HUD 抬頭顯示器──曾經不受重視的選配規格再次成為目光焦點

作者 | 發布日期 2017 年 05 月 06 日 0:00 | 分類 VR/AR , 汽車科技 follow us in feedly

HUD──head up display 抬頭顯示器,最早出現在戰鬥機上,為了讓飛行員不用頻繁低頭看儀表板集中注意力,將重要資訊在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。這項技術在幾年前也引入汽車,但目前標配這一技術的量產車卻寥寥無幾,顯示效果差、成本高,讓 HUD 技術一直不溫不火,甚至被部分消費者評為雞肋。直到 2016 年下半年,隨著 AR 技術出現,HUD 才重回人們視野,阿里巴巴 1,800 萬美元投資 WayRay,更是讓人引發遐想。 



▲ 奧迪 A6 HUD 拆解。

HUD 分類

由於這項技術的原理非常簡單,現在去網上搜尋 HUD,會有幾百到幾千多種價位、幾百款產品,甚至有的 App 可將手機螢幕投射到車窗上變成 HUD。透明顯示螢幕 + 投影技術就可以實現抬頭顯示功能,基本與投影機的原理相同,只是由於所選投影技術和螢幕的差別,會有一些實現方法上的不同。

▲ HUD 技術原理。

按照顯示螢幕的不同,HUD 可分為 CHUD(Combiner HUD 組合型)和 WHUD(Windshield HUD  擋風玻璃 HUD)。CHUD 顯示螢幕為置於儀表板上方的一塊透明樹脂玻璃,一般會根據成像條件對這塊玻璃進行特殊處理,通常做成楔形來避免玻璃兩面的反射重影,可以有效控製成本,提高顯示效果;但 CHUD 置於​​儀表上方,在車輛碰撞時會對駕駛產生二次傷害,不利車內安全。

▲ CHUD

WHUD 顯示螢幕直接使用汽車的擋風玻璃,顯示效果更為一體化,也有助於造型布置;但由於擋風玻璃一般為曲面玻璃,因此 WHUD 一定要根據擋風玻璃的尺寸和曲率搭配高精度非球面反射鏡,這也直接導致 WHUD 成本升高。

▲ WHUD。

HUD 投影技術

目前用在 HUD 上的投影技術,主要有 LCD 投影、DLP 投影、雷射掃描投影、LCOS 投影等技術。

LCD 投影

最常見、技術最成熟的投影技術,與 LCD 螢幕的原理類似,將白光光源用棱鏡分為紅、綠、藍三色,經過液晶單元,達到投影效果;但光線在經過液晶後亮度會有一定程度的衰減,並且因液晶之間有一定距離,解析度也不高,但技術成熟、成本低廉,成為現階段很多 HUD 的首選。

▲ LCD 投影技術原理。

DLP 投影

DLP(Digital Light Processing)數位光處理技術是美國德州儀器的專利技術,透過集成數十萬個超微型鏡片的 DMD(數位微鏡晶片),可將強光源經過數位反射後投影出來。

▲ DLP 投影原理。

DLP 投影技術亮度高、解析度高、成像逼真,目前較多前裝 HUD 均採用此種技術,德州儀器公司也一直在汽車行業推廣 DLP。不過,由於 DLP 投影的是整個平面,為了提升顯示效果,需要針對不同擋風玻璃訂製高精度的反射非球面鏡,這也直接導致 DLP HUD 成本提高;且汽車使用環境複雜,其核心零件 DMD 較易出現壞點,使用壽命有待提高。

雷射投影技術

簡言之,就是用雷射為投影光源的技術,目前主要運用在室外大型投影和演出上,由於並不是全平面投影,雷射投影具有色域廣、亮度高、聚焦效果好的特點,非常適合投影資訊簡單、亮度要求高的 HUD 場景;並且由於雷射投影屬於聚焦投影,並不需要 HUD 匹配複雜的光學系統。但目前雷射二極管對溫度較敏感,不能達到車規要求的 85℃ 的工作要求。

▲ 雷射投影原理。

LCOS

LCOS Liquid Crystal on Silicon 矽基液晶技術,是一種基於反射式的微型矩陣液晶顯示技術,可以在非常小的尺寸內顯示豐富的資訊,亮度、解析度、對比度等性能都非常優越,Google Glass 採用的就是這種技術;但目前矽基液晶並不能大量量產,成本太高,僅有部分工程試驗 HUD 產品採用這一技術。

▲ 各種投影技術對比。

AR HUD

HUD 技術被業界重新重視,不僅因為它能提高駕駛安全性和顯示效果,更重要的是 AR 技術的出現,讓 HUD 的使用場景有了更多可能,能更加有效的提高駕駛安全性。導航的時候可以直接將資訊顯示到 HUD 上,並融合實際的路況場景進行顯示,左轉右轉一目了然;更能結合 ADAS 功能,及時預告路況和行人資訊。

▲ AR HUD 使用場景。

技術難點和局限

VID

VID(Virtual Image Distance) 虛擬圖像距離,可以理解為圖像焦點到眼睛的距離。實際駕駛情況下,HUD 的顯示圖像和道路並不是在一個平面, 人眼在道路和 HUD 之間也需要來回切換,調整眼睛的焦點,雖然解決了低頭的問題,但頻繁調整焦點也會導致視覺疲勞,並不能做到百分之百的融合顯示。一般駕駛時關注的主要是前方 20 公尺左右的情況,但目前 HUD 最多只能將 VID 做到 3 公尺,這一參數限制了 HUD 的顯示效果。

▲ VID

高溫和散熱

HUD 一般配置在儀表板的前方,完全暴露在太陽光下,因此 HUD 雖然在駕駛艙內使用,但也經受著高溫環境的考驗,加上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 樣機中將結構做成了全金屬來輔助散熱,這無形中也增加了成本。

成本

由於汽車級產品的高要求,原裝的 HUD 產品始終沒辦法把成本降到合理的區間,只能在現實效果上進行妥協,也就導致目前很多 HUD 產品的使用效果不盡如人意,加上使用情景有限,多數廠商不願意增加這項配置。希望這現象在 AR HUD 時代會有改觀。

未來前景

隨著智慧駕駛技術的不斷發展,駕駛汽車所要判斷和提醒的資訊也越來越多,如今的儀表板顯然不能滿足這些需求,將駕駛資訊和道路資訊顯示在擋風玻璃上已經是一個必然的趨勢,科幻電影中的場景終將到來。如今,越來越多的廠商已經投入到這一領域,汽車廠商也已經明確看到了 HUD 的必要性,相信在今後兩年就會出現越來越多標配 HUD 的車型。更可以相信,擋風玻璃全息顯示也會在未來實現。

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:Flickr/Automobile Italia CC BY 2.0)

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