HUD的案例
抬頭顯示系統HUD（一）：HUD系統概述
作者 | HYZY
出品 | 焉知
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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 抬頭顯示系統HUD（四）：AR-HUD與智能駕駛
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. 變道輔助
在智能駕駛系統將要主動變道時，AR-HUD可提前將變道信息指示出來，增用戶使用信心。
圖 5 AR-HUD變道輔助
4. 泊車輔助
AR-HUD可將智能駕駛系統識別到的車位信息直接以圖像顯示在真實車位上，增強用戶體驗。
圖 6 AR-HUD泊車輔助
5. 行人識別
AR-HUD可將智能駕駛系統識別到的行人或其它目標信息，直接顯示出來，增強用戶使用信心。
圖 7 AR-HUD行人識別
6.
展開 抬頭顯示系統HUD（二）：HUD技術原理
作者 | HYZY
出品 | 焉知
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一、基本原理
HUD本質上是一個光學器件，其工作原理與投影儀基本相同，就是將需要顯示的信息投影到駕駛員前方的透明介質上。
圖 1 HUD工作原理
HUD主要由圖像生成單元（PGU）和光學顯示系統兩大部分構成，圖像生成單元用以生成HUD輸出圖像，光學顯示系統用于顯示圖像。
圖 2 HUD結構拆解
二、圖像生成單元
圖像生成單元PGU（Picture Generation Unit）是HUD最核心的部件，占HUD總成本的50%左右。圖像生成單元的作用是生成HUD輸出圖像，由光源、光學膜片和其它光學組件構成。
PGU是HUD的核心技術壁壘，其技術路線的選擇直接決定未來的產業發展路線，具體可分為TFT-LCD、DLP和MEMS激光投影三種技術。不同的技術路線，其光源和光學組件都完全不同。
1. 薄膜晶體管液晶顯示屏技術TFT-LCD
TFT是LCD液晶顯示技術的一種，TFT-LCD的工作原理是LCD被背光光源照亮后，通過集成在LCD面板每個像素點背后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。
圖 3 TFT-LCD
TFT-LCD可以做到高響應速度、高亮度、高對比度地顯示圖像信息，且技術成熟、成本低，是目前HUD的主流技術路線。
TFT-LCD技術的劣勢主要在于熱管理難度大，需要有更多熱管理方面的光學設計。
2.
展開 抬頭顯示系統HUD（三）：HUD顯示內容
二、 HUD顯示設計
1. 布局原則
根據交互設計中的希克定律：一個人所面臨的選擇越多，做出選擇所花的時間就越多，當面臨選擇的數量增加，做出決定的時間也會跟著增加。
圖 4 希克定律
因此，HUD界面上實時呈現的主要設計元素數量最好保持在1-3個以內，呈現最關鍵信息的設計元素（或視覺元素組）數量最好只有一個。最快的獲取關鍵駕駛車輛信息是HUD界面布局的出發點，使用過程中不需要駕駛員思考就能獲取信息是最佳的設計。
2. 顯示區域分類
根據所顯示信息的重要程度，可將HUD的顯示區域劃分為三個部分：
核心顯示區域：用于持續顯示，或隨行車情況的變化自動同步激活顯示；
輔助顯示區域：層級交替共享顯示；
隨機顯示區域：基于車聯網和大數據的實時信息，根據實時道路與車輛狀態信息進行顯示。
HUD界面上顯示的內容與方式通常允許用戶自定義，但為防止過多信息的顯示給駕駛員帶來視覺負擔，要對顯示的信息總量進行控制。
圖 5 用戶自定義HUD
此外，大部分生活、辦公、娛樂功能的信息不屬于輔助駕駛界面的顯示內容，可以將其設置為低車速或駐車狀態下才在HUD虛像界面上顯示，而此時它們可以占據核心功能顯示的區域。這類界面可采用移動互聯終端信息扁平化的模式來構建，以確保其操作的便捷。
