智能驾驶HUD是什么，一起来看看

智能驾驶的入口——HUD 回想学习手动挡科目三时加油换挡的过程，笔者至今仍然觉得有些惊心动魄。换挡考试的路段车流很多，看路况的同时还需要低头扫一眼车速再进行换挡，对新手来说，在心理素质方面真是极大的考验。初练习的时候感叹多次：要是不低头就可以知道车速就好了！

诶！真的可以。HUD完全可以帮助实现这样的愿望（PS：虽然教练车是必然不会也不能安装相关设备的。）那么HUD是什么呢？

抬头显示简称HUD，也叫做平视显示系统，是指以驾驶员为中心、盲操作、多功能仪表盘。它的作用，就是把时速、导航等重要的行车信息，投影到驾驶员前面的风挡玻璃上，让驾驶员尽量做到不低头、不转头就能看到时速、导航等重要的驾驶信息，以此来帮助改善汽车设计，从而提高驾驶员的态势感知能力。

在驾驶员的视线中显示汽车的速度可以减少眼睛离开路面的时间。而当与传感器和先进的驾驶员辅助系统（ADAS）的能力相结合时，甚至可以突出显示一个真实物体（如行人或路障）的图形，而不是仅在车内设置红色闪烁灯或警报。它使驾驶员更容易地检测到威胁或警告，从而更快地采取行动。

HUD抬头显示最早被应用于军事航空领域，其主要原理是通过投影的方式将飞行参数、姿态信息、导航信息等投射至飞行员视野正前方的透视镜上，使飞行员保持平视状态时，可在同一视野中兼顾仪表参数和外界目视参照物，从而保证飞行安全。

在汽车座舱内，HUD主要包括C-HUD、W-HUD、AR-HUD三种。其中，C-HUD通过在仪表前方放置一个半透明的树脂板作为投影介质反射出虚像，实质上属于后装市场，但整体成像效果差，装载率难以提升；W-HUD作为C-HUD的升级方案，直接通过前挡风玻璃作为投影介质来反射成像，有效解决了C-HUD的部分安全隐患，并且在投影范围、投影内容和投影质量等维度均有所提升，是当前技术节点的主流方案；AR-HUD通过结合虚拟现实技术，以自然的距离将相关信息叠加至实物之上，整体成像尺寸更大、质量更高，不仅可以充分融合智能座舱及导航指示、车道偏离告警（LDW）、自适应巡航控制（ACC）指示灯等ADAS相关功能，同时也可以为驾驶员带来沉浸式的体验，必然会成为未来车载HUD的最终形态。

HUD目前仅在一些中高端车型可见，而且通常是选装，因此这仍然是一片蓝海市场。但是，就目前电动汽车、智能汽车的普及趋势而言，就像摄像头之于ADAS，与智能驾驶相配合的HUD必然成为未来汽车前装必不可少的一部分。随着汽车智能化程度越来越高，中控大屏、旋转屏、多功能的流媒体仪表盘等随处可见，座舱信息愈发丰富。丰富的信息需要被安全有效的接收，所以，HUD也会逐渐发展起来。

分析完市场，我们来看看关键技术和制约其发展的原因。

几年前制约车载前装摄像头发展的原因ADAS之类的智能驾驶辅助技术发展不成熟，一车多摄像头采集的信息无法被有效利用还拉高了车机成本。而对于HUD来说，重点在于清晰明白的看，这就涉及到高清不受环境光线影响的显示技术和周边环境融合感知的成像算法技术。HUD抬头显示系统主要是包括两部分：信息处理模块和投屏显示系统。二者相比，光学方面亟需解决的是后者。

投屏显示系统包括LED光源、投影单元以及玻璃反射。

玻璃反射部分光线在玻璃内部和穿出玻璃之后折射率是不一样的，因此反射到驾驶员眼中的光就分别产生了虚拟图像（我们需要的）和重影图像（需要消除的）。普通的前挡玻璃都是双层玻璃，在两层玻璃之间有一层或是多层聚乙烯醇缩丁醛（PVB），而且为了流畅的车身设计，前挡玻璃都会设计成曲面，这样只会加剧重影；所以HUD适用的挡风玻璃应该是楔形的，楔形角的目标就是让虚拟图像和重影图像尽可能的重叠，至少要达到人眼无法分辨的程度。

