AR技術(shù)的原理以及在汽車(chē)安全領(lǐng)域中的應(yīng)用解析

自奔馳于1886年造出第一輛可供銷(xiāo)售的汽車(chē)開(kāi)始，汽車(chē)已經(jīng)走過(guò)了134年的歲月。隨著汽車(chē)進(jìn)入越來(lái)越多的家庭，汽車(chē)的安全性也顯得越來(lái)越重要。1959年，沃爾沃第一次推出了首款標(biāo)配三點(diǎn)式安全帶的車(chē)型PV544。1970年，福特推出了第一款選裝ABS裝置的車(chē)型林肯大陸Mark III。隨著AR技術(shù)的發(fā)展，其在汽車(chē)安全領(lǐng)域的運(yùn)用也將不斷擴(kuò)大。本文主要將介紹AR技術(shù)的原理以及AR技術(shù)在汽車(chē)安全領(lǐng)域的三個(gè)應(yīng)用實(shí)例。

1． AR技術(shù)原理

1．1 AR技術(shù)簡(jiǎn)介

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR），是在虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，也被稱(chēng)之為混合現(xiàn)實(shí)，是一種借助于計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)和可視化技術(shù)，通過(guò)圖像識(shí)別、動(dòng)作捕捉、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的綜合應(yīng)用，將虛擬信息精確地疊加在現(xiàn)實(shí)世界的“虛實(shí)”交互技術(shù)。

1．2 AR系統(tǒng)的基本組成

圖1 測(cè)量關(guān)節(jié)臂

關(guān)節(jié)臂測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)硬測(cè)頭測(cè)量，建立機(jī)器與3D數(shù)據(jù)對(duì)齊的3坐標(biāo)系。

圖2 工業(yè)攝像頭

帶有適配器的工業(yè)攝像頭進(jìn)行拍攝，適配器建立關(guān)節(jié)臂硬測(cè)頭位置和工業(yè)攝像頭位置的轉(zhuǎn)換矩陣，攝像頭撲捉車(chē)輛路面圖像信息。

圖3 AR 軟件

AR軟件將虛擬信息與車(chē)輛路面信息進(jìn)行虛實(shí)交互，并完成相關(guān)的分析過(guò)程。

圖4校準(zhǔn)

對(duì) AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的攝像頭畸變和追蹤定位校準(zhǔn)。

圖5 顯示設(shè)備

顯示設(shè)備包括大屏幕、工業(yè) 3D 眼鏡、手持式顯示設(shè)備等。在汽車(chē)應(yīng)用上如HUD顯示。

1．3 AR系統(tǒng)的工作原理

圖6 系統(tǒng)工作原理圖

AR系統(tǒng)的基本工作原理如圖所示

（1） 首先通過(guò)測(cè)量臂進(jìn)行整車(chē)坐標(biāo)系的對(duì)齊，同時(shí)完成攝像頭坐標(biāo)系與測(cè)量臂坐標(biāo)系的位置轉(zhuǎn)換矩陣計(jì)算；

（2） 然后導(dǎo)入虛擬的 CAD 數(shù)據(jù)模型到 Metaio Engineer 軟件系統(tǒng)；

（3） 接著通過(guò)攝像頭獲取實(shí)際車(chē)輛外部的路面情況；

（4） 最后通過(guò) Metaio Engineer 進(jìn)行 AR 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的影像虛實(shí)疊加并輸出相關(guān)信息。

2． 技術(shù)應(yīng)用

2．1 AR（Augmented Reality）HUD（Head Up Display）

圖7 大陸集團(tuán)的AR－HUD技術(shù)

傳統(tǒng)的抬頭顯示器 （HUD） 只能將自車(chē)的車(chē)速顯示在擋風(fēng)玻璃上，大陸集團(tuán)的AR－HUD技術(shù)結(jié)合了AR技術(shù)與HUD技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)諸如車(chē)道偏離預(yù)警、自適應(yīng)巡航控制、車(chē)輛導(dǎo)航等功能。在車(chē)輛行駛過(guò)程中，AR－HUD 系統(tǒng)會(huì)將自車(chē)車(chē)速、轉(zhuǎn)彎信息、道路信息、車(chē)間距離等信息投影，駕駛員則無(wú)需低頭看車(chē)速、GPS導(dǎo)航等信息，極大的提高了安全性。

2．2 Transparent Bonnet

圖8 捷豹路虎的透明引擎蓋技術(shù)

“透明引擎蓋”技術(shù)可通過(guò)攝像頭將路面情況反饋到半透明的引擎蓋上，消除了駕駛員的視覺(jué)盲區(qū)，讓駕駛員接收到更多的路面信息，從而避免了事故的發(fā)生。除此之外，駕駛員還可以在擋風(fēng)玻璃右下角獲得車(chē)輛的俯仰角、側(cè)傾角以及車(chē)輪轉(zhuǎn)角，在非結(jié)構(gòu)化道路行駛過(guò)程中有極大的幫助。

2．3 360° Urban Windscreen

圖9 捷豹路虎的360度虛擬城市擋風(fēng)玻璃技術(shù)

360度虛擬城市擋風(fēng)玻璃”技術(shù)同樣利用了AR技術(shù)，將車(chē)外的實(shí)時(shí)路況嵌入車(chē)內(nèi)的A柱、B柱以及前擋風(fēng)玻璃中。當(dāng)前方有行人和車(chē)輛在A柱盲區(qū)內(nèi)時(shí)，A柱將會(huì)變得透明，駕駛員將會(huì)獲得更好的視線；當(dāng)后方有車(chē)輛或行人要超過(guò)車(chē)輛的時(shí)候，B柱將會(huì)變得透明，駕駛員可以更全面的觀察到信息；駕駛過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)虛擬車(chē)輛引導(dǎo)駕駛員調(diào)整方向、保持車(chē)距，同時(shí)還會(huì)告知剩余停車(chē)位、加油站位置等信息。有了這個(gè)技術(shù)的加持，將會(huì)大大提升在城市開(kāi)車(chē)的效率以及安全性。

AR技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用也需要注意到“少即是多”以及“不止目所能及”這兩個(gè)要點(diǎn)?！吧偌词嵌唷笔侵副苊膺^(guò)多的信息反饋，過(guò)多的信息將會(huì)成為負(fù)擔(dān)，分散駕駛員的注意力；“不止目所能及”是指可以將更多隱藏的信息挖掘利用，如：距終點(diǎn)距離、前車(chē)車(chē)況、前方道路情況等。相信不止在安全領(lǐng)域，未來(lái)AR技術(shù)會(huì)在汽車(chē)上得到更多的運(yùn)用。