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HUD起源及三大HUD技術(shù)的發(fā)展

2024-09-06 派大莘

HUD也叫抬頭顯示,又叫平視顯示系統,最初前身是作為美國的A-5艦載機的應用,通過(guò)平視顯示屏投射到飛行員視野前方的透視鏡,使得飛行員更加安全高效完成重要信息的觀(guān)測,提高飛行安全。自1980年后,HUD技術(shù)開(kāi)始用于民航客機用于顯示導航信息。


 HUD起源及三大HUD技術(shù)的發(fā)展

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汽車(chē)HUD的崛起

1988年,通用汽車(chē)開(kāi)始將HUD技術(shù)從飛行領(lǐng)域過(guò)渡到民用汽車(chē)領(lǐng)域中來(lái),隨后第三年即1991年,日本豐田公司在皇冠車(chē)型上首次搭載HUD平視顯示系統,隨著(zhù)HUD的興起,自2003年后,寶馬、奔馳、奧迪等豪華品牌隨后加入到HUD技術(shù)的大家庭中來(lái),當時(shí)的HUD發(fā)展前期基本以C HUD組合式抬頭顯示為主。


 車(chē)載HUD增強現實(shí)抬頭顯示

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三大HUD技術(shù)

HUD根據顯示屏的不同,HUD產(chǎn)品可劃分為三類(lèi):

C-HUD(組合型抬頭顯示系統),早期的HUD技術(shù),是一種將時(shí)速、導航等重要的行車(chē)信息,投影到駕駛員前面儀表板上的一塊透明樹(shù)脂玻璃上的顯示系統。它通過(guò)即插即用或集成到儀表盤(pán)的方式提供,設計簡(jiǎn)單,成本相對較低。C-HUD的核心是一個(gè)獨立的透明樹(shù)脂屏幕,一般會(huì )根據成像條件對鏡面進(jìn)行特殊處理,以確保信息清晰可見(jiàn)。

優(yōu)缺點(diǎn):

優(yōu)點(diǎn):結構簡(jiǎn)單,成本較低,成像清晰。

缺點(diǎn):成像區域小,顯示內容有限;成像距離近,成像高度較低;布置位置處于駕駛員前方的儀表板上,在車(chē)輛發(fā)生碰撞時(shí)可能會(huì )對駕駛員造成二次傷害。


 三大HUD技術(shù)對比

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W-HUD(風(fēng)擋型抬頭顯示系統)是利用光學(xué)反射的原理,將重要的行駛相關(guān)資訊投射在擋風(fēng)玻璃上面顯示,它提供了更為直觀(guān)且一體化的顯示效果,有助于駕駛員的安全行駛。

優(yōu)缺點(diǎn):

優(yōu)點(diǎn):顯示效果一體化,有助于駕駛安全。

缺點(diǎn):由于擋風(fēng)玻璃一般為曲面玻璃,需要精確的非球面反射鏡來(lái)確保效果,導致成本較高。

AR-HUD(增強現實(shí)型抬頭顯示系統)


 車(chē)載AR-HUD光路圖

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AR-HUD是一種將虛擬信息疊加到實(shí)際道路上的顯示系統,通過(guò)智能駕駛的傳感器(如攝像頭、雷達等)對前方的路況進(jìn)行解析建模,以得到對象的位置、距離、大小等要素,再把HUD顯示的信息精準地投影到對應的位置,它結合了車(chē)輛導航、ADAS功能等,提供行車(chē)中道路偏移、前車(chē)預警及障礙物識別等提示。

優(yōu)缺點(diǎn):

優(yōu)點(diǎn):成像距離遠,成像尺寸大,顯示信息豐富,與真實(shí)駕駛環(huán)境融為一體,無(wú)視覺(jué)盲區。

缺點(diǎn):技術(shù)復雜,研發(fā)、生產(chǎn)成本高,對光學(xué)設計、光源選擇等有較高要求。

 

