汽车AR-HUD发展困境：阳光倒灌与图像畸变

浅谈AR-HUD 的技术与挑战(一)

长虚像距离(VID)带来的负担沉重:

目前量产的车用抬头显示HUD正在从风挡型WHUD 逐渐向增强现实型的AR-HUD 发展：从单纯的信息展示屏幕，变成了具有在实际路况位置产生警示符号的增强现实(AR)效果。

汽车AR-HUD发展困境：阳光倒灌与图像畸变

奔驰S级上的AR-HUD效果，来源官网

AR-HUD技术最大挑战：长虚像距离(VID)

现有量产的AR-HUD如奔驰S级、红旗e-HS9、大众ID，仍沿用WHUD的光学技术，使用凹面镜放大的基本光学原理。为了实现AR-HUD中增强现实的效果，AR-HUD的虚像需要与道路上的真实路况对应，因此，其投影虚像距离(专业名词：Virtual Image Distance ，简称VID)需要尽量远，让驾驶员无需转变视线焦点便可获取对应信息。

(图:AR-HUD是基于WHUD原理，距离更远，FOV更大，带来更大挑战)

据了解，WHUD的虚像距离通常在2～2.5米之间，而AR-HUD却需要达到10～15米以上。如此远的虚像距离VID，是目前业界AR-HUD技术上面临的最大挑战。

长VID难点一：左右眼图像畸变差

WHUD的VID虚像距离通常不超过2.5米，并不是这样距离适合驾驶观看，而是迁就于凹面镜的放大倍率限制。在现今汽车工业水平的限制下，汽车的前挡玻璃曲面，固定WHUD的支架，甚至HUD的凹面镜本身都不是100%完美的，上述三者的制造微小误差都会让WHUD的虚像产生畸变，简单的说就是虚像变形。

左，右眼因位置差异，所看到同一虚样是来自不同光路，经由凹面镜与前挡玻璃不同的位置反射而来，这两个光路的变形并不一致，会导致左右眼看到同一对象的虚像形状有偏差，此时却需要在驾驶员脑海中强行组成同一对象。驾驶员的大脑对这种不协调工作便产生了晕眩等不舒适感。

图片来源《从HMZ到PS VR——索尼的头戴显示设备之路》作者，番茄沙司

虚像放大倍率越大，畸变率就越大，左右眼畸变差就越大，晕眩等不舒适感就越严重。WHUD产业经验里 VID在2.5米之内，可以让放大倍率不超过6倍，如此的左右眼畸变差是普遍能被接受的观看舒适度。

AR-HUD需要的VID长达10米以上，放大倍率高达25倍甚至30倍，即使VID虚像距离只做到较低的7.5米，放大倍率也达到20倍。这样的放大倍率产生的畸变难以制造出大量合格的HUD虚像画面。

长VID难点二：阳光倒灌

高放大倍率不但产生无法接受的左右眼畸变差，更引来强烈的阳光倒灌问题。

凹面镜放大原理类似于凸透镜放大原理，利用放大镜可以让阳光聚光产生高温从而燃烧纸张。相应的，具有凹面镜的HUD只要放大倍率够高，同样会因为聚光而产生高温，烧毁HUD的画面显示设备( picture generating unit 以下简称PGU)，这也就是所谓的太阳光倒灌。

数据源: TEXAS INSTRUMENTS

WHUD的放大倍率较小，阳光倒灌问题相对较轻，比较容易解决。但AR-HUD放大倍率是WHUD的3～5倍，阳光倒灌的烧毁能力自然也增加了数倍，这也是目前AR-HUD难以解决的一大困难。

长VID难点三：超大体积

AR-HUD的长虚像距离除了需要高的放大倍率外，也需要较长的光路，越长的光路意味着需要更大的HUD机身，加上AR-HUD也需要比较大的视野(FOV)，以至于AR-HUD体积大得可怕，并非一般的车身可以放的下。

奔驰S级AR-HUD位于仪表前方，由图片可以看出其巨大的体积，图源奔驰官网

长VID难点四：眩光问题

高放大倍率也带来更强的太阳眩光，阳光下某些角度 AR-HUD的投射画面上会产生比较明显的太阳眩光，影响车主的驾驶视线。

小结：

总结起来，AR-HUD的特点就是长虚像距离(VID)，而长VID会导致四个挑战:

过高的左右双眼畸变差
强烈的太阳光倒灌
超大体积
明显的太阳眩光

本文来源：怡利电子集团股份有限公司董事长陳錫勳

在上述挑战中，左右眼畸变差与阳光倒灌可以说是目前最迫切也是最难解决的点。关于这两个方面的解决方案，小编将在接下来几篇文章中一一道来。

（二）汽车AR-HUD难点之阳光倒灌应对方案

（三）汽车AR-HUD难点之左右眼畸变应对方案

（四）汽车AR-HUD新方案：裸眼3D

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