增強現實型（AR）抬頭顯示（HUD）產品，是車內整合整車信息，然后將之以圖案化形式反饋給駕駛員的智能化配置，它可以有效防止駕駛員低頭看屏幕所帶來的分心駕駛。在智能汽車的風口之下，眾多車企正在積極搶灘登陸，AR HUD有望成為各廠商秀肌肉的核心配置之一。

長城WEY 摩卡AR HUD

什么是AR HUD？

AR HUD即AR技術與抬頭顯示的結合體。

AR技術，全稱Augmented Reality，翻譯一下就是增強現實。是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術，這種技術的目標是在屏幕上把虛擬世界套在現實世界并進行互動。最早于1990年提出。

HUD，全稱 head up display，即我們常說抬頭顯示。它的作用，就是把時速、導航等重要的行車信息，投影到駕駛員前面的風擋玻璃上，讓駕駛員盡量做到不低頭、不轉頭就能看到時速、導航等重要的駕駛信息。常規的HUD有兩種模式，組合式的C-HUD與，風擋式W-HUD。早在80年代便出現在一些概念車上，由于HUD技術起源于戰斗機，自帶科技光環，車載HUD的出現令大家驚艷不止。

車載HUD起源于戰斗機上的HUD

AR HUD是在HUD光學投影系統中融入AR技術，在我們看到的真實世界中覆蓋上數字圖像，使得HUD投射出來的信息與真實的駕駛環境融為一體。

來源，知乎史高玻

AR HUD是一個精密的光電系統，它需要整合ADAS系統所采集到的行車信息，搭配高精度地圖，再以優質的HMI設計，將信息投射在前風擋之上。

對比項	傳統W HUD	ARHUD
VID	2.5m左右	7.5m以上
FOV	約6°×2°	>10°×3°
畫面尺寸	10英寸左右	>50英寸
體積	可以做到3升左右	10升左右甚至更大

從技術上講，AR HUD是HUD發展的新里程，多年的技術積累帶來了使用上的新體驗；從應用上講，AR HUD是展現智能汽車智能化程度的重要配置之一。隨著HUD技術的發展，能以圖像將虛擬信息與道路實景結合的增強現實型AR HUD， 也已在奔馳、奧迪、大眾、長城等相關車型上實現量產 ，市場反響強烈。

AR HUD發展史

HUD發展簡史

早期的HUD色彩單一，顯示界面簡單，市場一直不瘟不火。雖然后續隨著技術的創新，HUD顯示畫面及色彩開始豐富，但實用性有限，只有奔馳、寶馬、奧迪等豪華車才會配備。

早期HUD顯示信息只有時速和轉向提示 

隨著顯示技術的發展，HUD畫面、色彩更豐富

直到近些年，隨著創新光學技術AR（增強現實）的興起，HUD廠商開始將AR技術整合進來，從而實現HUD虛像與道路實景結合的效果，大大提升HUD的科技感與實用性，HUD開始逐漸被汽車行業所重視起來。直到奔馳全新S級（W223）宣布量產ARHUD，HUD市場正式被引爆。

隨著AR技術引入，HUD實用性的提高從而獲得消費者認可，當然也有可能是近些年的不斷宣傳，HUD開始被眾人所熟知。不管怎么說，AR HUD量產后，市場快速攀升。

優秀的AR HUD該具備哪些性能？

那么，具體下來，什么樣的AR HUD才是一臺可以給駕駛員提供智能化駕乘體驗的優秀產品呢？下面，就來聊聊AR HUD的部分關鍵性能。

1、虛像距離VID＞7.5m

VID(Virtual Image Distance)虛擬圖像距離，可以理解為圖像焦點到眼睛的距離。就我們的直觀感受而言，成像能夠覆蓋的距離越遠，成像尺寸越大，AR-HUD的效果就會越好。

一般情況下，HUD的顯示圖像和道路并不是在一個平面，此時人眼需要在道路和顯示圖像之間也需要來回切換，調整焦點，會有一定的安全隱患。因此，行業內普遍認可的AR HUD起碼需要具備傳統7.5m的VID，部分廠商的VID會做到10m甚至13m。

