車載視覺技術的功能有哪些

① 質用車：儀表盤會被替代關於HUD你了解多少

隨著科技的進步，汽車工業也在飛速前進，越來越豐富的進階配置層出不窮，其中最具代表性的配置之一就是HUD抬頭顯示系統了。在科技產品橫飛的今天，可以像科幻電影里那樣隔空就能讀取信息的場景已進入了現實。那麼HUD抬頭顯示系統真的有那麼神奇嗎？關於它，大家又了解多少呢？

一、何為HUD？

HUD是英文Head-Up Display的縮寫，即抬頭顯示系統。此技術的核心就是利用圖像生成單元將信息投射在駕駛者視野前方的光學成像系統上，從而使駕駛者可以不用低頭看儀表盤就可以讀取到車輛相關信息。

其實這項技術一開始並沒有應用在汽車上，而是戰斗機上。為了幫助飛機駕駛員減輕認知負荷，提高感知能力並強化作戰效率，早年間一些戰斗機就搭載此項技術。隨著時間推移，這項軍用技術出現在了汽車上。

1988年，通用旗下的奧茲莫比爾Cutlass Supreme Indy 500 Pace Car首次搭載了HUD抬頭顯示系統。後來，這項技術也慢慢地被民用化和普及，直到今天，市面上越來越多的車型都開始搭載HUD抬頭顯示系統。

二、車載HUD成像原理和分類

HUD抬頭顯示系統的成像原理和投影儀相似，通過圖像生成單元PGU生成畫面並投射到光學成像系統上。圖像生成單元負責生成HUD輸出圖像，而光學成像系統則用於顯示圖像。其中，圖像生成單元PGU（Picture Generation Unit）是HUD最核心的部件，其技術路線主要有TFT-LCD、DLP、LCOS和MEMS-LBS，目前TFT-LCD和DLP技術是市場主流。而光學成像系統則根據不同的HUD抬頭顯示系統的種類來劃分。目前汽車市場上有三種HUD抬頭顯示系統，它們的原理大致相同，而在圖像生成單元的能力、載體的類型以及可實現的功能上有所區別。

1.C-HUD（Combiner Head-Up Display）組合式抬頭顯示器

這類HUD抬頭顯示系統的光學成像系統為一片樹脂玻璃，其作用是接收和反射來自圖像生成單元PGU的畫面。該套系統通常有著較小的體積，一般會裝備在體型較小的車型上。此類HUD抬頭顯示系統展示的信息較少，一般僅可以顯示車輛時速、部分多媒體功能等簡單信息。目前，雖然C-HUD還有在售車型在搭載，但由於其結構和功能相對不夠完善，基本上已經處於被淘汰邊緣。

2.W-HUD（Windshield Head-Up Display）風擋式抬頭顯示器

顧名思義，其光學成像系統為車輛的前擋風玻璃。此類HUD抬頭顯示系統的展示範圍更廣，顯示和支持的功能也更多。可顯示如道路交通標識識別、車輛時速等信息，相比C-HUD信息更加豐富。目前W-HUD是市場主流的抬頭顯示系統品類，大部分在售車型都在使用。

3.AR-HUD（Augmented Reality Head-Up Display）增強現實抬頭顯示功能

同W-HUD一樣，它的光學成像系統也是車輛前擋風玻璃。而區別在於，AR-HUD有著更遠的成像距離以及更大的成像畫幅，此外，還具備增強現實的顯示功能，如目前常見的AR實景導航功能，其可將導航路徑顯示和駕駛員前方的實景路面相融合，實現科幻電影里的炫酷功能。不過，這項功能對車輛的感知能力要求較高，需要車輛具備較高的輔助駕駛軟/硬體配置，目前市面上只有小部分車型才配備此類HUD抬頭顯示系統，如飛凡R7、賓士EQS SUV以及即將上市的深藍S7等。

三、車載HUD的優劣與哪些因素有關?

雖然HUD抬頭顯示系統已經被廣泛普及，但產品能力還是參差不齊的。那麼HUD抬頭顯示系統的優劣與哪些因素有關呢？

1.光學成像系統

上文提到了目前新車中所搭載的HUD系統有兩種光學成像系統，一種是C-HUD的樹脂玻璃，另一種則是車輛前擋風玻璃。其中，前者受結構設計影響，立起來後的樹脂玻璃會對駕駛員前方視野造成一定的干擾，同時畫面大小也會被樹脂面板的尺寸所局限，視覺體驗也會打折扣。後者的光學成像系統為車輛前擋風玻璃，相比之下，駕駛員的前方視野、所看到的畫面效果和使用體驗等，都會表現更佳。