展開 
一文熟悉火熱的AR HUD
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。
展開 HUD | 現代摩比斯開發全球首個15吋無儀表盤的HUD顯示
CINNO Research產業資訊，
現代摩比斯開發全球首個集儀表盤
(
Cl
uster)和
抬頭
顯示
(HUD)功能于一體的“
C
lusterless HUD”。
其特點是
，實現
將各種汽車運行信息
統合化和簡單化。
根據韓媒ETNews報道，現代摩比斯6月24日宣稱，15吋Clusterless HUD已在韓國乃至美國、中國、德國等世界主要國家完成專利注冊。
Clusterless HUD將Cluster上顯示的各種行駛信息分為駕駛員正面HUD和音頻、視頻、導航、通訊(AVNT)，最大限度減少駕駛員注意力的分散。
不僅將速度和RPM等常需駕駛信息提升到司機視線高度，還支持導航等HUD原本的行車輔助功能。輔助駕駛信息顯示在AVNT上。
Clusterless HUD由上部的三個區域和下部的一個區域共4個顯示區域組成。上部顯示速度、RPM、高級自動駕駛輔助系統(ADAS)相關信息、以及導航信息等。下部可以看到車輛基本信息，如變速模式、冷卻水溫度、可行駛距離等。還可以顯示方向指示燈，系統信息警告燈。
展開 汽車知識科普之二：懸浮的“儀表盤”——HUD技術
其中WHUD和AR-HUD是利用汽車前擋風玻璃把虛像光線反射到駕駛員眼睛中，CHUD是利用一塊透明玻璃板反射虛像到駕駛員眼睛中，透明玻璃板正對駕駛員放置于汽車前擋風玻璃與儀表臺之間。其中把虛像反射到駕駛員眼睛中的汽車前擋風玻璃或者透明玻璃板叫做汽車 HUD 的組合器，其作用是使駕駛員能夠同時看到虛像與車外環境③。三種類型HUD的技術與功能優缺點對比如下表1：
平視顯示器技術目前仍處于研發與應用的早期階段，HUD 的發展仍面臨諸多技術難點。第一，圖像焦點到眼睛的距離仍然很短，這一參數極大的限制著HUD 的顯示效果。第二，溫升控制。HUD 一般布置在儀表的前方，完全暴露在太陽光下，因此HUD 雖然在駕駛艙內使用，但也經受著高溫環境的考驗。
未來HUD的研發將有以下幾大趨勢：第一，HUD 將不斷由C-HUD、W-HUD 向AR-HUD發展，AR-HUD可以追蹤人眼位置，引入補償算法將導航信息與地面結合；第二，基于波導技術的AR-HUD 其空間容量具有較大裝車優勢④，未來有望實現量產應用有源全息波導技術；第三，單一處理器是HUD 的技術趨向，具備強大計算能力的單一處理器支持一芯多屏，實現“中控液晶儀表+HUD+其他功能”的融合體驗。隨著人機工程、工業設計、交互設計等學科的不斷發展，HUD的設計要旨必然隨之發生變化。例如，在自動駕駛的情景下，HUD將不再需要出現在前擋風玻璃上，可能轉變為座位延展出的一塊半透明玻璃；具備手勢、語音甚至腦電波交互等功能。
展開 HUD抬頭顯示光學解決方案
HUD行業生態鏈
Ansys解決方案
Ansys HUD解決方案-多工具整合工作流
HUD Specification Definition
客戶目標
? Requirement Definition - 快速指定HUD虛擬映像需求，能夠解決不同的ADAS用例:NAV, ACC, LDW
? Packaging Constraints - 快速驗證HUD設計可行性與包裝約束
Ansys解決方案
? Visual target - 在平臺上創建場景，在Speos中定義HUD目標，讓工程師看到他定義的內容，最后進行評估 (Speos)
? Quick selection - 在獲得HUD目標后，使用Speos的HUD功能創建一個快速的HUD項目和分析，有助于他們選擇或驗證空間大小 (Speos)
效益分析
