風擋上的進階革命：讓增強現實與HUD歡樂玩耍

HUD作為一個從戰(zhàn)斗機中移植過來的高大上的技術，現在還基本上只能在高端車型上看到。但是，看看前幾天車云菌介紹的路虎Vision概念車上將會搭載的HUD技術，就知道在這個技術大爆炸的年代，HUD還沒有被大多數人享受到的時候，攻城獅們已經開始進階研發(fā)了。

大陸集團的最新HUD技術

回頭想想，HUD的出現是為了能夠讓駕駛員不需要去低頭就能看到想知道的一些信息，來保證行駛的安全。但是呢，目前的HUD上顯示的速度一類信息或者簡單的路線導航，卻并不能真的解決這個問題。對于大部分人來說，在不熟悉而且交通擁堵的地方根據導航指示找路是件非常容易焦慮的事情，路不熟的情況下很容易走錯。試想一下，讓一位初次進入帝都的新手駕駛員從豐臺經過五環(huán)前往回龍觀，錯過一個出口得走多少冤枉路呀，在高峰時期，就更加鬧心了。

大陸的攻城獅們利用增強現實技術，研發(fā)出了一款新型的HUD，叫做Augmented Reality Head-Up Display(以下簡稱AR-HUD)來解決這個問題。

與傳統(tǒng)的HUD相同，AR-HUD上同樣會顯示車輛的基本數據，包括車輛行駛速度、當地限速等等，它的厲害之處在于一方面融合了車道偏離警告和ACC自適應巡航控制系統(tǒng)的顯示，另一方面能夠將導航路線和實時路況進行高精度的顯示，來引導駕駛員們根據路線進行轉彎、變道。這些信息都會被投射到風擋玻璃上。

常規(guī)的車道偏離警告大多是通過聲音警告或者是座椅的振動。在AR-HUD上，如果你的車超過了道路的中間線或者要靠近路肩了，那么會在車道線邊緣的位置顯示出一排紅色的“貓眼”，來告訴你已經超出了車道范圍，并且HUD上的道路符號也會把相應的一側變成紅色來顯示，而當你將車輛轉回到車道時，這些提示就會消失。

當ACC功能被激活時，駕駛員能夠看到正前方車輛的后部有一道虛擬的弧線，表示攝像頭和雷達正在監(jiān)控這輛車來確定輛車的位置和適應它的速度。當車輛之間的距離改變時，HUD上的藍色條表明你正在安全的跟車距離之內，而當出現紅色的三角符號時，則表明兩車距離過近，將會有危險。

如果說前兩項功能只是對于這兩項主動安全技術的額外顯示，那么導航路線指示功能簡直酷炫到沒朋友。當你接近路線的下一個需要轉彎的路口時，AR-HUD上會顯示出一排的箭頭( or > >>)，看上去像是附在道路的表面上，這些箭頭會指導你應該在何處進行轉彎，當你轉過彎后，箭頭就會消失。有了這項功能之后，完全不需要低頭去看導航，因為沒有提示的時候只需要繼續(xù)直行就可以了，而當需要轉彎時，這些藍色的小箭頭也保證了你不會錯過。

腫么樣，看完之后有沒有心動的趕腳?大陸方面表示，現在這項技術已經基本開發(fā)完畢，剩下的就是與車輛的整合工作了，真正的量產會在2017年。而造成如此酷炫效果的，是幕后的兩大功臣：投射裝備與控制單元。

分層顯示與DMD技術

AR-HUD上之所以能顯示出這樣的圖像，是因為它將不同類型的數據和圖形分層投射到風擋玻璃上，就像在駕駛員面前有兩個投射面，其中一個顯示基本信息，另外一個顯示ADAS和導航相關的信息，分別有兩個元件進行圖像生成。

負責基礎信息顯示的單元由一個薄膜晶體管、一個小型光學反射鏡、以及一個發(fā)光二極管的陣列組成，它會將圖像投射在靠近駕駛員一端。它的可視范圍是 5°×1°，相當于一個寬210毫米、長42毫米的矩形，投射距離為2.4米，與常規(guī)的HUD水平相當，可以把它看做就是一個傳統(tǒng)的HUD。

分層的圖像投射：近端的基礎信息與遠端的道路指示

AR-HUD的關鍵在于另外一個元件上，這個元件負責的就是使用增強現實技術的圖層，生成的圖像看上去就像是附著在道路表面上一樣，圖像被投射在遠離駕駛員一端，它的投射距離更長，是在駕駛員前方7.5米左右的位置形成圖像。光線的投射面積與一張A4紙張大小相近，最終的視野范圍是10°×4.8°，相當于一個長130厘米，寬63厘米的矩形范圍。它的關鍵在于內置的DMD(Digital Micro-Mirror Device，數字微鏡裝置)芯片，是由德州儀器提供的光學半導體元件。

DMD芯片上有一個由幾十萬面光學微鏡組成的鏡子矩陣，其中每一個鏡子都能被單獨控制進行角度傾斜，芯片由電子電路、機械結構和光學器件組成，電子電路為芯片的控制電路，機械結構是控制鏡片轉動的結構，而光學器件則是指鏡片矩陣。

當DMD正常工作的時候，光線經過DMD芯片，鏡片便會通過轉動來反射光線，每個鏡片的旋轉都是由電路來控制的。每個鏡子一次旋轉只反射一種顏色，并將其作為獨立像素在投射屏上顯示出來。在AR-HUD上，DMD芯片會投射來自于紅、藍、綠三種顏色的發(fā)光二極管的顏色。鏡子的旋轉速度非常快，能達到上千轉，鏡片矩陣會在同一時間反射光線，投射到屏幕上以后，給人的視覺器官造成錯覺，將快速閃動的光線混在一起，就能在投影圖像上看到混合后的顏色。

HUD雖然叫做抬頭顯示，但實際上當駕駛員平視前方的時候，也是需要略微低頭去觀察的。AR-HUD的偏向角是2°，而傳統(tǒng)HUD的偏向角基本上在6°左右。AR-HUD能夠自動根據周圍環(huán)境進行亮度調節(jié)，保證在任何外界環(huán)境下都能夠將圖片清晰地顯示出來。

四核控制單元

AR-HUD上顯示的所有這些圖像信息都并非由AR系統(tǒng)提供的，而是從實時監(jiān)控車輛狀態(tài)的傳感器中獲得，所以在投射之前，需要先對傳感器進行數據采集，再對數據進行融合和排序，AR-HUD上進行這項工作的叫做AR生成器(AR Creator)。AR生成器的核心是一個滿足車規(guī)的1.2GHz四核處理器。

系統(tǒng)會從三個來源進行數據的收集，一個是安裝在汽車前方的雷達、一個是安裝在車內后視鏡上的CMOS攝像機(監(jiān)測距離在4-60米)、以及從導航系統(tǒng)中獲取地圖數據并進行編譯的大陸eHorizon單元。車輛本身的位置會通過GPS定位顯示在數字地圖上，如果沒有GPS信號，那么會根據GPS提供的最后一次位置，以及車輛的動態(tài)數據進行模擬計算。在大陸的原型車上，這部分的數據來自于安裝在其底盤上的陀螺儀模塊。