題，最基礎(chǔ)的是顯示上的亮度、對(duì)比度、色彩、均勻度等指標(biāo)，在陽光下等強(qiáng)光環(huán)境時(shí)的顯示效果，這些指標(biāo)與圖像生成單元緊密相關(guān)。另外還有顯示畫面的分辨率、清晰度等，有些車型搭載了高分辨率的W-HUD，但實(shí)際觀看體驗(yàn)卻給人一種模糊感，這需要針對(duì)不同車輛進(jìn)行特定方向的優(yōu)化；又比如一些車型搭載的W-HUD觀看時(shí)間長了用戶容易出現(xiàn)眩暈感，這與自由曲面鏡的設(shè)計(jì)相關(guān)，因?yàn)镠UD畫面越大，參與成像的擋風(fēng)玻璃面積越大，畸變?cè)絿?yán)重，大大提高了設(shè)計(jì)難度。

對(duì)于AR-HUD而言，不僅面臨傳統(tǒng)W-HUD所存在的固有難題，還要解決AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的技術(shù)難點(diǎn)，包括如何實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景結(jié)合，在HUD中提供縱向深度的視覺感知。

而為了解決AR-HUD的體驗(yàn)問題，在光學(xué)設(shè)計(jì)層面，F(xiàn)UTURUS推出了“共軸光場(chǎng)技術(shù)”，將近層大尺寸W-HUD和遠(yuǎn)層連續(xù)變焦AR多焦面光場(chǎng)成像結(jié)合，通過共軸光場(chǎng)不同真實(shí)距離的畫面來切換顯示的方式，比起單畫面近大遠(yuǎn)小模擬，能帶來更真實(shí)的距離感。同時(shí)通過核心光路的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，確保畫面顯示的高度穩(wěn)定性，避免眩暈感。

AR-HUD還存在一個(gè)問題是，因?yàn)轱@示內(nèi)容需要與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景結(jié)合，那么從感知現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景到渲染畫面到HUD中的延遲就會(huì)對(duì)用戶體驗(yàn)造成很大影響，比如當(dāng)即將到達(dá)分岔路口，AR導(dǎo)航的箭頭由于延遲，與路口真實(shí)環(huán)境出現(xiàn)誤差，就會(huì)讓AR視覺效果大打折扣。

針對(duì)延遲問題，在軟件和算法方面FUTURUS專為AR-HUD開發(fā)了AR Kernel引擎，融合了整車姿態(tài)捕捉及延時(shí)補(bǔ)償算法，通過多傳感器與高幀率、高實(shí)時(shí)的3D渲染，實(shí)現(xiàn)AR顯示內(nèi)容與真實(shí)環(huán)境的精準(zhǔn)配合，在蔚來ET9上甚至實(shí)現(xiàn)了<20ms 的端到端延時(shí)。

總結(jié)下來，AR-HUD在體驗(yàn)上，主要是在硬件上要實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、清晰、高亮度和高對(duì)比度的畫面，以及具備更加真實(shí)的距離感。在算法和軟件上，要令A(yù)R內(nèi)容顯示延遲盡可能降低，同時(shí)顯示的畫面需要與真實(shí)路況相匹配，準(zhǔn)確顯示在相應(yīng)的位置，并能夠?qū)崟r(shí)與現(xiàn)實(shí)世界聯(lián)動(dòng)。

市面上的AR-HUD技術(shù)路線

AR-HUD的硬件上，核心的部分主要是圖像生成單元PGU，占到AR-HUD總成本的50%，其次是光學(xué)鏡組可以占到總成本的20%左右。而

AR-HUD的PGU目前有多種技術(shù)路線，包括TFT、DLP、LCoS、LBS等。

TFT的PGU方案就是使用我們?cè)陲@示屏上常見的TFT薄膜晶體管來驅(qū)動(dòng)像素點(diǎn)開關(guān)，相當(dāng)于TFT液晶顯示器作為AR-HUD的光源。TFT在W-HUD上較為常見，但在AR-HUD上應(yīng)用，由于投影距離固定，因此只能用遠(yuǎn)小近大的方式來模擬“AR顯示”，不過也可以通過光學(xué)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和軟件算法的優(yōu)化來提升體驗(yàn)。

DLP是德州儀器的專有技術(shù)，也被稱為DMD數(shù)字微鏡。DLP過去已經(jīng)在一些像素大燈以及投影儀上廣泛應(yīng)用，作為一種顯示和光控制技術(shù)，DLP自然也能夠用于AR-HUD上，包括奔馳S級(jí)上采用的日本精機(jī)AR-HUD、國內(nèi)的HUD巨頭華陽等，都采用這項(xiàng)技術(shù)路線。

本質(zhì)上DLP是通過數(shù)百萬個(gè)微型鏡片對(duì)光源進(jìn)行反射，因此可以實(shí)現(xiàn)極高的亮度、更大的視場(chǎng)角，還可以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的虛擬成像距離，這都是完美契合AR-HUD需求的。不過作為德州儀器壟斷的一項(xiàng)技術(shù)，目前采用DLP技術(shù)的AR-HUD成本也較高。

LCoS即硅基液晶，與DLP類似，都是一種反射型的顯示技術(shù)，一般由集成驅(qū)動(dòng)電路和像素電極的硅基背板、液晶層、透明導(dǎo)電層和反射鏡組成。在工作時(shí)，LCoS系統(tǒng)需要使用大功率LED、激光等提供強(qiáng)光源，光從背面照射到芯片上，經(jīng)過液晶層調(diào)制，從同一側(cè)反射出來。

LCoS的優(yōu)勢(shì)在于，由于光路緊湊，反射型顯示可以減少光衰減，亮度高；在小芯片尺寸里，可以集成大量像素，幫助縮小AR-HUD體積的同時(shí)還能 實(shí)現(xiàn)極高的分辨率；由于是反射型顯示，所以對(duì)比度極高。不過與DLP相同的是，LCoS成本較高，比如要避免彩虹效應(yīng)，就需要使用三片LCoS系統(tǒng)，給AR-HUD帶來了更大的成本壓力。目前LCoS路線的AR-HUD產(chǎn)品，主要是華為在供應(yīng)，但已經(jīng)有越來越多的企業(yè)開始入局LCoS的AR-HUD，包括水晶光電、瀚思通、華陽等都已經(jīng)推出相關(guān)產(chǎn)品。

最后是LBS技術(shù)，也就是激光束掃描，是通過MEMS振鏡，將激光光源投射到前擋風(fēng)玻璃上，原理上有點(diǎn)類似目前主流的MEMS激光雷達(dá)，可以采用兩個(gè)MEMS振鏡來分別進(jìn)行橫向和縱向像素的投射，提高分辨率。不過目前還未見到真正落地到量產(chǎn)車型上的應(yīng)用。

小結(jié)：

AR-HUD的滲透率越來越高，根據(jù)一些市場(chǎng)數(shù)據(jù)，在25萬-30萬元車輛的區(qū)間，去年4月AR-HUD標(biāo)配率已經(jīng)達(dá)到16.1%。對(duì)于AR-HUD來說，目前技術(shù)方案還未統(tǒng)一，除了目前主要的四種方案之外，還有大面積光波導(dǎo)等技術(shù)方案正在開發(fā)中。隨著汽車智能化的繼續(xù)普及，AR-HUD也還會(huì)有極大的市場(chǎng)發(fā)展空間。