2、視場角FOV＞10°

Field of View，又名“視場角”， FOV是以眼睛為頂點，以眼睛看到虛像的最大范圍的兩條邊緣構成的夾角。

視場角示意圖

FOV反應了我們看到的AR-HUD圖像大小，AR-HUD的水平FOV至少需要達到10°以上。在保證成像距離、大小的同時，要擴大FOV，以實現覆蓋多車道顯示，這對功耗控制與光學設計有著很高的技術要求。

3、亮度＞12000cd/m2

投影顯示的效果由投影光線的亮度和環境光亮度決定。白天汽車前方的環境光往往非常強，特別是在陽光直射的時候。為了保證AR HUD的顯示效果，就必須保證本身的亮度。目前業界的要求HUD最大亮度在12000cd/m2以上。

在具體的行駛過程中，HUD的亮度還需要隨著環境光的變化而變化，以保證最佳顯示效果。

以上這3點可以說是有具體數字指標的業界普遍標準，除此之外，還有著一些成像品質方面的管控。

4、消除重影

擋風玻璃由于其本身厚度原因，相當于存在2個反射面，光線在經過它兩個面的反射后會形成2個虛像，也就是我們平時所說的重影。重影的存在，會極大地影響AR-HUD的成像質量

玻璃反射的重影問題

常見的解決方案之一，是將前風擋玻璃做成楔形，讓玻璃的兩個反射面形成一定的角度。這種方式一般是使用PVB楔形膜，會極大的提升前風擋成本

楔形PVB玻璃，可以有效降低重影的影響，來源積水化學

第二種辦法就是通過鍍膜來實現，比如說福耀玻璃便有研發這一技術。除以上辦法之外，通過優化光路或算法也能在一定程度上減輕重影。

5、畸變矯正

HUD的圖像畸變有兩種：其一是由于風擋本身是一個不規則曲面，光線經過反射進入到人眼中很容易變形，就像哈哈鏡成像那樣。

第二種畸變則是HUD光學結構中的反射鏡不可能100%的標準，在AR HUD較傳統WHUD數倍的放大倍數之下，輕微的畸變都不可忽視。

圖片截取自EPSON演講PPT

改善方案的話包括算法芯片將圖像矯正，改善光學路徑等，還有一種則是有廠商采用的裸眼3D技術。

6、良好的散熱

AR HUD在工作時的熱量來源也是兩個方面：第一個是由于AR HUD需要具備高亮度，光源發熱量大；第二個則是難點——陽光倒灌問題，由于光路的可逆性，自然界中的光線會沿著投影光路而集中到PGU中。過高的熱量會對PGU的光電元件造成嚴重損傷。因此散熱是一個重要的問題。

目前量產的HUD都具備較大的散熱結構

7、消除光斑

光線傳播的雙向性會導致外界的陽光進入HUD內部，這么一來，部分外部光線經過HUD內部反射器件的反射之后，就可能進入駕駛員的眼睛，從而產生所謂的“光斑”。光斑可能導致駕駛員無法看清前方的局部路況的情況，哪怕只是短時間的，也會給駕駛帶來安全隱患。所以，如何消除光斑也是AR-HUD不得不解決的一個問題。

除了以上對HUD品質方面的管控外，AR效果方面也要做到更好：

8、前方道路融合

將信息直接顯示在真實道路上是AR HUD的重要特點，實現這一特性需要通過ADAS前視攝像頭對前方的道路情況進行解析建模，得到對象的位置、距離、大小；再把HUD需要顯示的信息精準的投影到對應的位置，讓人眼、HUD顯示面、真實道路在一條視線上，才能達到足夠沉浸的AR體驗。

