车载抬头显示(HUD)用于在驾驶员视野范围内显示一些关键信息,以确保驾驶员能够保持注视前方路况。HUD最初起源于20世纪50年代的航空航天行业,当时主要用于军用飞机,现在广泛应用于飞机驾驶舱和飞行员头戴式(头盔)系统。由于在车辆安全和操作方面提供了与飞机应用类似的益处,如今,HUD系统在新上市车型中越来越常见。
车载抬头显示(HUD)在乘用车上的应用正在稳步增长。据估计,该细分市场在2022年的全球收入总额达到约10亿美元1至12.7亿美元2(来源:Mordor Intelligence),而且所有市场分析师一致认为,车载HUD将会继续快速普及,市场规模预计在未来五年内将达到约30亿至40亿美元。其中,车载HUD在豪华汽车领域的普及速度最快。
传统二维车载HUD,用于在驾驶员视野范围内显示信息。
HUD系统有多种不同的部署技术和方法。有些HUD系统使用TFT/microLED显示器进行图像投影,有些HUD系统则使用DLP投影仪等系统将图像投影到汽车挡风玻璃内侧,其他HUD系统采用自发光显示屏,将图像显示在挡风玻璃内嵌入的显示表面上。Luminiq在这篇文章中详细讨论了这些不同的方法。
此外,HUD系统还可以采用不同的可视化方法。传统HUD通常为二维(平面)系统。图像被投射到驾驶员前方数米的位置;这称为虚拟图像距离(VID)。投影显示器的垂直和水平视场(FOV)大小以度数表示。
HUD eyebox被定义为三维区域,在这个区域里,当驾驶员的头转向不同方位,都可以看到整个显示屏;由于挡风玻璃上投影区域的尺寸限制,这个区域在现有的传统二维HUD的中是有限的。因此,所投射的信息量也是有限的,通常仅包含基本的车速信息和导航符号。
除了视场(FOV)外,传统二维HUD还存在其他限制,比如:它们不支持将图形叠加到现实物体上,也无法与车载传感器数据整合,以创建实时人机界面(HMI)功能,这种功能可用在相对于驾驶员视场(FOV)不断变化的环境中投射虚拟图像2。为了扩展HUD功能,开发人员正在探索新一代AR-HUD系统。
AR-HUD系统提供更宽的水平视场(FOV)和更远距离的投影(更长的VID)。通常,AR HUD系统提供VID至少7米和视场至少10°的功能性观看区域(允许将虚拟图像的图形内容投射在范围更宽广的可视环境中)。
传统HUD系统的投影视场仅为5°,虚像距离仅为2.5米至3米;AR-HUD系统的投影虚像距离可达到7至20米,能够实现虚拟图像与道路上真实元素的有效融合。(图片:© Texas Instruments3)
整合后的AR-HUD系统发出偏离车道的警告信息,帮助引导驾驶员回到正确的车道上。(图片 © Continental AG,来源)
现已上市的首款商用AR HUD系统来自梅赛德斯-奔驰2021 S系车型。该系统整合来自车载传感器(如前视雷达和光学传感器)的各种输入,向驾驶员提供警报和信息。举例来说,HUD系统可以提供与前车之间的距离信息,在光线较暗的情况下显示描绘道路边缘的标记,或者通过叠加显示在车道上的方向箭头提供导航帮助。
随着新一代HUD系统的出现,制造商们用于确保虚拟图像质量的显示器测试设备面临新的要求。当3D系统与AR-HUD系统相融合在更大的视场和不同的景深范围内投射新型虚拟图像时,HUD测量过程发生了哪些变化?
由于HUD是在车辆运行时使用的,因此确保图像和字符清晰易读对于驾驶员和乘客安全至关重要。行业监管法规针对抬头显示(HUD)制定了严格的光学规定,要求制造商必须仔细检测系统的视觉性能,以确保符合监管规定。为满足此要求,汽车OEM制造商们需要使用有效的显示器测量系统,其中,理想选择是一体化的HUD测量解决方案,能够同时解决2D、3D和AR-HUD光学质量测试。
瑞淀光学系统提供全面的硬件/软件解决方案,可实现车载HUD及其他HUD系统的全自动化测试。该解决方案经过专门设计,以应对OEM制造商和供应商的测试要求(包括自定义要求及SAE和ISO等行业组织规定的要求),其包含ProMetric®成像亮度计、电控镜头和TT-HUD™软件,能够快速对HUD投影和虚拟图像进行自动化视觉检测。
TT-HUD软件使用所连接的ProMetric成像系统配备的电控镜头根据HUD虚拟图像距离自动调节焦距。完成对焦后,VID计算会给出以米为单位的投射图像的距离,测试出VID值,减少了手动测量的需要。
观看此产品演示短视频,了解瑞淀HUD测量解决方案如何能够同时测试HUD系统的所有光学性能指标,包括AR-HUD系统中的可变距离投影质量。
在此视频中,您将可以了解到以下信息:
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TT-HUD软件测试套件,用于亮度、色度、对比度、MTF、鬼影、畸变、eyebox等指标光学性能的评估。 -
使用电控镜头和瑞淀软件针对可变距离投影快速对焦,并自动计算出实际距离单位的VID值。
1. Global Automotive Head-Up Display Market Size, Segments, Outlook, and Revenue Forecast 2022-2028 by Technology, Product Type, Dimension Type, Vehicle Type, Sales Channel and Region. Research and Markets, November 2022.
2. Automotive Head-Up Display Market – Growth, Trends, COVID-19 Impact, and Forecasts (2022 – 2028), Mordor Intelligence, July 2022.
3. Firth, M., “Introduction to automotive augmented reality head-up displays using TI DLP® technology”, Texas Instruments, May 2019.
4. Ibid.
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原文始发于微信公众号(瑞淀光学系统):车载抬头显示(HUD)市场前景展望
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