全景UHD(超高清全景顯示)并非特指一種HUD類(lèi)型,而是指超高清晰度(Ultra High Definition,簡(jiǎn)稱(chēng)UHD)的全景顯示技術(shù),UHD是一種圖像分辨率標準,其分辨率通常為3840×2160像素(也稱(chēng)為4K UHD),或者更高的7680×4320像素(也稱(chēng)為8K UHD),全景UHD顯示技術(shù)能夠提供更廣闊的視野、更細膩的圖像細節和更逼真的視覺(jué)效果。

 

應用領(lǐng)域:

影視娛樂(lè ):為觀(guān)眾帶來(lái)更加逼真、震撼的視覺(jué)享受。

游戲產(chǎn)業(yè):提供更加真實(shí)、沉浸式的游戲體驗。

廣告行業(yè):使廣告畫(huà)面更加生動(dòng)、吸引人。

教育和醫療領(lǐng)域:高清晰度的圖像有助于更精確的診斷和教學(xué)。

 

D-HUD、W-HUD、AR-HUD是三種不同類(lèi)型的抬頭顯示系統,各自具有不同的特點(diǎn)和應用場(chǎng)景;而全景UHD則是一種超高清的全景顯示技術(shù),可廣泛應用于多個(gè)領(lǐng)域。


AR-HUD的構成 

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AR-HUD的構成

HUD的核心部件主要由PGU(圖像生成單元)、Concave Mirror(自由曲面鏡)和Windshield(擋風(fēng)玻璃)構成。PGU用以產(chǎn)生圖形、控制亮度,自由曲面鏡用以放大畫(huà)面,消除擋風(fēng)玻璃造成的畸變;擋風(fēng)玻璃負責再次放大畫(huà)面,消除重影(如通過(guò)形玻璃)后再將圖形反射至人眼。由于HUD畫(huà)面虛像由擋風(fēng)玻璃反射而來(lái),所以給人的視覺(jué)感覺(jué)就像畫(huà)面懸浮在玻璃外,呈現出一種全息影像的效果。

PGU(Picture Generation Unit)成像單元是AR-HUD的關(guān)鍵部件,直接影響HUD的成像效果與產(chǎn)品化成本。在A(yíng)R-HUD成本中,PGU價(jià)值占比最大,可達整機BOM的30%~50%。目前行業(yè)公認的PGU技術(shù)路徑可以分為四條,主要包括TFT-LCD(ThinFilm Transistor Liquid Crystal Display)、DLP( Digital LightProcessing)、LBS激光掃描(Laser Beam Scanning)、LCOS( LiquidCrystal on Silicon)等。

相關(guān)文章:車(chē)載抬頭顯示HUD投影技術(shù)及光學(xué)元件分析

 自由曲面反射鏡

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AR-HUD光學(xué)零件難度

光學(xué)零件也是重要的技術(shù)壁壘,HUD內置的自由曲面反射鏡,擋風(fēng)玻璃由于是不規則的自由曲面,正常投射的影像經(jīng)過(guò)擋風(fēng)玻璃反射后會(huì )形成畫(huà)面崎變,這時(shí)候就需要自由曲面鏡匹配汽車(chē)擋風(fēng)玻璃面型以消除靜態(tài)畸變、動(dòng)態(tài)畸變、雙眼視差等問(wèn)題。自由曲面鏡模具需要用精密儀器制造,做成納米級,非球面鏡需要一次成形,材料一般為為PC或者COC塑料材質(zhì),要求高面型精度,高反射率,良好的耐候性能。

 

HUD未來(lái)發(fā)展概況

從目前的市場(chǎng)發(fā)展來(lái)看,AR-HUD的發(fā)展崛起迅猛,目前國內以及國際多家知名企業(yè)開(kāi)始往AR-HUD(即增強現實(shí)抬頭顯示系統)發(fā)展,如華為、LG、松下、華陽(yáng)多媒體、水晶光電、澤景、銳思華創(chuàng )等多家企業(yè)在逐步邁入AR-HUD車(chē)載市場(chǎng),盡管存在難度技術(shù)大、制作成本高、體積大等技術(shù)難點(diǎn),但是隨著(zhù)國內目前車(chē)載技術(shù)的發(fā)展,這一難點(diǎn)被攻克的速度正在加快。


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標簽: HUD