抬頭顯示技術(shù)（HUD）是創(chuàng)造更好駕駛體驗的一個發(fā)展方向,它們可以通過在駕駛員擋風玻璃上顯示關(guān)鍵信息和功能來幫助改善汽車設(shè)計，從而提高駕駛員的態(tài)勢感知能力。
例如，在駕駛員的視線中顯示汽車的速度可以減少眼睛離開路面的時間。而當與傳感器和先進的駕駛員輔助系統(tǒng)(ADAS)的能力相結(jié)合時，HUD技術(shù)也能使駕駛員更容易地檢測到威脅或警告，這樣他們就能更快地采取行動。例如，駕駛員可以看到一個突出顯示真實物體（如行人或路障）的圖形，而不是僅在車內(nèi)設(shè)置紅色閃爍燈或警報。
HUD系統(tǒng)的設(shè)計開始脫離傳統(tǒng)的顯示技術(shù)，即使用薄膜晶體管(TFT)面板，而是采用增強現(xiàn)實(AR)技術(shù)，將圖像顯示在司機前方更遠的地方，在他們的自然視線范圍內(nèi)。這種投影還允許這些圖像代表真實世界，并提供更多有用的信息，比如導航、危險識別等等。
AR HUD？
雖然傳統(tǒng)的HUD系統(tǒng)確實具有先進的汽車顯示技術(shù)，但它們?nèi)杂芯窒扌浴＠纾麄儚鸟{駛員的有利位置提供一個小視野（FoV）。投影圖像的空間很小 - 大約5到7個水平度 ，并且通常在駕駛員前方顯示2到3米的地方，這使得圖像靠近汽車的前保險杠附近。這種有限的FoV限制了可以顯示的圖像類型以及這些圖像可以出現(xiàn)在駕駛員視圖中的位置。
另外，有限的虛擬圖像距離（VID）使得難以將保形圖形對準或覆蓋到真實對象上。因此，傳統(tǒng)HUD上顯示的信息主要與駕駛員座位上其他地方可見的信息重復，并且沒有添加其他功能。
AR HUD通過較長的VID減少了重新調(diào)節(jié)時間 - 從使用傳統(tǒng)HUD約2米到使用AR HUD的7,10甚至20米 - 這意味著駕駛員的眼睛不必在現(xiàn)實世界之間轉(zhuǎn)移焦點到HUD符號，使他們更容易處理和理解信息。圖1和圖2顯示了傳統(tǒng)（過去和現(xiàn)在）HUD和AR（未來）HUD之間的這些FoV和VID差異。
圖1：傳統(tǒng)的HUD提供更小的FoV圖像，在驅(qū)動器前面顯示2到3米的信息。未來的AR HUD將允許10度或更高的FoV，從而能夠顯示更多信息。
在考慮下一代汽車的ADAS時，減少駕駛員的眼睛重新適應(yīng)時間變得更加重要，因為ADAS允許關(guān)鍵信息非常自然和有效地顯示在顯示屏上。隨著AR HUDs的采用，汽車設(shè)計師現(xiàn)在可以選擇將集群和傳統(tǒng)的中心堆棧信息直接放置在駕駛員的視線中，這可以在未來的汽車中提供更多的儀表板設(shè)計靈活性。
設(shè)計挑戰(zhàn)
在設(shè)計過程中，AR HUDs與傳統(tǒng)的HUD系統(tǒng)有著不同的特點和關(guān)注點。AR HUDs提供了一個更寬的FoV，也提供了一個更大的眼睛框，這是司機的頭部和/或眼睛必須在這個區(qū)域才能看到虛擬圖像。更大的眼框更適合個子更高和更矮的司機。它們還允許更多的頭部運動(上/下和左/右)，而不會影響虛擬圖像的可見性。擁有一個更大的眼框簡化了HUD的設(shè)計，因為你不需要在軟件中調(diào)整圖形。不管驅(qū)動程序的高度如何，對象的覆蓋都是正確的。
在增加FoV和擴大眼箱時需要權(quán)衡：增加亮度或流明。光源提供的流明越多，光線就越亮。當FoV的尺寸增加一倍時，所需的光量也會增加一倍。同樣，當比較傳統(tǒng)的HUD(一個小的FoV)和AR HUD(一個大的FoV)時，所需的光量增加，需要的光源不僅是有效的，而且可以產(chǎn)生大量流明(光)。
