智能駕駛HUD是什么，一起來(lái)看看

智能駕駛的入口——HUD 回想學(xué)習(xí)手動(dòng)擋科目三時(shí)加油換擋的過(guò)程，筆者至今仍然覺(jué)得有些驚心動(dòng)魄。換擋考試的路段車(chē)流很多，看路況的同時(shí)還需要低頭掃一眼車(chē)速再進(jìn)行換擋，對(duì)新手來(lái)說(shuō)，在心理素質(zhì)方面真是極大的考驗(yàn)。初練習(xí)的時(shí)候感嘆多次：要是不低頭就可以知道車(chē)速就好了！

誒！真的可以。HUD完全可以幫助實(shí)現(xiàn)這樣的愿望（PS：雖然教練車(chē)是必然不會(huì)也不能安裝相關(guān)設(shè)備的。）那么HUD是什么呢？

抬頭顯示簡(jiǎn)稱HUD，也叫做平視顯示系統(tǒng)，是指以駕駛員為中心、盲操作、多功能儀表盤(pán)。它的作用，就是把時(shí)速、導(dǎo)航等重要的行車(chē)信息，投影到駕駛員前面的風(fēng)擋玻璃上，讓駕駛員盡量做到不低頭、不轉(zhuǎn)頭就能看到時(shí)速、導(dǎo)航等重要的駕駛信息，以此來(lái)幫助改善汽車(chē)設(shè)計(jì)，從而提高駕駛員的態(tài)勢(shì)感知能力。

在駕駛員的視線中顯示汽車(chē)的速度可以減少眼睛離開(kāi)路面的時(shí)間。而當(dāng)與傳感器和先進(jìn)的駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）的能力相結(jié)合時(shí)，甚至可以突出顯示一個(gè)真實(shí)物體（如行人或路障）的圖形，而不是僅在車(chē)內(nèi)設(shè)置紅色閃爍燈或警報(bào)。它使駕駛員更容易地檢測(cè)到威脅或警告，從而更快地采取行動(dòng)。

HUD抬頭顯示最早被應(yīng)用于軍事航空領(lǐng)域，其主要原理是通過(guò)投影的方式將飛行參數(shù)、姿態(tài)信息、導(dǎo)航信息等投射至飛行員視野正前方的透視鏡上，使飛行員保持平視狀態(tài)時(shí)，可在同一視野中兼顧儀表參數(shù)和外界目視參照物，從而保證飛行安全。

在汽車(chē)座艙內(nèi)，HUD主要包括C-HUD、W-HUD、AR-HUD三種。其中，C-HUD通過(guò)在儀表前方放置一個(gè)半透明的樹(shù)脂板作為投影介質(zhì)反射出虛像，實(shí)質(zhì)上屬于后裝市場(chǎng)，但整體成像效果差，裝載率難以提升；W-HUD作為C-HUD的升級(jí)方案，直接通過(guò)前擋風(fēng)玻璃作為投影介質(zhì)來(lái)反射成像，有效解決了C-HUD的部分安全隱患，并且在投影范圍、投影內(nèi)容和投影質(zhì)量等維度均有所提升，是當(dāng)前技術(shù)節(jié)點(diǎn)的主流方案；AR-HUD通過(guò)結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以自然的距離將相關(guān)信息疊加至實(shí)物之上，整體成像尺寸更大、質(zhì)量更高，不僅可以充分融合智能座艙及導(dǎo)航指示、車(chē)道偏離告警（LDW）、自適應(yīng)巡航控制（ACC）指示燈等ADAS相關(guān)功能，同時(shí)也可以為駕駛員帶來(lái)沉浸式的體驗(yàn)，必然會(huì)成為未來(lái)車(chē)載HUD的最終形態(tài)。

HUD目前僅在一些中高端車(chē)型可見(jiàn)，而且通常是選裝，因此這仍然是一片藍(lán)海市場(chǎng)。但是，就目前電動(dòng)汽車(chē)、智能汽車(chē)的普及趨勢(shì)而言，就像攝像頭之于ADAS，與智能駕駛相配合的HUD必然成為未來(lái)汽車(chē)前裝必不可少的一部分。隨著汽車(chē)智能化程度越來(lái)越高，中控大屏、旋轉(zhuǎn)屏、多功能的流媒體儀表盤(pán)等隨處可見(jiàn)，座艙信息愈發(fā)豐富。豐富的信息需要被安全有效的接收，所以，HUD也會(huì)逐漸發(fā)展起來(lái)。

