風擋上的進階革命：讓增強現(xiàn)實與HUD歡樂玩耍

HUD作為一個從戰(zhàn)斗機中移植過來的高大上的技術(shù)，現(xiàn)在還基本上只能在高端車型上看到。但是，看看前幾天車云菌介紹的路虎Vision概念車上將會搭載的HUD技術(shù)，就知道在這個技術(shù)大爆炸的年代，HUD還沒有被大多數(shù)人享受到的時候，攻城獅們已經(jīng)開始進階研發(fā)了。

大陸集團的最新HUD技術(shù)

回頭想想，HUD的出現(xiàn)是為了能夠讓駕駛員不需要去低頭就能看到想知道的一些信息，來保證行駛的安全。但是呢，目前的HUD上顯示的速度一類信息或者簡單的路線導航，卻并不能真的解決這個問題。對于大部分人來說，在不熟悉而且交通擁堵的地方根據(jù)導航指示找路是件非常容易焦慮的事情，路不熟的情況下很容易走錯。試想一下，讓一位初次進入帝都的新手駕駛員從豐臺經(jīng)過五環(huán)前往回龍觀，錯過一個出口得走多少冤枉路呀，在高峰時期，就更加鬧心了。

大陸的攻城獅們利用增強現(xiàn)實技術(shù)，研發(fā)出了一款新型的HUD，叫做Augmented Reality Head-Up Display(以下簡稱AR-HUD)來解決這個問題。

與傳統(tǒng)的HUD相同，AR-HUD上同樣會顯示車輛的基本數(shù)據(jù)，包括車輛行駛速度、當?shù)叵匏俚鹊?，它的厲害之處在于一方面融合了車道偏離警告和ACC自適應巡航控制系統(tǒng)的顯示，另一方面能夠?qū)Ш铰肪€和實時路況進行高精度的顯示，來引導駕駛員們根據(jù)路線進行轉(zhuǎn)彎、變道。這些信息都會被投射到風擋玻璃上。

常規(guī)的車道偏離警告大多是通過聲音警告或者是座椅的振動。在AR-HUD上，如果你的車超過了道路的中間線或者要靠近路肩了，那么會在車道線邊緣的位置顯示出一排紅色的“貓眼”，來告訴你已經(jīng)超出了車道范圍，并且HUD上的道路符號也會把相應的一側(cè)變成紅色來顯示，而當你將車輛轉(zhuǎn)回到車道時，這些提示就會消失。

當ACC功能被激活時，駕駛員能夠看到正前方車輛的后部有一道虛擬的弧線，表示攝像頭和雷達正在監(jiān)控這輛車來確定輛車的位置和適應它的速度。當車輛之間的距離改變時，HUD上的藍色條表明你正在安全的跟車距離之內(nèi)，而當出現(xiàn)紅色的三角符號時，則表明兩車距離過近，將會有危險。

如果說前兩項功能只是對于這兩項主動安全技術(shù)的額外顯示，那么導航路線指示功能簡直酷炫到?jīng)]朋友。當你接近路線的下一個需要轉(zhuǎn)彎的路口時，AR-HUD上會顯示出一排的箭頭( or > >>)，看上去像是附在道路的表面上，這些箭頭會指導你應該在何處進行轉(zhuǎn)彎，當你轉(zhuǎn)過彎后，箭頭就會消失。有了這項功能之后，完全不需要低頭去看導航，因為沒有提示的時候只需要繼續(xù)直行就可以了，而當需要轉(zhuǎn)彎時，這些藍色的小箭頭也保證了你不會錯過。

腫么樣，看完之后有沒有心動的趕腳?大陸方面表示，現(xiàn)在這項技術(shù)已經(jīng)基本開發(fā)完畢，剩下的就是與車輛的整合工作了，真正的量產(chǎn)會在2017年。而造成如此酷炫效果的，是幕后的兩大功臣：投射裝備與控制單元。

分層顯示與DMD技術(shù)

AR-HUD上之所以能顯示出這樣的圖像，是因為它將不同類型的數(shù)據(jù)和圖形分層投射到風擋玻璃上，就像在駕駛員面前有兩個投射面，其中一個顯示基本信息，另外一個顯示ADAS和導航相關(guān)的信息，分別有兩個元件進行圖像生成。