? Save time - 減少物理原型和原型測試，加快設計迭代
? Exchange data - 快速交換OEM和供應商的數據，并保護彼此的IP
HUD optical design
客戶目標
? Easy-to-use - 易用的光學設計工具
? Parameters optimization - 設置多變量優化HUD光學系統
? Reduce Ghost - 如何減少Ghost，找到最佳的楔角
? Exchange data - OEM和供應商之間輕松交換數據
Ansys解決方案
? Design to simulation - 為HUD的整個工作流程提供從光學設計到光學模擬，Zemax完成設計部分，需要優化更多的操作數(Zemax & Speos)
? Light analysis -利用Speos軟件對光路和雜散光進行分析，并在
展開 經緯恒潤新產品系列 | 這款AR-HUD將顛覆你的認知
本文即將介紹經緯恒潤新產品——AR-HUD（增強現實抬頭顯示系統），它可以將科幻電影中的駕駛場景變為現實——將信息投影在擋風玻璃上，基于此功能，AR-HUD還可以標記路況、天氣、溫度等信息，這將極大地提高駕駛效率與乘坐舒適度。
AR-HUD樣品臺架
產品介紹
AR-HUD的主要優勢是能夠結合高精地圖、ADAS輔助駕駛等系統實現多信息呈現，從而替代傳統儀表盤。通過AR-HUD的信息投影，駕駛員能夠以自然平視的角度隨時觀察所需要的各類信息，這就能夠避免視線轉移所導致的安全問題。同時，AR-HUD還能夠提供一些提高行車體驗感的模塊，如前方障礙物提醒、行人經過提醒等。
經緯恒潤AR-HUD界面
產品特點
經緯恒潤在汽車電子領域擁有多年經驗沉淀，針對于市場現狀和客戶需求，特此推出了經緯恒潤Erised AR-HUD 系列產品，其融合了ADAS/DMS/GAZE/HDMAP優勢及AR-Creator增強現實圖像貼合技術，能夠給用戶帶來沉浸交互式的AR-HUD體驗。
產品參數
· 可做到最大支持13°×4超大視場角，涵蓋多個車道
· 10m以上超遠人眼感知距離，支持駕駛員在更遠的地方看到虛擬標注
· 具備高分辨率、高亮度等特點，保證優秀的成像質量
經緯恒潤AR-HUD產品參數
光學能力
經緯恒潤AR-HUD具備畸變小、排水體積小、眩光控制、陽光倒灌抑制等特點，同時能夠消除偏振光及漏光影響，從多角度保證了其產品的光學成像效果。
產品檢測
經緯恒潤提供了覆蓋從策劃階段到量產售后階段的整套HUD檢測與臺架服務。
展開 免費線上研討會 | 使用 Ansys Speos 設計 HUD 解決方案
HUD（Heads-up-display）中文簡稱抬頭顯示，是一種光學器件，其工作原理與投影儀基本相同，將需要顯示的信息投影到駕駛員前方的透明介質（玻璃等）上。
圖源網絡
按照產品的迭代，一般我們可以把市面上車載HUD產品分為C-HUD、W-HUD、AR-HUD和全景HUD等四類。其中C-HUD（組合抬頭顯示）發展最早，逐漸面臨淘汰；W-HUD（擋風玻璃抬頭顯示）是目前技術主流，發展迅速；AR-HUD是未來發展趨勢之一，但受限于技術及成本，商業化應用處于起步階段；全景HUD則處于技術早期，商業化應用有待突破。
對于如何能更好地設計與分析 HUD 抬頭顯示器，武漢宇熠將于2023年4月3日舉辦一場免費線上研討會—— 『使用 Ansys Speos 設計 HUD 解決方案』。
本次會議有助于幫助大家深入交流 HUD 抬頭顯示的產業現狀及趨勢，了解使用 Ansys Speos 在 HUD設計方向的流程化設計思路以及 Ansys Speos 與 Ansys Zemax 聯合設計的解決方案。
展開 設計仿真 | 基于VTD的AR-HUD仿真測試解決方案
基于VTD的
AR-HUD仿真測試解決方案