此外，投影单元是HUD的核心壁垒，有三种技术：TFT-LCD、DLP、MEMS激光投影。我们着重介绍前面两种。目前比较成熟的方案是TFT-LCD显示，基本上目前成熟应用的便是这种，主要用于W-HUD前装市场。如图5所示，其原理是使用LED背光源发光，电场控制两片基板之间的液晶分支旋转方向，矢量关系改变光的行进方向和颜色。

另外一种比较具有发展潜力的是DLP投影成像技术，它的成像路径如图6所示，集成的数十万个超微型镜片DMD经过红色箭头所示的强光反射后投影在显示屏上。预计HUD的大规模市场化必然包含着DLP投影技术的兴起。它的成像原理与感光元件极为相似可以类比，既解决了投影的色彩度和清晰度，也可以做到灵活显示。如果后续软件和算法逐渐与之相伴配套发展，则可以将其想象为屏幕与处理器件分离的电脑显示屏。图像的信息与车机主控结合，会更好的推动自动驾驶的发展。

W-HUD导航相关信息会投影到前挡风玻璃上，缺点也是成像范围比较小，投影距离刚刚好在汽车的车头前面。HUD系统的设计需要逐步脱离传统的显示技术，不再使用TFT面板显示，而是采用增强现实（AR）技术，将图像显示在司机前方更远的地方，在司机的自然视线范围内，提供比如导航、危险识别等等之类的信息。

AR HUD投影面积需要比较大，投射距离必须长。如果要量化来说，如图7所示，那么应该是分辨率为1080P是下限，成像距离最小要达到10m，亮度要比如今的主流TFT亮，FOV下限应当在15°左右，也就是显示视野对于驾驶者而言应当覆盖行驶的至少2个车道。

这对于投影技术是个挑战，既要保证大的视场角，又要保证其清晰度和辨识度，还要排除日常行驶中自然光和环境光的干扰，AR-HUD技术最重要的便是需要多焦点成像功能，即可以在各种深度和距离下提供目标物体视图，这样，未来对于在无法进行自动驾驶的车道中行驶时，人与车与环境的交互都会是比较友好地。而且，它也会助推目前的智能驾驶逐渐向自动驾驶前进。

HUD看似新奇，实质上在上世纪80年代初期就已经在概念型汽车上出现，2003年开始豪华轿车配置HUD逐渐增多。2020年奔驰S级的AR HUD发布，让普通人真的看见了这个市场。AR HUD 之所以受重视，不仅仅是其丰富的显示内容，更重要的是AR技术的出现，让HUD的使用场景有了更多可能，能更加有效的提高驾驶安全性。导航的时候可以直接将信息显示到HUD上，并融合实际的路况场景进行显示，左转右转一目了然。更能结合ADAS功能，及时预告路况和行人信息。可以肯定，HUD是可见的自动驾驶的入口，进入这道门，方可见成熟的自动驾驶技术。

综上所述，目前HUD的两大关键，一个是屏幕显示技术，另一个是投影技术。投影技术重点在于亮度、清晰度和滤除干扰，屏幕显示技术重点在于光学的巧妙设计和功耗考量。光学的巧妙设计一方面取决于楔形玻璃滤除重影，另一方面取决于显示部分增强色彩。

就目前的主流显示方法TFT-LCD显示技术而言，国内的天马集团已有产品具有高亮度、 高分辨率、高对比度、高透过率、快速响应的特点。在2020年1月15日，在日本最大规模的技术博览会AUTOMOTIVE WORLD 2020展会上，天马六大核心技术（异形技术、曲面技术、栅极芯片集成技术、光配向技术、局部调光技术和四色节能技术）研发出的新一代T型显示屏亮相，将传统HUD显示升级为未来可实现AR效果的AMOLED透明显示，以及在A柱上新增柔性AMOLED显示。

AR-HUD需要在显示技术方面有多年深厚的技术积累，这一点，天马的各类优势技术（如图8）为AR-HUD做了足够的铺垫。

天马不仅仅在前沿方向拥有先发优势，在中小尺寸显示屏方面也有深厚底蕴，天马拥有STN-LCD、CSTN-LCD、TFT-LCD及CF生产线及模块工厂，在技术水平、产品质量、产品档次及市场占有率等方面，均居国内同行业前列，已成为中小尺寸显示领域的领军企业。天马微电子提供多种型号的液晶屏，按照分辨率、尺寸、颜色深度以及支持的接口等方面，天马液晶屏都有相应的产品服务与方案支持，在移动电话、MP3/MP4、车载显示、仪器仪表、家用电器等领域有着非常广泛的应用。

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