由於前擋風玻璃為雙層設計，之間有一層薄厚均勻的PVB膜，此結構會使投射出的影像呈現出「重影」情況。為了避免「重影」的發生，目前有兩種方法來解決。第一種就是把前擋風玻璃內的PVB膜的橫截面設計成楔形，使前擋風玻璃呈現出薄厚不均勻的狀態來消除「重影」現象。第二種則是在前擋風玻璃內側塗覆納米膜，從而起到消除「重影」的作用。所以，擁有W-HUD以及AR-HUD功能的車型，其前擋風玻璃也會和擁有C-HUD功能的車型不同。另外，在前擋風玻璃的成本方面，前兩者也會高於後者。

2.視場角FOV（Field of View）

視場角FOV是人眼透過光學成像系統可觀察到視野的兩側邊緣與人眼瞳孔中心連線的夾角。通常視場角用X°×X°表示，乘號前的角度為水平視場角HFOV，乘號後的為垂直視場角VFOV。投射的圖像尺寸大小除了受上文提及的光學成像系統影響以外，還會受HUD設備所能達到的視場角FOV所影響。

對於W-HUD來說，一般只考慮其水平視場角HFOV。目前市面上主流車型的W-HUD水平視場角一般在5°-7.5°左右。而對於AR-HUD來說，水平/垂直視場角都是非常重要的，10°×3°的視場角只是AR-HUD的門檻。

3.虛像距離VID（Virtual Image Distance）

虛像距離VID指的是投影虛像到人眼瞳孔之間的距離。虛像距離VID和上文提到的視場角FOV需相互適配，才能更好地發揮HUD抬頭顯示系統的功能。視場角FOV越大，虛像距離VID越遠，理論上其展現的投射畫面就會越大，往裡填充的內容也可以更豐富。

當然，虛像距離VID並不是越遠越好，太遠的話，人眼並不能很清楚地觀察投影畫面。目前市面上主流W-HUD的虛像距離VID通常設置為2m-3m，而AR-HUD的虛像距離VID則需要被設定為7.5m-10m，有的更遠，需設定為10m-15m。

4.圖像生成單元PGU（Picture Generation Unita）

圖像生成單元PGU決定了HUD抬頭顯示系統的解析度、亮度還有顏色飽和度等參數，技術路線主要有TFT-LCD、DLP、MEMS-LBS和LCOS。目前TFT-LCD大量運用於W-HUD，而DLP則是AR-HUD領域使用最成熟的技術。

（1）薄膜晶體管液晶顯示屏技術TFT-LCD

TFT-LCD技術的工作原理是LCD被背光光源照亮後，通過集成在LCD面板每個像素點背後的薄膜晶體管驅動液晶分子旋轉改變光源偏振狀態，從而呈現不同的明暗灰度，再通過RGB濾色片呈現彩色圖像。TFT-LCD優勢在於高響應速度、高亮度、高對比度、技術成熟以及成本較低。劣勢主要在於熱管理難度大，需要有更多熱管理方面的光學設計。

（2）數字光處理技術DLP

DLP技術是以數字微鏡裝置作為主要光學控制元件調節反射光，並在勻光片上實現投射成像的技術。通過集成數十萬個超微型鏡片的DMD (數字微鏡晶元)，可將強光源經過數字系統計算反射後投影出來。DLP技術的優勢包括熱效應不嚴重，及圖像明亮度、顏色飽和度等表現較突出。劣勢主要在於圖像對位、清晰度、銳度、重影、失真以及成本相對較高等問題。

（3）激光掃描技術MEMS-LBS

MEMS技術是使用具有較高功率的紅、綠、藍 (三基色) 單色激光器為光源，激光經相應的光學元件和處理晶元的整合與掃描後投射在顯示屏上。MEMS方案的優勢為低能耗、大視場、高亮度和高對比度。其劣勢在於激光二極體因不耐高溫而無法滿足車載高溫工作環境要求、價格昂貴成本較高。

（4）硅基液晶投影技術LCOS

LCOS技術是一種基於反射模式的小尺寸矩陣液晶顯示裝置，採用CMOS技術在硅晶元上加工製作而成。它屬於新型的反射式micro LCD投影技術。其工作原理和LCD類似，其通過硅基液晶體使光的偏振發生旋轉。具有高解析度、高視覺清晰度、低能耗、小尺寸等優點。缺點是只會反射偏振光。

5、運算能力

對於AR-HUD來說，系統運算能力是相當重要的一點，這關繫到AR-HUD顯示的信息與實景疊加後視覺效果的好壞以及顯示畫面的准確程度。它不僅要時刻對導航信息和感知信息進行適配，還需要將導航路徑顯示和駕駛者眼前的道路進行完美融合。這也是目前AR-HUD並未被大量普及的主要原因之一。

四、車載HUD真的可以取代儀表盤?

