讓目光重回路上

齊勇

大陸集團(tuán)正在研發(fā)新生代的抬頭顯示器——增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示器（AR-HUD），它通過(guò)為駕駛者提供虛擬提示信息，進(jìn)一步補(bǔ)充和提示車(chē)輛前方的交通外景情況。 AR-HUD 脫胎于 HUD， 但與之不同的是其鏡像信息并非投射在顯示屏或擋風(fēng)玻璃上，而是能準(zhǔn)確投射到真實(shí)的交通路況中。例如，導(dǎo)航時(shí)一個(gè)契合外景的箭頭式影像在車(chē)輛前方拐彎處的路面上指示行進(jìn)路線；激活了自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（ACC）后，AR-HUD 會(huì)在實(shí)景中具象化地標(biāo)記出駕駛員輔助系統(tǒng)所檢測(cè)到的前方行駛車(chē)輛。在日益復(fù)雜的世界中，AR-HUD智能化的信息將大大減輕駕駛者的負(fù)擔(dān)。大陸集團(tuán)預(yù)計(jì)于2017年將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示器投入量產(chǎn)。

現(xiàn)有HUD技術(shù)

早在2003年，大陸集團(tuán)就首次批量生產(chǎn)了汽車(chē)彩色HUD，在此基礎(chǔ)上，大陸繼續(xù)大力推進(jìn)AR-HUD的研發(fā)。憑借如今已達(dá)到批量生產(chǎn)水平的HUD，大陸已掌握先進(jìn)的人體工程學(xué)顯示技術(shù)。作為信息過(guò)濾器，HUD 將精選的、與駕駛直接相關(guān)的信息全彩投映到擋風(fēng)玻璃上，駕駛員從而可以舒適獲取信息，眼睛不必離開(kāi)路面。HUD 作為人機(jī)界面（HMI）的一部分為無(wú)事故駕駛做出貢獻(xiàn)。

著眼未來(lái)的AR-HUD

與普通HUD將信息投射到擋風(fēng)玻璃上不同，AR-HUD可以將虛擬提示信息直接移動(dòng)到駕駛員視線中。在寬130cm、高60 cm的駕駛員視野截區(qū)內(nèi)，AR-HUD 可將全彩圖像插入車(chē)輛前方7.5米的真實(shí)街景中。為此，這里也應(yīng)用了數(shù)字微鏡器件技術(shù)（DMD），此技術(shù)目前被廣泛用于數(shù)字影像投影中。

大陸的AR-HUD目前提供了三種聯(lián)合駕駛員輔助系統(tǒng)所能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用。首先，AR-HUD 會(huì)在駕駛員即將無(wú)意識(shí)地偏離車(chē)道時(shí)給予幫助。其次，AR-HUD還支持ACC（自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)）。當(dāng) ACC 被激活時(shí)，AR-HUD中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)月牙形標(biāo)志，突出顯示電子系統(tǒng)檢測(cè)到的前方行駛車(chē)輛。這種人機(jī)溝通實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛與駕駛員之間的全新交互方式。車(chē)輛向駕駛員顯示，輔助系統(tǒng)看到了什么以及要做什么。這樣的交流方式會(huì)逐步建立起人機(jī)之間的信任，同時(shí)也為未來(lái)真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛提供了技術(shù)上的探索與可能性。

第三種應(yīng)用是AR- HUD 在真實(shí)外景的基礎(chǔ)上投射導(dǎo)航指示。駕駛員從而知道，他必須在哪里拐彎，而不必在導(dǎo)航畫(huà)面和真實(shí)世界之間來(lái)回轉(zhuǎn)換——這也是我們說(shuō)AR- HUD使駕駛員目光重新回歸到道路上一個(gè)重要的方面。AR-HUD的出現(xiàn)，能夠使汽車(chē)的人機(jī)交互系統(tǒng)的溝通質(zhì)量產(chǎn)生決定性的變化，與駕駛有關(guān)的重要信息會(huì)出現(xiàn)在駕駛員憑直覺(jué)第一眼看到的地方，與行駛方向相同，與現(xiàn)實(shí)路況相結(jié)合，這樣不僅使信息會(huì)更好地被接受，更在極大程度上提高了交通安全。

所見(jiàn)即所知

那么，以上功能是如何實(shí)現(xiàn)的呢？作為人機(jī)界面新成員的AR-HUD，在試生產(chǎn)階段就已與駕駛員輔助系統(tǒng)的環(huán)境傳感器、GPS數(shù)據(jù)、地圖資料以及駕駛動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)建立了密切的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系。車(chē)輛在前保險(xiǎn)杠和后視鏡上分別安裝有雷達(dá)傳感器和一個(gè)CMOS攝像頭。為 AR-HUD應(yīng)用所選擇的高級(jí)駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）包括車(chē)道偏離警示系統(tǒng)（LDW）、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（ACC）和導(dǎo)航系統(tǒng)路線指示。如果駕駛員輔助系統(tǒng)識(shí)別到重要情況，AR-HUD會(huì)將報(bào)警信息以虛擬圖像的方式呈遞給駕駛者。

