汽车抬头显示的下一战场——3D ARHUD

大家都知道，HUD抬头显示是为了让驾驶员以直观的方式去获取车辆信息，减少因低头查看仪表盘而造成的分心，提升驾驶安全。随着市场接受度、显示效果的提升，各大厂商在这一领域纷纷加码。

整体来看，前几年各大厂商的焦点在于如何优化产品效果与降低成本，而随着长城、吉利、上汽大通等国产车型量产WHUD，相关难题正一一破解。去年，奔驰S级发布了ARHUD，其酷炫的显示效果，受到业界的一致好评，此后，大众ID.4、红旗HS9也配备了这一产品。在奔驰的带动下，HUD战场开始向着技术高地AR HUD进行着转移。

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WHUD/2D ARHUD/3D ARHUD

显示效果对比

ARHUD 即 Augmented Reality Head Up Display，在ARHUD领域，我们还可以将之细分为2D- ARHUD与3D-ARHUD。其中2D的显示画面为平面，而3D则是立体视觉效果。下面，我们先将这二者与量产车上的WHUD进行一些对比。

类别	WHUD	2D-ARHUD	3D-ARHUD
画面距离	约2m处	至多7-10m	理论上无限远
成像效果	平面	平面	立体
缺点	驾驶员获取车辆信息画面与远方路况仍需切换视线，存在一定隐患	2D画面与3D路况难以实时对位，虚实距离易受晃动或坐姿影响，从而造成驾驶员误判	目前成熟方案少，成本高
优点	工艺成熟、成本低	效果较WHUD好，成本也稍低，现阶段更易实现量产	具备最佳显示效果，同一画面内不同信息可以放在不同距离，无需切换驾驶视线

看了上述表格，大家可能还是不够了解AR HUD中2D与3D间的差别。下面为大家简单的介绍一下。

2D ARHUD VS 3D ARHUD

WHUD/ARHUD一直都依赖光学凹面镜成像原理实现距离与视觉尺寸的放大，这个原理的影像畸变随着放大倍率而增大，因此通常HUD整体体积大，而视觉距离却无法太远，并且画面也局限在2D的状态。

2D ARHUD：虚像距离有限，大概在7-10m处。由于其显示画面是平面的，与AR HUD所讲的增强现实其实存在一定差距，譬如说当车头晃动或驾驶坐姿改变，虚实距离易产生偏差，反而容易造成驾驶员误判。

汽车抬头显示的下一战场——3D ARHUD

3D ARHUD：使用3D立体视觉技术可以让视觉距离随心所欲，要多远就多远，且同一画面内不同信息可根据需求摆放在不同的距离上，让驾驶视线不用在HUD信息与交通实况间切换，同时兼顾车辆信息与实际路况。

通过以下两个案例，或许大家能进一步理解：

转弯路口

信息画面重叠在实际转弯路口上方，随着转弯路口逐渐接近，HUD显示的信息也同步接近，驾驶员甚至不用理解200米、150米、80米、20米是什么概念，只需在提示信息的地方转弯即可。

前车车距

再比如其他信息的显示距离与前车距离相同，感觉上HUD信息仿佛贴在前车的车尾上，驾驶专注前车动态的同时便可以阅读HUD的信息，视线不用做任何切换。这样才能发挥HUD 确保驾驶员阅读信息不影响驾驶安全的终极目标。

技术高地-3D ARHUD

传统3D立体视觉技术众多，但应用到HUD领域上的却都未达成熟状态，这是HUD 仍只使用光学放大技术的原因。全息投影、3D眼镜与裸眼3D技术是目前在飞汽车市场上已经开始使用的两种，也是最有可能应用在车载HUD上的。

现有3D立体视觉技术：全息投影、3D眼镜与裸眼3D

全息投影

3D显像技术中最完美的，裸眼便可观看物体各种角度的立体画面，然而全息技术对环境条件与精度的要求严苛，不易在实验室以外的条件下使用，其成本更是让人望而却步，虽然许多HUD主要厂商与车厂都投资全息技术的初创公司如Digilens、Envisics、Ceres，但目前还未见量产成果。

汽车抬头显示的下一战场——3D ARHUD

大陆电子联合Digilens开发全息投影ARHUD，来源大陆电子

3D眼镜

左右眼独立画面的3D技术最为成熟，已经普遍使用在3D电影、3D电视、VR眼镜等商业应用上，但这种技术需要配戴特殊眼镜才能观看，不适合车上驾驶的场景应用。

裸视3D

不须配戴眼镜即可观看的3D技术称为裸视3D或自动3D技术，裸视3D的技术已开发许久，但受到技术限制不成熟，成本高效果却不理想。已经有部分产品上市，例如任天堂3DS、最近Sony的裸视3D平板电脑、Continental为奔驰开发的裸视3D仪表等等。然而这些传统裸视3D技术却无法应用到HUD产品上。

