AR技术的原理以及在汽车安全领域中的应用解析

自奔驰于1886年造出第一辆可供销售的汽车开始，汽车已经走过了134年的岁月。随着汽车进入越来越多的家庭，汽车的安全性也显得越来越重要。1959年，沃尔沃第一次推出了首款标配三点式安全带的车型PV544。1970年，福特推出了第一款选装ABS装置的车型林肯大陆Mark III。随着AR技术的发展，其在汽车安全领域的运用也将不断扩大。本文主要将介绍AR技术的原理以及AR技术在汽车安全领域的三个应用实例。

1． AR技术原理

1．1 AR技术简介

增强现实（AR），是在虚拟现实（VR）的基础上发展起来的新技术，也被称之为混合现实，是一种借助于计算机图形技术和可视化技术，通过图像识别、动作捕捉、虚拟现实等技术的综合应用，将虚拟信息精确地叠加在现实世界的“虚实”交互技术。

1．2 AR系统的基本组成

图1 测量关节臂

关节臂测量系统通过硬测头测量，建立机器与3D数据对齐的3坐标系。

图2 工业摄像头

带有适配器的工业摄像头进行拍摄，适配器建立关节臂硬测头位置和工业摄像头位置的转换矩阵，摄像头扑捉车辆路面图像信息。

图3 AR 软件

AR软件将虚拟信息与车辆路面信息进行虚实交互，并完成相关的分析过程。

图4校准

对 AR 增强现实系统的摄像头畸变和追踪定位校准。

图5 显示设备

显示设备包括大屏幕、工业 3D 眼镜、手持式显示设备等。在汽车应用上如HUD显示。

1．3 AR系统的工作原理

图6 系统工作原理图

AR系统的基本工作原理如图所示

（1） 首先通过测量臂进行整车坐标系的对齐，同时完成摄像头坐标系与测量臂坐标系的位置转换矩阵计算；

（2） 然后导入虚拟的 CAD 数据模型到 Metaio Engineer 软件系统；

（3） 接着通过摄像头获取实际车辆外部的路面情况；

（4） 最后通过 Metaio Engineer 进行 AR 增强现实的影像虚实叠加并输出相关信息。

2． 技术应用

2．1 AR（Augmented Reality）HUD（Head Up Display）

图7 大陆集团的AR－HUD技术

传统的抬头显示器 （HUD） 只能将自车的车速显示在挡风玻璃上，大陆集团的AR－HUD技术结合了AR技术与HUD技术，可以实现诸如车道偏离预警、自适应巡航控制、车辆导航等功能。在车辆行驶过程中，AR－HUD 系统会将自车车速、转弯信息、道路信息、车间距离等信息投影，驾驶员则无需低头看车速、GPS导航等信息，极大的提高了安全性。

2．2 Transparent Bonnet

图8 捷豹路虎的透明引擎盖技术

“透明引擎盖”技术可通过摄像头将路面情况反馈到半透明的引擎盖上，消除了驾驶员的视觉盲区，让驾驶员接收到更多的路面信息，从而避免了事故的发生。除此之外，驾驶员还可以在挡风玻璃右下角获得车辆的俯仰角、侧倾角以及车轮转角，在非结构化道路行驶过程中有极大的帮助。

2．3 360° Urban Windscreen

图9 捷豹路虎的360度虚拟城市挡风玻璃技术

360度虚拟城市挡风玻璃”技术同样利用了AR技术，将车外的实时路况嵌入车内的A柱、B柱以及前挡风玻璃中。当前方有行人和车辆在A柱盲区内时，A柱将会变得透明，驾驶员将会获得更好的视线；当后方有车辆或行人要超过车辆的时候，B柱将会变得透明，驾驶员可以更全面的观察到信息；驾驶过程中，会出现虚拟车辆引导驾驶员调整方向、保持车距，同时还会告知剩余停车位、加油站位置等信息。有了这个技术的加持，将会大大提升在城市开车的效率以及安全性。

AR技术在汽车领域的应用也需要注意到“少即是多”以及“不止目所能及”这两个要点。“少即是多”是指避免过多的信息反馈，过多的信息将会成为负担，分散驾驶员的注意力；“不止目所能及”是指可以将更多隐藏的信息挖掘利用，如：距终点距离、前车车况、前方道路情况等。相信不止在安全领域，未来AR技术会在汽车上得到更多的运用。