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雷鋒網(wǎng)按：本文作者史高拔，汽車電子工程師，供職于國(guó)內(nèi)某汽車技術(shù)中心，從事汽車智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)研發(fā)。本文由雷鋒網(wǎng)獨(dú)家發(fā)布。
背景
HUD——head up display抬頭顯示器，最早出現(xiàn)在戰(zhàn)斗機(jī)上，為了讓飛行員不用頻繁低頭看儀表集中注意力，將重要信息在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。這項(xiàng)技術(shù)在幾年前也被引入了汽車?yán)铮壳皹?biāo)配這一技術(shù)的量產(chǎn)車卻寥寥無幾，顯示效果差、成本高，讓HUD技術(shù)一直不溫不火甚至被部分消費(fèi)者評(píng)為雞肋。直到去年下半年，隨著AR技術(shù)的出現(xiàn)，HUD才重新回到人們的視野，阿里巴巴1800萬美元投資WayRay，更是讓人引發(fā)遐想。
↑ 奧迪A6 HUD拆解
由于這項(xiàng)技術(shù)的原理非常簡(jiǎn)單，現(xiàn)在去網(wǎng)上搜索HUD，會(huì)有幾百到幾千多種價(jià)位幾百款產(chǎn)品，甚至有的app可以將手機(jī)屏幕反射到車窗上變成HUD。透明顯示屏+投影技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)抬頭顯示功能，基本與投影儀的工作原理相同，只是由于所選投影技術(shù)和屏幕的差別，會(huì)有一些實(shí)現(xiàn)方法上的不同。
↑ HUD技術(shù)原理
按照顯示屏的不同，HUD可分為CHUD （Combiner HUD 組合型）和WHUD （Windshield HUD 擋風(fēng)玻璃HUD）。CHUD顯示屏為放置于儀表上方的一塊透明樹脂玻璃，一般會(huì)根據(jù)成像條件對(duì)這塊玻璃進(jìn)行特殊處理，通常做成楔形來避免玻璃兩面的反射重影,可以有效控制成本，提高顯示效果。但CHUD置于儀表上方，在車輛碰撞時(shí)會(huì)對(duì)駕駛員產(chǎn)生二次傷害，不利于車內(nèi)安全。
↑ CHUD
WHUD顯示屏直接使用汽車的擋風(fēng)玻璃，顯示效果更為一體化，也有助于造型布置。但由于擋風(fēng)玻璃一般為曲面玻璃，因此WHUD一定要根據(jù)擋風(fēng)玻璃的尺寸和曲率去適配高精度非球面反射鏡，這也直接導(dǎo)致了WHUD成本的升高。
↑ WHUD
目前運(yùn)用在HUD上的投影技術(shù)，主要有LCD投影、DLP投影、激光掃描投影、LCOS投影等技術(shù)。
LCD投影
最常見、技術(shù)最為成熟的投影技術(shù)，與LCD屏幕的原理類似，將白光光源用棱鏡分為紅、綠、藍(lán)三色，經(jīng)過液晶單元，達(dá)到投影的效果。但光線在經(jīng)過液晶后亮度會(huì)有一定程度的衰減，并且因?yàn)橐壕еg會(huì)有一定的距離，其分辨率也不高。但其技術(shù)成熟、成本低廉成為現(xiàn)階段很多HUD的首選。
↑ LCD投影技術(shù)原理
DLP投影
DLP（Digital Light Processing）數(shù)字光處理技術(shù)是美國(guó)德州儀器的專利技術(shù)，通過集成了數(shù)十萬個(gè)超微型鏡片的DMD（數(shù)字微鏡芯片）可以將強(qiáng)光源經(jīng)過數(shù)字反射后投影出來。
↑ DLP投影原理
DLP投影技術(shù)亮度高、分辨率高、成像逼真，目前較多的前裝HUD均采用此種技術(shù)，德州儀器公司也一直在汽車行業(yè)推廣DLP。不過，由于DLP投影的是整個(gè)平面，為了提升顯示效果需要針對(duì)不同的擋風(fēng)玻璃，定制高精度的反射非球面鏡，這也直接導(dǎo)致了DLP HUD成本的提高。而且汽車使用環(huán)境復(fù)雜，其核心部件DMD較易出現(xiàn)壞點(diǎn)，使用壽命有待提高。