另一個設(shè)計挑戰(zhàn)是太陽能負載，太陽能負載的一個簡單類比是當你用放大鏡聚焦陽光時所發(fā)生的事情。它產(chǎn)生的點攜帶了大量的太陽能(太陽能負載)。當合并AR HUDs時，因為你有一個很長的視頻，這樣做的光學在放大方面變得非常強大——大約25到30倍。在不吸收所有熱量的情況下，處理如此高的太陽能負荷是至關(guān)重要的。
AR HUD技術(shù)的另一個設(shè)計考慮因素是性能一致性:顯示亮度、顏色、寬工作溫度范圍(熱/冷白天和黑夜)下的質(zhì)量，以及無論駕駛條件如何的可靠性能。駕駛關(guān)鍵信息，如碰撞警告和車道偏離必須是可見的，在任何時候，如晚上，在黑暗的隧道，通過雨，在明亮的陽光。
使用偏振光太陽鏡來減少眩光，也被認為可以阻止由TFT HUD圖像產(chǎn)生的圖像。AR HUD系統(tǒng)需要允許通過偏振光太陽鏡查看圖像，如圖3所示。
圖3：雖然偏光太陽鏡減少了眩光，但不幸的是，它們也會過濾掉一些TFT HUD圖像。DLP®技術(shù)是消除偏光太陽鏡對HUD圖像影響的一種方法。
HUD還必須始終如一地生成明亮，鮮艷和飽和的顏色，這需要寬色托盤。高飽和度對于紅色特別重要，紅色通常用作警告顏色。通過正確的設(shè)計，AR HUD可以支持高亮度和寬調(diào)光范圍，并根據(jù)周圍環(huán)境自動調(diào)整，使信息在所有駕駛條件下始終可見，使駕駛員能夠查看和響應(yīng)各種信息。
最后，另一個設(shè)計考慮是診斷，當hud變得更大，并將關(guān)鍵信息定位在駕駛員的直接視線內(nèi)時，顯示器不能出現(xiàn)故障是至關(guān)重要的。這意味著HUD不應(yīng)該顯示超亮的圖像或損壞的數(shù)據(jù)(靜態(tài))圖像，這可能導致驅(qū)動程序暫時失明。對HUD映像進行可靠的系統(tǒng)監(jiān)視和診斷將變得越來越重要。此外，如果系統(tǒng)發(fā)生故障，它必須能夠立即關(guān)閉。HUD圖像不應(yīng)該干擾司機的視線，這將干擾車輛的運行。
未來的設(shè)計方法
在AR HUD設(shè)計面臨的最大挑戰(zhàn)之一是該設(shè)備的物理尺寸，以使其有效地適應(yīng)現(xiàn)代汽車而不會影響其他重要的車輛功能。HUD包裝尺寸可以變得非常大 - 大約15到20升（0.5到0.7英尺3），所以真正的測試是找出一種方法將它裝入汽車。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，公司正在研究不同的和更新的技術(shù)，如波導和全息薄膜，以幫助減少HUD封裝尺寸。由于DLP技術(shù)與激光器配合使用，因此它支持波導和全息薄膜，這可以進一步縮小單元的尺寸。
該行業(yè)正開始用更新、更小的技術(shù)取代傳統(tǒng)的HUD光學設(shè)備，如鏡子。作為一個額外的好處，這些不同的技術(shù)允許更大的FoV，所以現(xiàn)在有可能以15 x 5度或更大的FoV HUD為目標。這種替代設(shè)計方法使更多的汽車制造商能夠更好地將增強現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用到汽車中。
此外，HUD設(shè)計需要支持實時車輛傳感器數(shù)據(jù)和人機交互軟件，以便在動態(tài)環(huán)境中準確地疊加符號。從多個系統(tǒng)獲取傳感器數(shù)據(jù)，并在現(xiàn)實世界中直觀地表示它，以便駕駛員能夠理解并采取行動，這需要復雜的系統(tǒng)來進行通信和處理大量數(shù)據(jù)。汽車系統(tǒng)設(shè)計人員正致力于開發(fā)有效且高效的方法，以實時準確地捕獲，處理和顯示該傳感器數(shù)據(jù)。