智能座艙是當前車輛智能化趨勢的重要應用領域，HUD是將車速、導航等重要行車信息投影到擋風玻璃上，大大提升了安全性和體驗感。AR-HUD是在HUD的基礎上融入AR功能，在看到的真實世界的基礎上疊加數字影像圖層，將HUD顯示信息與駕駛環境融為一體。當前，越來越多的汽車廠商更注重人機交互體驗，使汽車AR-HUD開始承載更豐富、更細膩的功能和顯示任務。
以虛擬場景為基礎的AR-HUD仿真測試手段，大大提升了產品開發迭代效率，降低開發成本，在行業內得到了越來越多的關注，AR-HUD的仿真測試涵蓋MIL/SIL/HIL/DIL等不同階段，以VTD為基礎的仿真測試方案可以沿用相同的數據鏈路架構，滿足不同的測試需求。
本仿真測試解決方案涵蓋如下要素：
? 車輛動力學模型
? 虛擬場景VTD以及傳感器模型
? 自動化測試軟件
? 故障注入
? 仿真測試平臺
? 被測對象
其應用流程如下：
1. VTD Traffic模塊發出駕駛員模型控制信息被被控對象車輛動力學模型，計算車輛狀態信息，反饋至場景，實現真實車輛運動在虛擬世界中的模擬；
2. VTD傳感器模型發出傳感器檢測到的環境信息（如車輛周圍障礙物、地理坐標、交通參與方等），按照協議發送給被測對象AR-HUD；
3. AR-HUD生成影像圖層，圖像數據反饋至VTD。VTD基于開放架構和接口接收圖像信息后，在IG上實時渲染，實現AR-HUD的效果；
4. 基于自動化測試工具，為各個節點發送數據，實現AR-HUD測試的自動化。
方案優勢：
1. 快速高效的驗證方式
2. 測試場景多樣化，提升測試廣度深度
3.
展開 
一期一會 | 什么是抬頭顯示器（HUD）？
抬頭顯示器（HUD）是一種增強現實（AR）系統，它將直接在您的水平視線內呈現信息，因此您不必移開視線就能讀取信息。 顧名思義，它有助于駕駛員將視線始終集中于道路，在讀取信息的同時抬頭正視前方。
抬頭顯示器的應用有哪些？
雖然抬頭顯示器在車輛駕駛中的應用最廣為人知，但其實該技術有許多其他用途。只要是操作人員需要同時觀察真實世界和查看數字信息的場景，HUD就可以提供幫助。比如，飛機、軍用車輛和重型機械等有人駕駛的系統，都是HUD的理想的用例。在這些情況下，信息會被投影到操作人員可以直接查看的位置，操作人員無需將目光從道路、天空或手頭的任務上移開。
HUD的另一個常見應用領域是電子游戲。增強現實頭戴式設備采用了HUD技術，使游戲玩家能夠看到游戲場景以及他們所處的真實物理環境。在這種應用下，游戲會創造出一種混合現實體驗，游戲玩家可以直接看到與玩家狀態相關信息（如生命值、尋路和游戲統計數據）。
此外，遠程醫療在全球的應用，也增加了抬頭顯示器在醫療領域的應用。在臨床護理、教育培訓、護理團隊協作、甚至是AI指導的手術中，采用HUD技術的頭戴式顯示器和智能眼鏡為醫療專業人員提供了免手持操作的便利。
抬頭顯示器的類型
多種不同類型的抬頭顯示器，可滿足特定的用戶需求，無論是對于需要關注飛機交通的飛行員，還是需要留意咖啡桌邊緣的游戲玩家。環境、成本限制和用戶舒適度等諸多因素都會影響如何為應用選擇合適的HUD類型。
但是，雖然可能因行業和用例而異，但大多數HUD都同樣由三大部分組成，即光源（如LED）、反射器（如擋風玻璃、組合器或平面透鏡）和放大系統。
所有HUD都具有光源（圖像生成單元）和反射圖像的表面。（大多數情況下，此表面是透明的，使用戶能夠透過它看到現實世界的物體）。在光源和反射表面之間，通常有一個放大光學系統。
展開 Ansys SPEOS汽車抬頭顯示器（HUD）的設計與分析
HUD光學分析
Ansys SPEOS HUD光學分析是一種自動化功能，用戶只需要輸入PGU、反射器、擋風玻璃或者Combiner屏幕，就可以對汽車抬頭顯示器虛擬圖像的質量進行鑒定。可以在幾分鐘而不是幾天內，快速提供一流的HUD反射器形狀設計，并進行設計和性能分析。
該功能方便了相關內部部門（負責HMI電氣、封裝、安裝玻璃和GD&T的部門)之間的溝通，方便了客戶和供應商之間的溝通。為力學和光學提供了統一的數字化樣機經驗，提升了全球層面的協作。