分析完市場(chǎng)，我們來(lái)看看關(guān)鍵技術(shù)和制約其發(fā)展的原因。

幾年前制約車(chē)載前裝攝像頭發(fā)展的原因ADAS之類的智能駕駛輔助技術(shù)發(fā)展不成熟，一車(chē)多攝像頭采集的信息無(wú)法被有效利用還拉高了車(chē)機(jī)成本。而對(duì)于HUD來(lái)說(shuō)，重點(diǎn)在于清晰明白的看，這就涉及到高清不受環(huán)境光線影響的顯示技術(shù)和周邊環(huán)境融合感知的成像算法技術(shù)。HUD抬頭顯示系統(tǒng)主要是包括兩部分：信息處理模塊和投屏顯示系統(tǒng)。二者相比，光學(xué)方面亟需解決的是后者。

投屏顯示系統(tǒng)包括LED光源、投影單元以及玻璃反射。

玻璃反射部分光線在玻璃內(nèi)部和穿出玻璃之后折射率是不一樣的，因此反射到駕駛員眼中的光就分別產(chǎn)生了虛擬圖像（我們需要的）和重影圖像（需要消除的）。普通的前擋玻璃都是雙層玻璃，在兩層玻璃之間有一層或是多層聚乙烯醇縮丁醛（PVB），而且為了流暢的車(chē)身設(shè)計(jì)，前擋玻璃都會(huì)設(shè)計(jì)成曲面，這樣只會(huì)加劇重影；所以HUD適用的擋風(fēng)玻璃應(yīng)該是楔形的，楔形角的目標(biāo)就是讓虛擬圖像和重影圖像盡可能的重疊，至少要達(dá)到人眼無(wú)法分辨的程度。

此外，投影單元是HUD的核心壁壘，有三種技術(shù)：TFT-LCD、DLP、MEMS激光投影。我們著重介紹前面兩種。目前比較成熟的方案是TFT-LCD顯示，基本上目前成熟應(yīng)用的便是這種，主要用于W-HUD前裝市場(chǎng)。如圖5所示，其原理是使用LED背光源發(fā)光，電場(chǎng)控制兩片基板之間的液晶分支旋轉(zhuǎn)方向，矢量關(guān)系改變光的行進(jìn)方向和顏色。

另外一種比較具有發(fā)展?jié)摿Φ氖荄LP投影成像技術(shù)，它的成像路徑如圖6所示，集成的數(shù)十萬(wàn)個(gè)超微型鏡片DMD經(jīng)過(guò)紅色箭頭所示的強(qiáng)光反射后投影在顯示屏上。預(yù)計(jì)HUD的大規(guī)模市場(chǎng)化必然包含著DLP投影技術(shù)的興起。它的成像原理與感光元件極為相似可以類比，既解決了投影的色彩度和清晰度，也可以做到靈活顯示。如果后續(xù)軟件和算法逐漸與之相伴配套發(fā)展，則可以將其想象為屏幕與處理器件分離的電腦顯示屏。圖像的信息與車(chē)機(jī)主控結(jié)合，會(huì)更好的推動(dòng)自動(dòng)駕駛的發(fā)展。

W-HUD導(dǎo)航相關(guān)信息會(huì)投影到前擋風(fēng)玻璃上，缺點(diǎn)也是成像范圍比較小，投影距離剛剛好在汽車(chē)的車(chē)頭前面。HUD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要逐步脫離傳統(tǒng)的顯示技術(shù)，不再使用TFT面板顯示，而是采用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，將圖像顯示在司機(jī)前方更遠(yuǎn)的地方，在司機(jī)的自然視線范圍內(nèi)，提供比如導(dǎo)航、危險(xiǎn)識(shí)別等等之類的信息。

AR HUD投影面積需要比較大，投射距離必須長(zhǎng)。如果要量化來(lái)說(shuō)，如圖7所示，那么應(yīng)該是分辨率為1080P是下限，成像距離最小要達(dá)到10m，亮度要比如今的主流TFT亮，F(xiàn)OV下限應(yīng)當(dāng)在15°左右，也就是顯示視野對(duì)于駕駛者而言應(yīng)當(dāng)覆蓋行駛的至少2個(gè)車(chē)道。