传统裸眼3D的技术缺陷以及技术创新

传统裸视3D采用的技术分为遮障光栅与柱状透镜光栅两大类，Continental 3D仪表采用遮障光栅的技术，这种方式成本稍低，但无论分辨率或亮度都只剩下1/2，而Sony的3D平板采用柱状透镜光栅技术，虽没有损失亮度，但是成本极高且分辨率照样损失一半。

这两种技术都具有一个致命的共通点，使之难以应用在HUD领域，那就是过高的串扰率（Crosstalk）。

串扰率，简单的说就是要让左眼观看的画面有一定的比例会让右眼看到，反之亦然。画面虽然可以产生立体效果，却也产生不必要的鬼影（ghost image），一般使用上串扰率低于20%，大部分鬼影就能被画面上其他影像所覆盖，降低不良影响，但HUD画面上只少许比例有信息影像，其他部分大多是黑画面，因此鬼影很容易干扰视线。

裸视3D要应用在HUD产品上，其串扰率至少要达到1%以下，最好控制在0.3%以内，这种目标无论是遮障光栅或柱状透镜光栅都难以达成。

当然，关于串扰率过高的问题，很多厂商进行了改进尝试，并取得了一定突破。比如说可以使用超高指向性的背光技术，不仅无损画面分辨率，亮度还可以得到增加。这一技术有部分厂商达到了可以量产的阶段。

经小编了解，国内HUD资深企业怡利电子便是其中一家，经过其研发团队的不断努力，从采用DLP光机到TFT技术，最终产品的成本甚至可以低于2D ARHUD，仅约同FOV的WHUD 1.5倍的价格，且由于合理的VID与放大倍率，其量产质量稳定性远高于2D ARHUD。通过传统TFT转向90度就可以达到1%以下的低串扰率，优化后TFT的串扰率甚至可达0.3%以下。

3D ARHUD采用真实的立体视觉，因此不需要很大的FOV与较远的VID，3D ARHUD体积与同FOV的WHUD 相差不多，已搭载WHUD的车款很容易转换成3D ARHUD。怡利3D ARHUD按TFT尺寸区分，有1.8英寸、3.1英寸和4.1英寸三种。

3D ARHUD 配套技术

裸视3D ARHUD需搭配楔型玻璃（或镀膜玻璃）来去除前挡反射的重影，为适应未来可能出现的全前挡显示的配置，最好搭配镀膜前挡来取代楔型玻璃的前挡，因为楔型玻璃只能去除正前方HUD的重影，无法去除侧方向的HUD重影，而镀膜的前挡却可以，据了解，福耀玻璃已经成功开发取代楔型玻璃的镀膜技术。

3D ARHUD需要眼球追踪系统使左右眼的画面投影左右眼正确的位置，DMS驾驶监控系统本身就具备眼球追踪的功能，但其规格必须要满足裸视3D的需求，目前怡利已成功开发出完全满足3D ARHUD需求的DMS产品。

3D ARHUD的未来——全风挡显示

3D ARHUD使用立体视觉中两眼聚合的视觉距离（CID），而非传统的光学虚像距离（VID），不需依赖凹面镜来放大VID，未来将朝向无光学系统的方向发展，其体积将大幅度的缩小，并可置于仪表台任何地方，显示于前挡玻璃的任何地方，达到全前挡显示的效果。

应用场景比如驾驶正前方的主3D ARHUD、其左右两旁显示左右后视镜画面的HUD、前挡中央上部显示车内后视镜画面HUD、副驾驶正前方显示副驾驶专用娱乐HUD且其画面只有副驾看得见，驾驶看过去仍是全透明的前挡等等。3D ARHUD在前挡显示上的应用发展极具潜力与前景。

无论电子左右后视镜或电子车内后视镜都是未来的潮流。但由于2D显示缺乏距离感，其效果难以取代玻璃镜的传统后视镜，这个问题3D解决了。使用双镜头搭配3D ARHUD显示，将使得电子左右后视镜、车内后视镜具备与传统玻璃镜相同的距离感，有助于全面取代传统玻璃镜左右后视镜与车内后视镜。

总结

如今车辆逐渐电气化、智能化、自动化，但车辆与驾驶员间的沟通永远不可缺少。HUD是驾驶员与车辆沟通最安全的方法。传统凹面镜光学HUD受物理限制，其实际效果受限。经过不断的研发改善与技术突破，裸视3D ARHUD应运而生。裸视3D ARHUD突破原理限制，实现了体积小，既可显示在前挡任何位置，又可无限动态对准路况真实距离，从而大幅提高驾驶安全性与体验感。3D ARHUD无疑会成为车辆信息显示的终极方案。

本文来源：怡利电子集团股份有限公司董事长陳錫勳

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