風(fēng)擋上的進(jìn)階革命：讓增強現實(shí)與HUD歡樂(lè )玩耍

HUD作為一個(gè)從戰斗機中移植過(guò)來(lái)的高大上的技術(shù)，現在還基本上只能在高端車(chē)型上看到。但是，看看前幾天車(chē)云菌介紹的路虎Vision概念車(chē)上將會(huì )搭載的HUD技術(shù)，就知道在這個(gè)技術(shù)大爆炸的年代，HUD還沒(méi)有被大多數人享受到的時(shí)候，攻城獅們已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)階研發(fā)了。

大陸集團的最新HUD技術(shù)

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(lái)保證行駛的安全。但是呢，目前的HUD上顯示的速度一類(lèi)信息或者簡(jiǎn)單的路線(xiàn)導航，卻并不能真的解決這個(gè)問(wèn)題。對于大部分人來(lái)說(shuō)，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(jìn)入帝都的新手駕駛員從豐臺經(jīng)過(guò)五環(huán)前往回龍觀(guān)，錯過(guò)一個(gè)出口得走多少冤枉路呀，在高峰時(shí)期，就更加鬧心了。

大陸的攻城獅們利用增強現實(shí)技術(shù)，研發(fā)出了一款新型的HUD，叫做Augmented Reality Head-Up Display(以下簡(jiǎn)稱(chēng)AR-HUD)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

與傳統的HUD相同，AR-HUD上同樣會(huì )顯示車(chē)輛的基本數據，包括車(chē)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(chē)道偏離警告和ACC自適應巡航控制系統的顯示，另一方面能夠將導航路線(xiàn)和實(shí)時(shí)路況進(jìn)行高精度的顯示，來(lái)引導駕駛員們根據路線(xiàn)進(jìn)行轉彎、變道。這些信息都會(huì )被投射到風(fēng)擋玻璃上。

常規的車(chē)道偏離警告大多是通過(guò)聲音警告或者是座椅的振動(dòng)。在A(yíng)R-HUD上，如果你的車(chē)超過(guò)了道路的中間線(xiàn)或者要靠近路肩了，那么會(huì )在車(chē)道線(xiàn)邊緣的位置顯示出一排紅色的“貓眼”，來(lái)告訴你已經(jīng)超出了車(chē)道范圍，并且HUD上的道路符號也會(huì )把相應的一側變成紅色來(lái)顯示，而當你將車(chē)輛轉回到車(chē)道時(shí)，這些提示就會(huì )消失。

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

如果說(shuō)前兩項功能只是對于這兩項主動(dòng)安全技術(shù)的額外顯示，那么導航路線(xiàn)指示功能簡(jiǎn)直酷炫到?jīng)]朋友。當你接近路線(xiàn)的下一個(gè)需要轉彎的路口時(shí)，AR-HUD上會(huì )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(huì )指導你應該在何處進(jìn)行轉彎，當你轉過(guò)彎后，箭頭就會(huì )消失。有了這項功能之后，完全不需要低頭去看導航，因為沒(méi)有提示的時(shí)候只需要繼續直行就可以了，而當需要轉彎時(shí)，這些藍色的小箭頭也保證了你不會(huì )錯過(guò)。

腫么樣，看完之后有沒(méi)有心動(dòng)的趕腳?大陸方面表示，現在這項技術(shù)已經(jīng)基本開(kāi)發(fā)完畢，剩下的就是與車(chē)輛的整合工作了，真正的量產(chǎn)會(huì )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(shù)

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

負責基礎信息顯示的單元由一個(gè)薄膜晶體管、一個(gè)小型光學(xué)反射鏡、以及一個(gè)發(fā)光二極管的陣列組成，它會(huì )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(gè)寬210毫米、長(cháng)42毫米的矩形，投射距離為2.4米，與常規的HUD水平相當，可以把它看做就是一個(gè)傳統的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(guān)鍵在于另外一個(gè)元件上，這個(gè)元件負責的就是使用增強現實(shí)技術(shù)的圖層，生成的圖像看上去就像是附著(zhù)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(cháng)，是在駕駛員前方7.5米左右的位置形成圖像。光線(xiàn)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(gè)長(cháng)130厘米，寬63厘米的矩形范圍。它的關(guān)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(xué)半導體元件。

DMD芯片上有一個(gè)由幾十萬(wàn)面光學(xué)微鏡組成的鏡子矩陣，其中每一個(gè)鏡子都能被單獨控制進(jìn)行角度傾斜，芯片由電子電路、機械結構和光學(xué)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(dòng)的結構，而光學(xué)器件則是指鏡片矩陣。

當DMD正常工作的時(shí)候，光線(xiàn)經(jīng)過(guò)DMD芯片，鏡片便會(huì )通過(guò)轉動(dòng)來(lái)反射光線(xiàn)，每個(gè)鏡片的旋轉都是由電路來(lái)控制的。每個(gè)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(lái)。在A(yíng)R-HUD上，DMD芯片會(huì )投射來(lái)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?？?，能達到上千轉，鏡片矩陣會(huì )在同一時(shí)間反射光線(xiàn)，投射到屏幕上以后，給人的視覺(jué)器官造成錯覺(jué)，將快速閃動(dòng)的光線(xiàn)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(shí)際上當駕駛員平視前方的時(shí)候，也是需要略微低頭去觀(guān)察的。AR-HUD的偏向角是2°，而傳統HUD的偏向角基本上在6°左右。AR-HUD能夠自動(dòng)根據周?chē)h(huán)境進(jìn)行亮度調節，保證在任何外界環(huán)境下都能夠將圖片清晰地顯示出來(lái)。

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系統提供的，而是從實(shí)時(shí)監控車(chē)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(jìn)行數據采集，再對數據進(jìn)行融合和排序，AR-HUD上進(jìn)行這項工作的叫做AR生成器(AR Creator)。AR生成器的核心是一個(gè)滿(mǎn)足車(chē)規的1.2GHz四核處理器。

系統會(huì )從三個(gè)來(lái)源進(jìn)行數據的收集，一個(gè)是安裝在汽車(chē)前方的雷達、一個(gè)是安裝在車(chē)內后視鏡上的CMOS攝像機(監測距離在4-60米)、以及從導航系統中獲取地圖數據并進(jìn)行編譯的大陸eHorizon單元。車(chē)輛本身的位置會(huì )通過(guò)GPS定位顯示在數字地圖上，如果沒(méi)有GPS信號，那么會(huì )根據GPS提供的最后一次位置，以及車(chē)輛的動(dòng)態(tài)數據進(jìn)行模擬計算。在大陸的原型車(chē)上，這部分的數據來(lái)自于安裝在其底盤(pán)上的陀螺儀模塊。