這對(duì)于投影技術(shù)是個(gè)挑戰(zhàn)，既要保證大的視場(chǎng)角，又要保證其清晰度和辨識(shí)度，還要排除日常行駛中自然光和環(huán)境光的干擾，AR-HUD技術(shù)最重要的便是需要多焦點(diǎn)成像功能，即可以在各種深度和距離下提供目標(biāo)物體視圖，這樣，未來(lái)對(duì)于在無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)駕駛的車(chē)道中行駛時(shí)，人與車(chē)與環(huán)境的交互都會(huì)是比較友好地。而且，它也會(huì)助推目前的智能駕駛逐漸向自動(dòng)駕駛前進(jìn)。

HUD看似新奇，實(shí)質(zhì)上在上世紀(jì)80年代初期就已經(jīng)在概念型汽車(chē)上出現(xiàn)，2003年開(kāi)始豪華轎車(chē)配置HUD逐漸增多。2020年奔馳S級(jí)的AR HUD發(fā)布，讓普通人真的看見(jiàn)了這個(gè)市場(chǎng)。AR HUD 之所以受重視，不僅僅是其豐富的顯示內(nèi)容，更重要的是AR技術(shù)的出現(xiàn)，讓HUD的使用場(chǎng)景有了更多可能，能更加有效的提高駕駛安全性。導(dǎo)航的時(shí)候可以直接將信息顯示到HUD上，并融合實(shí)際的路況場(chǎng)景進(jìn)行顯示，左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)一目了然。更能結(jié)合ADAS功能，及時(shí)預(yù)告路況和行人信息?？梢钥隙?，HUD是可見(jiàn)的自動(dòng)駕駛的入口，進(jìn)入這道門(mén)，方可見(jiàn)成熟的自動(dòng)駕駛技術(shù)。

綜上所述，目前HUD的兩大關(guān)鍵，一個(gè)是屏幕顯示技術(shù)，另一個(gè)是投影技術(shù)。投影技術(shù)重點(diǎn)在于亮度、清晰度和濾除干擾，屏幕顯示技術(shù)重點(diǎn)在于光學(xué)的巧妙設(shè)計(jì)和功耗考量。光學(xué)的巧妙設(shè)計(jì)一方面取決于楔形玻璃濾除重影，另一方面取決于顯示部分增強(qiáng)色彩。

就目前的主流顯示方法TFT-LCD顯示技術(shù)而言，國(guó)內(nèi)的天馬集團(tuán)已有產(chǎn)品具有高亮度、 高分辨率、高對(duì)比度、高透過(guò)率、快速響應(yīng)的特點(diǎn)。在2020年1月15日，在日本最大規(guī)模的技術(shù)博覽會(huì)AUTOMOTIVE WORLD 2020展會(huì)上，天馬六大核心技術(shù)（異形技術(shù)、曲面技術(shù)、柵極芯片集成技術(shù)、光配向技術(shù)、局部調(diào)光技術(shù)和四色節(jié)能技術(shù)）研發(fā)出的新一代T型顯示屏亮相，將傳統(tǒng)HUD顯示升級(jí)為未來(lái)可實(shí)現(xiàn)AR效果的AMOLED透明顯示，以及在A柱上新增柔性AMOLED顯示。

AR-HUD需要在顯示技術(shù)方面有多年深厚的技術(shù)積累，這一點(diǎn)，天馬的各類優(yōu)勢(shì)技術(shù)（如圖8）為AR-HUD做了足夠的鋪墊。

天馬不僅僅在前沿方向擁有先發(fā)優(yōu)勢(shì)，在中小尺寸顯示屏方面也有深厚底蘊(yùn)，天馬擁有STN-LCD、CSTN-LCD、TFT-LCD及CF生產(chǎn)線及模塊工廠，在技術(shù)水平、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品檔次及市場(chǎng)占有率等方面，均居國(guó)內(nèi)同行業(yè)前列，已成為中小尺寸顯示領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)。天馬微電子提供多種型號(hào)的液晶屏，按照分辨率、尺寸、顏色深度以及支持的接口等方面，天馬液晶屏都有相應(yīng)的產(chǎn)品服務(wù)與方案支持，在移動(dòng)電話、MP3/MP4、車(chē)載顯示、儀器儀表、家用電器等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。

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