激光投影技術(shù)
簡(jiǎn)言之，就是用激光作為投影光源的技術(shù)，目前主要運(yùn)用在室外大型投影和演出上，由于并不是全平面投影，激光投影具有色域廣、亮度高、聚焦效果好的特點(diǎn)，非常適合投影信息簡(jiǎn)單、亮度要求高的HUD場(chǎng)景。并且由于激光投影屬于聚焦投影，并不需要HUD匹配復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)。但目前激光二極管對(duì)溫度較為敏感，不能達(dá)到車規(guī)要求的85℃的工作要求。
↑ 激光投影原理
LCOS
LCOS Liquid Crystal on Silicon 硅基液晶技術(shù)，是一種基于反射式的微型矩陣液晶顯示技術(shù)，可以在非常小的尺寸內(nèi)顯示豐富的信息，亮度、分辨率、對(duì)比度等性能都非常優(yōu)越，Google Glass采用的就是這種技術(shù)顯示信息。但目前硅基液晶并不能大量量產(chǎn)，成本太高，僅有部分工程試驗(yàn)HUD產(chǎn)品采用了這一技術(shù)。
↑ 各種投影技術(shù)對(duì)比
HUD技術(shù)被業(yè)界重新重視，不僅僅因?yàn)樗芴岣唏{駛安全性和顯示效果，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。
↑ AR HUD使用場(chǎng)景
VID
VID(Virtual Image Distance)虛擬圖像距離，可以理解為圖像焦點(diǎn)到眼睛的距離。實(shí)際駕駛情況下，HUD的顯示圖像和道路并不是在一個(gè)平面， 人眼在道路和HUD之間也需要來回切換，調(diào)整眼睛的焦點(diǎn)，雖然解決了低頭的問題，但頻繁調(diào)整焦點(diǎn)也會(huì)導(dǎo)致視覺疲勞，并不能做到百分之百的融合顯示。一般駕駛時(shí)關(guān)注的主要是前方20米左右的情況，但目前的HUD最多只能將VID做到3米，這一參數(shù)極大的限制著HUD的顯示效果。
↑ VID
高溫和散熱
HUD一般布置在儀表的前方，完全暴露在太陽光下，因此HUD雖然在駕駛艙內(nèi)使用，但也經(jīng)受著高溫環(huán)境的考驗(yàn)。加之高亮度投影本身就需要大光源的支持，燈泡的合理散熱也是需要考慮的因素。德州儀器在其HUD樣機(jī)中將結(jié)構(gòu)做成了全金屬來輔助散熱，這也無形中增加了成本。
成本
由于汽車級(jí)產(chǎn)品的高要求，原裝的HUD產(chǎn)品始終沒辦法把成本降到合理的區(qū)間，只能在現(xiàn)實(shí)效果上進(jìn)行妥協(xié)，這也就導(dǎo)致目前很多HUD產(chǎn)品的使用效果不盡如人意，加上使用情景有限，多數(shù)廠商不愿意增加這項(xiàng)配置。希望這一現(xiàn)象在AR HUD時(shí)代會(huì)有改觀。
隨著智能駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，駕駛汽車所要判斷和提醒的信息也越來越多，如今的儀表盤顯然不能滿足這些需求，將駕駛信息和道路信息顯示在擋風(fēng)玻璃上已經(jīng)是一個(gè)必然的趨勢(shì)，科幻電影中的場(chǎng)景終將到來。如今越來越多的廠商已經(jīng)投入到這一領(lǐng)域，汽車廠商也已經(jīng)明確看到了HUD的必要性，相信在今后兩年就會(huì)出現(xiàn)越來越多標(biāo)配HUD的車型。更可以相信，擋風(fēng)玻璃全息顯示也會(huì)在未來實(shí)現(xiàn)。（完）
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