作者 | HYZY

出品 | 焉知

知圈 | 進“芯片社群”請加微信13636581676，備注芯片

一、 HUD技術起源

抬頭顯示系統HUD（Head-up display）是一項從反射器瞄準器中演變而來的技術，二戰前用在q械瞄具和戰斗機瞄具上。二戰之后，HUD技術開始逐步應用到戰斗機上，可將速度、高度、雷達信息、瞄準器等顯示在戰斗機的座艙罩或透明板上，飛行員不必低頭，即可看到所需要的重要信息。

到了現代，戰斗機上的HUD逐漸被頭盔式顯示器（HMDS）取代，包括美軍的F35和我軍的J20都已應用HMDS。

圖 1  戰斗機及汽車上的HUD

到了上世紀八十年代，通用汽車收購了航天和國防制造公司Hughes Aircraft，之后HUD技術開始在汽車上出現。1988年，通用汽車在Oldsmobile Cutlass Supreme Indy 500 Pace Car上應用了HUD，是世界上首款采用HUD技術的汽車。最初的汽車HUD系統顯示的信息有限并且顏色單一。

自此之后，HUD系統開始逐漸裝備在跑車和高檔轎車中，且其技術開始朝著信息化、數字化的方向發展：

• 1991年，豐田在皇冠Majesta上搭載了HUD；

• 1997年，通用在其車型“Corvette”第五代車型上首次搭載了彩色顯示HUD；

• 2003年，寶馬成為了歐洲第一家使用HUD技術的汽車公司，奔馳、奧迪也隨后開始使用HUD技術。

在HUD技術發展的前期階段，因為顯示效果差、成本高，一直沒有得到廣泛應用，甚至被認為是雞肋。直到2020年，奔馳S級發布AR-HUD（增強現實型抬頭顯示系統），HUD再次得到廣泛關注。在奔馳的AR-HUD系統上，AR（增強現實）技術令導航信息與實際路面信息疊加，導航信息的顯示更為直接且易于理解。且AR-HUD結合ADAS功能，可以實時進行道路危險警示和預告路況，提升駕駛安全性。

圖 2  奔馳S AR-HUD

二、 HUD技術的意義

1. 提升駕駛安全性

正常駕駛時，人眼需要在道路和儀表之間來回切換，容易導致視覺疲勞和注意力分散。一項美國的研究表明，假設車輛行駛速度是120km/h，如果駕駛者的視線偏離路面2秒以上，車輛會行駛超過65m的距離。

HUD技術的最大意義就是可以讓駕駛者不用將視線從路面上挪開就能獲取大量的信息：駕駛員查看HUD上的信息，需要低頭5°~10°，而查看組合儀表需要低頭20°~25°。

圖 3  HUD解決低頭看儀表痛點

2. 提升人機交互體驗

除了提升駕駛安全性外，HUD技術還可進一步提升人機交互體驗。一方面，HUD可讓車況、智能駕駛等信息的顯示更為高效；另一方面，HUD還可大幅增強導航的顯示效果，使二維導航邁向實景導航。

圖 4  AR-HUD實景導航

隨著人們對駕駛安全意識的不斷增強，科學技術的不斷發展，HUD系統會不斷普及到中低檔汽車中，讓普通人也能享受到科技帶來的安全享受。

三、 HUD的分類

汽車HUD主要有三種類型：組合型抬頭顯示系統C-HUD（Combiner-HUD）、風擋型抬頭顯示W-HUD（Windshield-HUD）和增強現實型抬頭顯示系統AR-HUD（Augmented Reality HUD）。

1. C-HUD

C-HUD更多應用在后裝市場，其會在汽車儀表上方、儀表板頂部加裝一個半透明樹脂板，再將該樹脂板作為投影介質反射出虛像。該樹脂板通常會根據成像條件進行特殊處理，例如做成楔形來避免反射重影，提升顯示效果。

圖 5  C-HUD

相較W-HUD和AR-HUD，C-HUD成本較低，但具有以下三方面劣勢：

• 成像區域小，顯示內容有限；

• 成像距離近，成像高度較低；

• 布置位置處于駕駛員前方的儀表板上，在車輛碰撞時可能會對駕駛員產生二次傷害。

2. W-HUD

W-HUD用于前裝，目前有多條技術路線：基于曲面反射鏡放大成像、基于全息光學元件（HOE）放大成像和基于全息光波導（Waveguide）放大成像。目前HOE和Waveguide技術尚未成熟，主要應用的為基于曲面反射鏡放大成像技術。

 圖 6  W-HUD

W-HUD使用前擋風玻璃作為成像介質來反射成像，可以支持更大的成像區域和更遠的投影距離。W-HUD的劣勢在于，擋風玻璃通常為曲面反射鏡，W-HUD必須根據擋風玻璃的尺寸和曲率去適配高精度曲面反射鏡，導致成本相對較高。

3. AR-HUD

AR-HUD和W-HUD一樣使用前擋風玻璃作為成像介質來反射成像，但AR-HUD成像區域更大、投射距離更遠、成像也更為生動。

AR-HUD需要通過智能駕駛的傳感器（攝像頭、雷達等）對前方的路況進行解析建模，以得到對象的位置、距離、大小等要素，再把HUD顯示的信息精準地投影到對應的位置。AR-HUD可將投射信息與交通環境進行高度融合，例如行駛過程中的車道線貼合、前方障礙物/危險物貼合、車道偏離預警與車道線貼合等。

 圖 7  AR-HUD

AR-HUD整體顯示效果出眾，是智能駕駛和智能座艙解決方案的重要組成部分。

雖然AR-HUD各方面性能都是最佳，但是體積最大，在整車上布置較為困難。同時目前AR-HUD技術還不夠成熟，顯示效果仍需提升。