目前已經有一些車企的新車型開始嘗試用HUD抬頭顯示系統來取代儀表盤，比如理想L9、深藍S7等，HUD能否取代儀表盤其實也是網上討論比較多的話題，但我認為現階段這其實是一個「偽命題」。為什麼有了HUD一定就要取消儀表盤？兩者共存其實也並不矛盾，近些年來，大部分汽車廠家都是這樣來做的。HUD有其突出的優勢，但同樣也存在一定的弊端，至少在無人駕駛真正到來之前，兩者大概率還會共存一段時間。

1.優勢

（1）增強駕駛安全性

據數據顯示，採用HUD後，駕駛員想查看車輛信息時通過HUD只需低下頭5-10°；而看組合儀表的話，則需低20-25°。假設車輛時速60km/h，低頭一秒鍾就相當於駕車盲駛16米。而有了HUD抬頭顯示系統之後，此方面的隱患將會有所降低。

（2）提升人機交互體驗

有了HUD尤其是AR-HUD之後，人機交互方面的體驗有所提高，AR實景導航系統以及顯示在投影視場內的信息非常豐富，一定程度上提升了駕駛者的用車便利性和人機交互體驗。

2、劣勢

（1）受環境影響較大（陽光倒灌）

對於HUD來說，陽光倒灌是致命傷，由於結構的特殊性，在晴天時，駕駛者視場和設備有可能會被陽光照射，一方面會影響畫面投射質量，另一方面則有可能對設備產生一定的損傷。

（2）會產生眩暈感

眩暈感是由於駕駛者雙眼觀察虛像不一致所導致的，在一定程度上會引起駕駛者的不適，所以經常會聽到有人特意會在駕駛時關閉HUD抬頭顯示系統。

（3）穩定性和可靠性不如儀表盤

為了保證穩定性，目前大部分汽車的液晶儀表盤和中控屏幕通常採用兩套獨立系統，儀表盤普遍會採用Linux系統以盡可能地減少和避免儀表出現卡頓和死機現象。相比之下，HUD抬頭顯示系統的各組件比液晶儀表盤更精密和復雜，在工作時，各組成部分會受到各種電磁干擾，主控晶元和通信介面電路容易受到靜電、浪涌影響，破壞其正常工作狀態。因此，在安全性和可靠性方面，現階段HUD抬頭顯示系統還無法媲美傳統的儀表盤。

（4）顯示信息不夠全面

目前市面上大部分車型搭載的HUD顯示信息都沒有那麼豐富，哪怕目前最頂尖的AR-HUD也並不能完全顯示出如儀表盤那般完整的行車信息，目前能顯示出的更多是車輛輔助駕駛以及安全系統方面的內容。相比之下，當下主流的液晶儀表盤所展示的行車信息更為全面，實用性更強。

總結：

在科技迅速發展的今天，HUD抬頭顯示系統已開始在汽車上廣泛應用，相比現階段主流的液晶儀表盤，其在一定程度上確實能給予駕駛者更安全和更具互動性的駕駛體驗。但同樣存在著一些問題，如顯示效果容易受外界因素影響，內部元件更為精密，結構更復雜，可靠性以及穩定性有待提升等。就目前而言，HUD抬頭顯示系統還暫時不能完全取代儀表盤，雖然已經有一些車企正在進行嘗試用AR-HUD來代替儀表盤，但拋開技術層面不提，大多數用戶能否完全接受，同樣是個問題。但不可否認的是，HUD抬頭顯示系統是汽車技術的進步，或許在未來無人駕駛時代真正到來之時，我們熟悉的儀表盤也終將成為歷史。

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② 自動駕駛相關的關鍵技術有哪些

自動駕駛相關的關鍵技術有哪些如下：

一、機器視覺技術

機器視覺技術指的是將計算機和相機等成像設備相結合來模擬人類視覺系統的過程。在自動駕駛領域，機器視覺技術主要應用於車輛環境感知以及路面模擬。

通過攝像頭拍攝周圍環境的實時圖像，並使用計算機處理這些圖像，從而讓車輛能夠識別道路標線、識別交通信號燈等。同時，這些車載的攝像頭可以在駕駛前收集並記錄城市街景數據，從而使自動駕駛汽車對城市環境變得更加熟悉。

結語：

總之，機器視覺技術、深度學習技術和決策演算法技術是構建自動駕駛技術的三大支柱，這些技術的不斷發展和創新，將給人們在未來的出行中帶來更加便捷、精準和安全的體驗，為人類的生活帶來了新的顛覆性xx。