負責基礎(chǔ)信息顯示的單元由一個薄膜晶體管、一個小型光學反射鏡、以及一個發(fā)光二極管的陣列組成，它會將圖像投射在靠近駕駛員一端。它的可視范圍是 5°×1°，相當于一個寬210毫米、長42毫米的矩形，投射距離為2.4米，與常規(guī)的HUD水平相當，可以把它看做就是一個傳統(tǒng)的HUD。

分層的圖像投射：近端的基礎(chǔ)信息與遠端的道路指示

AR-HUD的關(guān)鍵在于另外一個元件上，這個元件負責的就是使用增強現(xiàn)實技術(shù)的圖層，生成的圖像看上去就像是附著在道路表面上一樣，圖像被投射在遠離駕駛員一端，它的投射距離更長，是在駕駛員前方7.5米左右的位置形成圖像。光線的投射面積與一張A4紙張大小相近，最終的視野范圍是10°×4.8°，相當于一個長130厘米，寬63厘米的矩形范圍。它的關(guān)鍵在于內(nèi)置的DMD(Digital Micro-Mirror Device，數(shù)字微鏡裝置)芯片，是由德州儀器提供的光學半導體元件。

DMD芯片上有一個由幾十萬面光學微鏡組成的鏡子矩陣，其中每一個鏡子都能被單獨控制進行角度傾斜，芯片由電子電路、機械結(jié)構(gòu)和光學器件組成，電子電路為芯片的控制電路，機械結(jié)構(gòu)是控制鏡片轉(zhuǎn)動的結(jié)構(gòu)，而光學器件則是指鏡片矩陣。

當DMD正常工作的時候，光線經(jīng)過DMD芯片，鏡片便會通過轉(zhuǎn)動來反射光線，每個鏡片的旋轉(zhuǎn)都是由電路來控制的。每個鏡子一次旋轉(zhuǎn)只反射一種顏色，并將其作為獨立像素在投射屏上顯示出來。在AR-HUD上，DMD芯片會投射來自于紅、藍、綠三種顏色的發(fā)光二極管的顏色。鏡子的旋轉(zhuǎn)速度非常快，能達到上千轉(zhuǎn)，鏡片矩陣會在同一時間反射光線，投射到屏幕上以后，給人的視覺器官造成錯覺，將快速閃動的光線混在一起，就能在投影圖像上看到混合后的顏色。

HUD雖然叫做抬頭顯示，但實際上當駕駛員平視前方的時候，也是需要略微低頭去觀察的。AR-HUD的偏向角是2°，而傳統(tǒng)HUD的偏向角基本上在6°左右。AR-HUD能夠自動根據(jù)周圍環(huán)境進行亮度調(diào)節(jié)，保證在任何外界環(huán)境下都能夠?qū)D片清晰地顯示出來。

四核控制單元

AR-HUD上顯示的所有這些圖像信息都并非由AR系統(tǒng)提供的，而是從實時監(jiān)控車輛狀態(tài)的傳感器中獲得，所以在投射之前，需要先對傳感器進行數(shù)據(jù)采集，再對數(shù)據(jù)進行融合和排序，AR-HUD上進行這項工作的叫做AR生成器(AR Creator)。AR生成器的核心是一個滿足車規(guī)的1.2GHz四核處理器。

系統(tǒng)會從三個來源進行數(shù)據(jù)的收集，一個是安裝在汽車前方的雷達、一個是安裝在車內(nèi)后視鏡上的CMOS攝像機(監(jiān)測距離在4-60米)、以及從導航系統(tǒng)中獲取地圖數(shù)據(jù)并進行編譯的大陸eHorizon單元。車輛本身的位置會通過GPS定位顯示在數(shù)字地圖上，如果沒有GPS信號，那么會根據(jù)GPS提供的最后一次位置，以及車輛的動態(tài)數(shù)據(jù)進行模擬計算。在大陸的原型車上，這部分的數(shù)據(jù)來自于安裝在其底盤上的陀螺儀模塊。