一文读懂AR HUD

作者ab

10月 16, 2021

一文读懂AR HUD


抬头显示HUD分为C HUD与W HUD,目前W HUD在众多中端价位车型中的装车率正在快速提升,而C HUD正在逐渐退出前装市场。而将W HUD技术升级,实现能将投影虚像与道路实景结合的新一代HUD产品就是大家常说的 AR HUD。

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长城WEY 摩卡的 AR HUD,maxell供货

对比项
传统W HUD
ARHUD
VID
2.5m左右
7.5m以上
FOV
约6°×2°
>10°×3°
画面尺寸
10英寸左右
>50英寸
体积
可以做到3升左右
10升左右甚至更大

为了实现虚实结合的体验感,厂商需要整合传感技术以及通信技术,更大的FOV(Field of View 视场角)以及纵深显示,将虚拟图像与真实场景深度融合。

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广汽传祺 第二代 GS8,采用华阳AR HUD,即将量产

AR HUD市场

据东方证券调研报告,2020年HUD行业市场空间为13.32亿元,预计至2025年HUD行业市场空间将提升至193.6亿元左右,2017-2025年市场空间复合增长率为46.6%左右。而AR HUD凭借渗透率提升及较高的单车价值,AR HUD市场成长空间巨大。

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图片来源 东方证券调研报告


随着智能汽车概念的盛行,作为整合行车信息、车辆状态甚至传感系统的AR HUD,具备更好的安全性与科技感。AR HUD是各大厂商的研发重点,在HUD市场快速成长的契机之下,抢先布局并取得突破的厂商将更加受益。

AR HUD 结构


现有量产的AR HUD基本上还是采用三次反射(如下图)的方式将虚像光线投射至人眼中。

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图片来源 EETOP


从结构组成上来看,HUD主要是成像、光学投影以及软件三大块。

一、成像


AR HUD的成像主体是影像源,被称之为PGU(Picture Generation Unit,即图像生成单元)。目前主流的PGU方案分为四种,TFT、DLP、LCOS、LBS。

 
  • TFT,即TFT-LCD,是采用液晶显示面板透射成像。该方案是业界最早开发的投影方案,方案成熟。目前主流的TFT屏幕供应商有:JDI、京瓷、天马、京东方、信利等,基本上大部分HUD厂商都有开发基于TFT的ARHUD,红旗(水晶)、长城(MAXELL)等车型便采用这一技术。


  • DLP即Digital Light Processing的缩写,采用TI的DMD芯片,国内的光机厂商如水晶光电、广景视睿。目前量产的ARHUD采用DLP的就两家:奔驰(日本精机)、广汽传祺的GS8(华阳)。


  • LCOS(Liquid Crystal on Silicon),即液晶附硅,也叫硅基液晶,是一种基于反射模式,尺寸比较小的矩阵液晶显示装置。这种矩阵采用CMOS技术在硅芯片上加工制作而成。目前国内主要是华为跟一数科技采用这种方案。

 

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华为的AR HUD原理图,采用LCOS方案
 
  • LBS,即Laser Beam Scanning,是是将RGB三基色激光模组与微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)结合的投影显示技术方案。目前该技术受限于激光光源,量产性较差。业界相关厂商有英飞凌、MicroVision、台湾Ultimems(上海丰宝代理)等


在PGU中芯片与光源是两个关键点。

  • 芯片:目前DLP的芯片是TI的专利技术;LCOS则主要是豪威OmniVision,华为、奇景光电、日本西铁城、南京芯视元等。


  • 光源:分为LED与激光两种。LED主要是艾迈斯欧司朗、日亚、斯坦雷、Luminus(正在过车规)。激光方面则较为成熟的仅日亚,此外艾迈斯欧司朗也有。


此外,PGU中DLP与LCOS还需要通过diffuser。散热结构也是目前AR HUD的一个重点。
 

二、光学投影

 
光学投影是将PGU发出的光线放大再投影至风挡玻璃,也就是在上面的AR HUD简图中的两次反射部分——一块固定反射镜以及一块自由曲面反射镜。目前HUD整机的体积主要就是来源这个光学投影部分。

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现代艾尼氪 5的AR HUD结构图

 
随着ARHUD带来的高VID,自由曲面镜不可避免的会变得更大。这个问题是困扰现在各大厂商的一个难点。因此为了缩减体积,大家开始将目光放在了一些新兴的光学元件:光波导与HOE全息薄膜

  • 光波导是将光线通过一块具有光学纳米结构的板材,从而对影像进行放大。典型代表是大陆集团有投资的Digilens,目前国内也有很多厂商在积极开发这一技术比如说三极光电、珑璟光电、苏大维格等。

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  •  HOE全息薄膜是光线通过全息薄膜即可成像。比如说前段时间AGP与Way Ray 便正在合作这一方案,据说2023年能实现量产。


         推荐阅读:汽车挡风玻璃全息AR HUD或将在2023年量产

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三、软件

 
软件部分主要包括AR生成器、车载地图、导航系统、语音系统等。
 
其中,AR生成器(ARCreater)是一整套AR显示的软硬件解决方案,是通过数据及空间坐标融合,将虚拟信息渲染到实景画面中,从而形成虚拟信息和实景信息融合显示的效果。目前阿里巴巴、百度、四维智联、EB(大陆)、Mapbox等多家公司均可提供此方案。
 
具体来看,AR 生成器需要融合以下这些数据:

  1.  道路元素的识别数据,通过图像深度学习的卷积神经网络产生识别模型,对前方实景感兴趣范围(ROI)进行扫描识别,获取车道线、车辆、行人、非机动车、交通标志、红绿灯等道路物体的空间坐标;

  2.  AR导航信息,导航的路线信息包含转弯、距离、时间等,以及导航指示信息如路况、路口可通行车道信息、沿途POI、电子眼等信息;

  3.  其他信息,车身运行信息如车速、转速、水温、电压、胎压监控、盲区提示、ACC等信息;多媒体信息,如来电、蓝牙、FM等信息。

 

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图片引用自stradvision

小结


目前,AR HUD主要是传统W HUD技术升级而来,简单理解,就是将传统的W HUD各项参数放大数倍,从而实现的高虚像距离与大FOV。这样便会面临一系列的难点:
 

1.  过高的左右双眼畸变差

2.  强烈的太阳光倒灌

3.  超大体积

4.  明显的太阳眩光

 
为了解决这些难点,需要从软硬件上进行优化。硬件方面:玻璃自由曲面、LCOS技术以及改变光学投影而采用光波导或者全息薄膜都是行业热点。关于现阶段AR HUD的发展趋势,欢迎大家来艾邦举办的第三届汽车抬头显示HUD高峰论坛上现场交流。

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本文参考资料为:《东方证券20210626 HUD市场报告》、

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