根據前視圖像建模后將信息疊加到實際道路上

9、眼盒&駕駛員視線追蹤

人眼、HUD、道路三點一線還有一個極其不穩定的因素，就是眼睛的位置。駕駛員的高矮、坐姿、頭部位置等等都會影響眼睛的位置和視線的方向。

所謂“眼盒”，就是眼睛可移動的區域，如果眼睛位于這塊區域內則能夠看清整個圖像，反之出了這塊區域，則無法看全整個圖像。

一個好的AR HUD，會有一個合適的眼盒大小與位置。通過眼動追蹤+圖像位置實時自動調節，便可以保證良好的AR顯示效果。

AR HUD應用優勢

AR HUD量產后，為什么會帶來HUD的快速增長？小編認為有以下三點：

1、ARHUD增強現實效果，更好地解決安全隱患

根據行業內人士普遍觀點，AR HUD如果商用，需要至少7.5米的虛像距離（VID）：人在開車的時候，視點是落在車輛前方一定的距離，如果小于這個距離，駕駛員也還是存在視線移動。

而傳統的W HUD虛像距離基本上在2.5m左右，需要調整視線來查看HUD上的具體數據，還是存在一定的安全隱患。根據設想，HUD廠商的最終目標是將AR HUD的VID實現無窮遠的效果。

2、ARHUD帶來創新人車交互HMI

隨著語音識別、人臉識別等技術的快速發展，人車交互的方式也將不斷升級。傳統的人車交互方式為駕駛員通過點擊或滑動中控和儀表屏幕來輸入信號，而隨著只能座艙的快速發展，通過聲音、手勢等方式進行情感式人車交互將成為新趨勢。在此背景下，以前風擋為顯示界面的AR-HUD則有望憑借更大的顯示尺寸以及更優的沉浸式體驗效果，逐步替代中控及儀表，成為人車交互的新窗口。

現代艾尼氪AR HUD，來源康寧視頻

AR HUD需要整合攝像頭、毫米波雷達、高精度地圖等車輛獲取的信息，繼而在車窗之上實現箭頭導航、卡通人像指引，對事物（車或人）進行標記。在新的人車交互方式下，AR-HUD有望成為汽車新的流量入口，重塑智能座艙硬件生態。

3、AR HUD將成為現階段智能汽車重要賣點之一

當下汽車行業最熱門的是什么？智能網聯汽車。自去年下半年開始，資本市場開始不斷加碼智能汽車，新老造車勢力搶灘布局。不僅僅是蔚來、理想、小鵬等新勢力，傳統車企中如長城、上汽智己汽車、北汽極狐、東風嵐圖等都在爭相發布自己的智能化車型。

AR HUD酷炫的顯示效果為消費者帶來了直觀的科技體驗， 將導航、ADAS等信息精確地結合在實時交通路況中，將車速、轉速等信息投影到前擋風玻璃上，結合眼球追蹤，實時感知瞳孔和凝視位置，為駕駛員提供更精確的定位信息。與智能汽車概念可以說是十分契合，同時還是智能汽車的一大賣點。

智能汽車當前仍處于發展初期，智能化產品整體成本較高，因而智能汽車的品牌往往定位于高端領域，平均售價均在30萬以上。因此，雖然現階段的AR HUD還不夠成熟，成本偏高，但智能汽車對此卻不會太敏感。

小結

簡單來說就是技術積累帶來了優秀產品，與恰當時間節點的融合，促使AR HUD在現階段的爆發式增長。據國內調研機構高工數據，今年1-5月國內新車前裝標配搭載HUD上險量為41.45萬輛，同比增長118.96%，其中，W-HUD占比達到91.41%。據預測：今年AR-HUD搭載量有望突破1.5萬輛，到2023年AR-HUD占全部HUD前裝搭載量的比重有機會上升至20%。

雖然行業目前向好，但就AR HUD自身來說還有很多問題需要突破，比如說由于高放大倍數帶來的嚴重陽光倒灌問題、體積過大、圖像畸變等。不同HUD廠商會基于各自的投影方案，利用多年的研發經驗來減輕相關不良影響，也有部分廠商會嘗試采用新技術如LCOS方案、衍射光波導等。

文章部分內容參考來源：知乎@史高玻，聯創汽車電子，智能汽車俱樂部等。