HUD系統
關注創建者：Ansys中國 創建時間：2020-03-30
HUD系統的視頻教程
智能輔助HUD系統的設計與仿真評估
光學設計功能提供了光學系統的設計與CAD結構的建模功能，專業提供HUD光學系統設計和CAD結構設計的一體化方案；光學分析功能提供光學系統設計最終效果的仿真分析，在CAD環境中提供直觀的可視化來分析和理解與虛擬圖像缺陷相關的高級光學概念，包括分析光學設計成像效果，分析CAD結構和其他輔助結構對于HUD成像光學性能影響；同時，可以通過視覺可視化仿真功能展示給駕駛員HUD顯示內容，客觀評定圖像質量，進一步通過駕駛模擬
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HUD系統的實例教程
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。
展開 在本篇文章中，我們將展示如何使用Ansys光學解決方案設計和分析HUD系統。首先，Ansys OpticStudio用于設計和優化整個系統，以實現高質量的光學性能。完成此階段后，在Ansys Speos中執行詳細的分析和驗證，其中HOA（HUD Optical Analysis）功能可根據自定義的真實指標驗證整個系統的光學性能。最后，Speos把設計的HUD數據集成到真實環境中，將駕駛員看到的內容可視化到模擬結果中。
操作流程概述
HUD系統多用于汽車或飛機，為駕駛員在其視野范圍內提供視覺信息。它由一個顯示器和一個光學系統組成，該系統為駕駛員創建虛影像。光學系統和顯示屏被放置在儀表板下方。
第一步：OpticStudio 中進行HUD系統定義
第一步是在OpticStudio中定義HUD系統。規格包括虛擬圖像距離、視場范圍、放置空間、擋風玻璃定義、眼位和PGU （Picture Generation Unit）。定義系統后，我們可以使用OpticStudio優化工具優化鏡面并檢查性能。
第二步：將最后的設計數據從OpticStudio導出到Speos
OpticStudio最后的設計可以導出到Speos。Speos包含的HOD和HOA設計分析模塊可在Premium和Enterprise版本下作為附加組件使用，該模塊可以量化汽車HUD系統的虛擬圖像質量。
展開 智能駕駛的人機界面需要使車了解駕駛員的命令和意圖，同時還要為用戶提供一個清晰的系統運行狀態，最終使用戶增強對系統的信任。
圖 1 自動駕駛交互界面
智能駕駛人機交互設計應遵循以下三條原則：
建立用戶信心：通過“你見即我見”及“決策預告”設計，將智駕系統感知信息及規劃、預測信息以視覺形式實時顯示給用戶，增強用戶使用信心；
明確駕駛責任分配：需通過視覺等形式清晰告知用戶，當前自己與系統所承擔的任務及擔負的責任；
駕駛接管：無論是系統接管用戶，還是用戶接管系統，交互設計都必須保證雙方對駕駛權的更替進行反饋認可。
二.AR-HUD的應用場景
智能駕駛人機界面中所有需要通過視覺顯示的內容，AR-HUD無疑都是一個理想選項。因為AR-HUD讓用戶得以和周圍環境直接互動，而不只是注意車前的位置。用戶可通過AR-HUD準確掌握自己的車在干什么。以下為具體的AR-HUD的應用場景：
1. 車道輔助
AR-HUD可根據智能駕駛系統輸入的車道線信息，將圖像直接顯示在真實的車道線上，可增強車道輔助類智能駕駛功能體驗效果。
圖 2 AR-HUD車道輔助
2. 自動跟車
在智能駕駛系統進行跟車行駛時，AR-HUD可以顯示出目前的跟車目標，同時還可顯示出本車與目標車之間的距離。
圖 3 AR-HUD自動跟車
甚至，AR-HUD還可以同時顯示多車道的目標。
圖 4 AR-HUD多目標顯示
3.
展開 直播背景
當今汽車行業自動駕駛正在迅速發展中，在自動駕駛中最基本的輔助顯示系統就是HUD，它能在駕駛員需要不可預知的情況下接管汽車，進入手動駕駛時持續的把道路提示警告信息提供給駕駛員，以避免交通事故的發生。因此，HUD與汽車系統相結合可以顯示更多有效信息，同時提供可靠的、清晰的3D視覺圖像，滿足系統安全性要求，都對供應商以及OEM提出了更高的要求。
Ansys SPEOS HUD是專業用于汽車抬頭顯示器設計和分析的直觀應用工具，將光學設計集成到CAD平臺，評價光學設計和視覺性能。光學設計功能提供了光學系統的設計與CAD結構的建模功能，專業提供HUD光學系統設計和CAD結構設計的一體化方案；光學分析功能提供光學系統設計最終效果的仿真分析，在CAD環境中提供直觀的可視化來分析和理解與虛擬圖像缺陷相關的高級光學概念，包括分析光學設計成像效果，分析CAD結構和其他輔助結構對于HUD成像光學性能影響；同時，可以通過視覺可視化仿真功能展示給駕駛員HUD顯示內容，客觀評定圖像質量，進一步通過駕駛模擬、環境模擬和HUD顯示內容結合，提供最佳解決方案。
研討會內容簡介：
Ansys SPEOS HUD在汽車抬頭顯示的設計與分析功能介紹，包括HUD的設計及參數設置，HUD設計優化功能，HUD成像雜散光分析，HUD動態視覺體驗。
講師簡介：
劉洋，Ansys SBU光學應用工程師，負責Ansys SPEOS光學仿真技術工作，為多個行業客戶提供光學解決方案、咨詢和技術支持，在航空照明設計、駕駛艙內飾人機工效分析等方面有豐富的經驗。
適用人群
汽車主機廠和零部件供應商，光學工程師，設計工程師等相關人士
報名方式
請掃碼下方二維碼
點擊報名：http://event.31huiyi.com/1837905293/index?
