AR-HUD（基础入门篇）

mengmianren

一、概念

HUD，即抬头显示（Head Up Display），又叫平视显示系统，是智能座舱中消费者感知最强的模块之一。随着智能座舱的发展，抬头显示(Heads- up-display,简称 HUD)通过与行车电脑、导航仪及倒车雷达等设备配合，用于实时显示车 速、发动机转速、挡位状况、转向灯、导航提示、故障提示、巡航状态、前车距离等信息， HUD 给到消费者“看得见的智能”效果，让驾驶员尽量做到不低头、不转头就能看到。

二、HUD产品演进

HUD应用在汽车上已经有十几年，对驾驶员也同样可以起到主动安全的作用，继而催生出最初的C-HUD、W-HUD，AR-HUD多见于高端车型，以及应用于L4级智能驾驶的全景HUD。

AR-HUD 是AR增强现实技术和HUD抬头显示相结合的一种新型的车用HUD，与C-HUD和W-HUD最大的不同之处在于，AR-HUD拥有更大的视场角和更远的成像距离，而且可以直接将显示效果叠加到现实路面。未来两到三年，AR-HUD将会面临量产的爆发期，是未来智能座舱的重要组成部分。

全景 HUD 则应用于 L4 级智能驾驶，通过大成像尺寸，显示更多信息，同时兼容远 近距离成像，可以提供驾驶信息和娱乐信息，目前离商业化应用尚远。


图1-C-HUD


图2-W-HUD


图3-AR-HUD


图4-HUD细分产品



图5-HUD光学测距

三、AR-HUD的主要功能

我们整理AR-HUD的功能，可以理解为三大类：①车况及导航系统内容、②车生态服务信息、③行人预警

1）车况及导航系统内容

主要作用是显示当前车况及行驶信息，道路识别以及导航引导，一般包含的功能：

如车辆状况，胎压监测、油量/电量、续航等；

如行驶状况，时速、转速/功率、能耗等；

如导航提示，转向、行驶里程、限速等。

2）车生态服务信息

主要作用是显示附近生活服务类的信息

一般会有：

餐饮、购物等基于LBS的消费引导；

加油/充电，停车、洗车等于车辆服务相关的引导。

3）行人预警

主要面向复杂环境下的行人监测和提醒，助力安全出行

比如在多路口的特殊路段、夜晚行车环境下，通过监测车辆前方的行人，在车内提醒和预警驾驶员，注意行人。

四、AR-HUD技术原理

HUD的主要设计原理是离轴三反射镜光学系统。即图形显示器（PGU）产生图像——小反射镜（fold mirror）折转光路——大反射镜（rotable mirror）反射放大——风挡玻璃反射进入人眼成像。



图6-硬件



图7-软件

AR HUD 与WHUD最本质的区别在于，WHUD可以被定位为一个显示屏幕，但AR HUD不仅需要做显示，更难的是虚拟与真实的精准对位。

技术难点1：对真实世界的感知

目前主机厂通常将HUD归类于智能座舱域，但AR HUD往往需要与自动驾驶域的ADAS数据进行打通，基于车身自有摄像头、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达，以及GPS、差分高精度定位、IMU等诸多传感器数据，实时感知车身运动姿态和外部环境物体姿态，并进行准确识别。

技术难点2：虚拟世界的光场呈现

AR HUD要求对HUD画面进行连续变焦呈现，这一点传统的 WHUD 技术很难达到，需要借助三维的显示技术才能实现。但即使是目前市面上非常受追捧的奔驰S级所搭载的AR HUD，其实也只是一个VID为10m的单层画面，只能显示一组与真实路面无法融合的导航箭头。

技术难点3：空间坐标系的对齐

基于对真实世界的感知和对虚拟世界的呈现，HUD必须快速完成虚拟影像与真实世界在空间坐标系上的定位坐标转换与对齐，也叫做空间融合。

技术难点4：时间坐标系的低延时显示

车身自有传感器数据从采集到输入给HUD的AR实时渲染引擎完成虚像呈现，中间必然有一个时间差。根据FUTURUS目前的测算数据，这个延时的时间差需要控制在30ms以内。这对空间运动姿态捕捉及延时补偿算法的运算速率要求极高，甚至需要对场景识别的运动轨迹进行预判。

五、W-HUD实车体验：

在一次试驾活动中，笔者体验了长城汽车旗下的玛奇朵DHT-PHEV，W-HUD当天试驾调整成了雪地模式，个人习惯的原因蓝色感觉在强光下看的更加清晰，如果换成白色相反感觉可能看的不是很清晰，加上与前车的叠加等原因，总体W-HUD的体验还是非常流畅丝滑，配合导航使用可以显示下一个路口的转弯距离，眼睛可以不用看向导航了，真的很方便，也避免了目光在仪表与中控频繁切换的困扰从而影响驾驶安全，其余限速信息与当前时速均可以通过W-HUD方便看到。


video: https://mp.weixin.qq.com/mp/readtemplate?t=pages/video_player_tmpl&action=mpvideo&auto=0&vid=wxv_3219433763294756868
附：