圖7 HUD圖像質量分析
自動化分析易于執行：這種智能嵌入式軟件無需用戶掌握光學專業的知識。它提供了描述系統性能的光學衡量指標，包括圖像失真、圖像清晰度、重像和視差。該分析還能提供直觀的可視化效果，以便更好地理解先進的光學和視覺概念。分析報告可以基于汽車標準，也可以根據特定汽車制造商的光學衡量指標定義和驗收標準定制。
此外，SPEOS HUD光學分析能夠分析具有基于三維NURBS或測量網格表面的幾何定義的HUD的性能。您可以執行抬頭顯示器的逆向工程來評估已經制造出來的擋風玻璃的性能，以提出校正畸變設計變更方案。
可視化HUD外殼材質對投影圖像的影響。通過改變外殼材質，可消除左側圖片上可見的明顯的雜散光，如右圖所示。左右圖對比表明，即使在掠射角下，也能保證極低反射率。
最后，分析功能可以生成彎曲變形數據，以對預失真圖像校正進行反饋。也可以導入彎曲變形信息。在這兩種情況下，通過仿真車輛嵌入式軟件的變形過程來計算光學衡量指標，以反映整個HUD系統的光學性能。
CNC兼容性
SPEOS HUD Design & Analysis與計算機數控(CNC)加工兼容。用戶可以直接將有關SPEOS生成的光學表面的信息導出為多項式系數。
展開 ARtrix HUD 工具箱 2021.9 版本發布
新增整車級誤差分析模塊：Tolerance-CAR&HUD Module
整車級誤差分析模塊主要針對整車的公差分布例如CCB支架安裝，風擋玻璃安裝，甚至HUD整機部件裝調進行分析，確定性能指標隨此類公差的變化情況，分析敏感項，從而實施精準最佳化的量產策略，因此該模塊可以幫助工程研發人員走出實驗室，進行務實工程實踐，更有針對性地與主機廠進行溝通，探討項目落地及量產的可實施性。
至此，ARtrix HUD工具箱針對公差分析已形成完善的解決方案，具體表現在四個層次：元件加工級面型誤差分析（包含風擋玻璃）、元件裝配級公差分析、整車級HUD公差分析、測量數據導入（面型實測數據，風擋玻璃實測數據）。
展開 Ansys Zemax / Ansys Speos | 如何使用Ansys光學解決方案設計和分析 HUD系統
從附件中，復制并粘貼以下預設文件到此文件夾: "C:\ProgramData\Ansys\v221\Optical Products\Presets "
- Display_HUD.preset
- Radiance_HUD.preset
- Observer_HUD_stereo.preset
- Visualization HUD.preset
創建顯示屏光源(Create Display Source)
1.在light simulation選項中，在“source”部分，點擊Display。按住shift鍵同時點擊Display選擇Display_HUD。點擊Display_HUD。
2. 定位Display_HUD源。確保藍色箭頭(z軸)指向折射鏡。
創建亮度探測器(Create a Radiance Sensor)
1. 在light simulation選項中，在“sensor”部分，點擊Radiance。按住shift鍵同時點擊Radiance選擇Radiance_HUD。點擊Radiance_HUD。
2 .定位Radiance_HUD。
創建觀察者探測器(Create an Observer Sensor)
1. 在light simulation選項中，在“VR-Observer”部分，點擊Observer。按住shift鍵同時點擊Observer選擇Observer_HUD_stereo。點擊Observer_HUD_stereo。
2. 定位Observer_HUD_stereo 探測器。
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