展開 由墨光光學工程師為大家講解此次直播課程，主要講解內容圍繞
離軸系統、HUD 系統等設計
開展，課程直播亮點如下：
1、自由曲面概述
2、離軸系統初始設計及優化
3、HUD 初始設計及優化
參與方式：
請關注武漢墨光公眾號，并掃描下方二維碼，添加墨光工作人員企業微信邀您入群即可參與線上直播
直播時間：2021年8月10日
（周二晚：19:00-20:00)
電話：18696118912
郵箱：market@asdoptics.com
光學軟件供應 軟件定制開發
科學計算軟件 機械設計軟件
光學軟件培訓 光學解決方案
光學儀器設備 光學鏡頭設計
高校輔助教學方案 BSDF測量
衍射光學元件設計開發
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電話：18696118912
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引言
隨著智能汽車座艙技術快速迭代，增強現實抬頭顯示（AR HUD）已成為高端智能車載座艙的核心配置。相較于傳統反射鏡式AR HUD，衍射波導型AR HUD憑借體積小巧、集成性強、適配各類車載座艙狹小空間的優勢，成為行業主流發展方向。衍射波導AR HUD融合納米級光柵微結構與宏觀投影鏡頭系統，光學鏈路復雜，傳統單一仿真軟件難以實現全鏈路性能校驗。Ansys光學仿真套件構建了Zemax OpticStudio
車載電子與網絡通信(Automotive Electronics & Connectivity)
智能座艙硬件：車載顯示屏、抬頭顯示系統(HUD)、全液晶儀表、艙駕一體化終端。
車載網絡：車載以太網、CAN總線、車載無線通信(5G/V2X)、數據安全與網關。
5.
讓我們來看一個 HUD 系統示例，其規格參數如下。
虛像距離: 2 m
顯示車輛當前的行駛速度
結構限制：HUD 將主要受到儀表盤下可用空間的限制。擋風玻璃將充當分光鏡。
視窗: 駕駛員眼睛的位置將位于一個寬度為 ± 50mm，高度為 ± 20mm的空間內。
人眼瞳孔：在亮光下為2至4毫米，在黑暗中為4至8毫米。在本示例中，它將被設定為4毫米。
上海大學微電子學院戴高宇團隊在《光學學報》發表的研究論文《面向微顯示芯片的車載抬頭顯示光路設計》[1]，創新性地以0.6inch micro-LED微顯示芯片為核心，設計出兼具“高放大倍率、小體積、抗陽光倒灌”的AR-HUD光路系統。
在消費電子行業可用于手機鏡頭設計、虛擬現實（VR）和增強現實（AR）設備、數碼相機和攝像機等的光學系統設計；在汽車行業中的自動駕駛傳感器，如激光雷達、雷達和攝像頭的設計與開發中發揮重要作用，同時也可用于汽車大燈和照明系統、抬頭顯示（HUD）系統的光學設計；在航空航天行業可用于衛星光學系統、航空攝影和測量設備等的光學設計，滿足航空航天領域對高精度、高可靠性光學系統的需求。
通過運用 OAS 光學軟件對車載 HUD 系統進行設計與優化，以下是詳細案例設置：
案例設置與操作
光源參數配置
本案例選用圖片光源，其能提供穩定且符合需求的光線，為后續成像奠定基礎。OAS 軟件支持多種光源類型，可靈活根據實際需求進行設置與調整，確保光源在系統中的最佳適配。
反射鏡設置
HUD 由兩個反射鏡構成，一個為平面反射鏡，另一個是自由曲面反射鏡。
本案例將運用 OAS 光學軟件，深入分析光波導在 AR - HUD 系統中的應用，探索其優化設計方案。
讓我們來看一個 HUD 系統示例，其規格參數如下。
虛像距離: 2 m
顯示車輛當前的行駛速度
結構限制：HUD 將主要受到儀表盤下可用空間的限制。擋風玻璃將充當分光鏡。
視窗: 駕駛員眼睛的位置將位于一個寬度為 ± 50mm，高度為 ± 20mm的空間內。
人眼瞳孔：在亮光下為2至4毫米，在黑暗中為4至8毫米。在本示例中，它將被設定為4毫米。
隨著智能車載系統的發展與智能駕駛體驗需求的增加，車載抬頭顯示 HUD 系統作為信息顯示的媒介，能夠將儀表盤信息、傳感器獲得的輔助駕駛信息和與環境融合的現實增強信息完美地呈現給駕駛者，使駕駛者無需低頭觀看儀表，極大地提升了駕駛的安全性和體驗感。
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