AR-Creator控制器會(huì)對(duì)大量數(shù)據(jù)流進(jìn)行評(píng)估，以使圖像元素在成像幕上精確定位，從而準(zhǔn)確投影到駕駛員的AR-HUD視域中。AR-Creator會(huì)對(duì)三個(gè)來(lái)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合：攝像頭可用于繪制道路幾何形狀，其中包括回旋曲線、車(chē)輛前方車(chē)道曲率的數(shù)學(xué)描述。車(chē)輛前方物體的大小、位置和距離來(lái)自雷達(dá)傳感器數(shù)據(jù)與對(duì)照的相機(jī)數(shù)據(jù)組合。最后，大陸集團(tuán)的電子地平線（eHorizon）提供地圖框架，將現(xiàn)場(chǎng)傳感數(shù)據(jù)編譯其中。大陸的高動(dòng)態(tài)聯(lián)網(wǎng)eHorizon產(chǎn)品已到達(dá)批量生產(chǎn)水平，它可以處理各種來(lái)源（車(chē)對(duì)車(chē)、交通控制中心等）的數(shù)據(jù)并在AR-HUD上顯示。

AR-Creator利用融合的數(shù)據(jù)計(jì)算出從駕駛員位置看到的車(chē)前方道路的幾何圖形。這樣可行是因?yàn)轳{駛員眼睛的位置是知道的：在演示車(chē)輛上司機(jī)在駕駛前需正確設(shè)置一下眼睛識(shí)別框的位置。這個(gè)操作可以通過(guò)內(nèi)部攝像頭自動(dòng)進(jìn)行。 它能夠識(shí)別駕駛者眼睛的位置并指導(dǎo)眼睛識(shí)別框定位。眼睛識(shí)別框是一個(gè)矩形區(qū)域，其寬度和高度與理論“視窗”相當(dāng)。就只要駕駛員從這個(gè)窗口看向道路，他就能看到完整的AR-HUD圖像。

以電影技術(shù)增強(qiáng)汽車(chē)

AR-HUD中的主角當(dāng)然是增強(qiáng)投影面。它的投影距離在駕駛員前方7.5米，可將增強(qiáng)的顯示符號(hào)直接投射在道路上，與當(dāng)前交通狀況相融合。投影面的內(nèi)容是由大陸集團(tuán)首次在IAA 2013年展出的新成像單元生成。與在電影數(shù)字投影機(jī)中一樣，由數(shù)字微鏡元件（DMD）生成圖像元素。

從成像屏幕正面看，接下來(lái)的光學(xué)路徑類似于傳統(tǒng)的抬頭顯示器的光學(xué)路徑： 成像幕上的圖像通過(guò)第一個(gè)鏡子（反射鏡）反射到第二個(gè)更大的鏡子（AR-HUD鏡）上，從那里反射向擋風(fēng)玻璃。增強(qiáng)光學(xué)系統(tǒng)的出射面幾乎達(dá)到DIN A4尺寸。由此形成視域尺寸為10°X4.8°的增強(qiáng)投影面，相當(dāng)于直接視野內(nèi)有幾何寬度 130 厘米和高度 63 厘米的可增強(qiáng)視域。如要讀取這個(gè)遠(yuǎn)投影面中的信息，駕駛員的視野可稍稍下調(diào)2.4°。兩個(gè)投影面（行駛狀態(tài)和增強(qiáng)投影面）的成像單元能夠配合環(huán)境亮度調(diào)整顯示亮度，光密度可達(dá)到10000 坎德拉/平方米以上。 因此，幾乎在任何強(qiáng)烈的環(huán)境光條件下都能清晰顯示。

自動(dòng)駕駛和AR-HUD

AR-HUD這個(gè)新“教練”在自動(dòng)駕駛的全球新趨勢(shì)中扮演著重要的角色。因?yàn)樽詣?dòng)駕駛除了減輕人類的操作任務(wù)，同時(shí)也給人類帶來(lái)了新的任務(wù)：一旦駕駛員在某個(gè)操控行動(dòng)中或者在某個(gè)路段把車(chē)輛的操作交給汽車(chē)自動(dòng)處理，那么駕駛員就從“操作者”變成了“監(jiān)控者”。他對(duì)信息的需求也隨之而改變。例如，駕駛員想知道他的汽車(chē)到底“看見(jiàn)”了哪些車(chē)輛、物體和交通標(biāo)志。只有這樣，駕駛員才會(huì)對(duì)這種創(chuàng)新性的汽車(chē)功能產(chǎn)生信任。在今天看來(lái)，沒(méi)有比AR-HUD更好的方法了。通過(guò)這種系統(tǒng)，駕駛員可以直接看到汽車(chē)上的車(chē)載系統(tǒng)識(shí)別到了前方有哪些車(chē)輛。這種直接的視覺(jué)確認(rèn)是一種很重要的反饋。

大陸集團(tuán)董事會(huì)成員

與車(chē)身電子事業(yè)部負(fù)責(zé)人

Helmut Matschi

“AR-HUD 是在人機(jī)交互方面邁出的重要一步，能幫助更好地實(shí)現(xiàn)更舒適、更經(jīng)濟(jì)、更安全的駕駛。駕駛員可以在眼前輕松獲取所有重要信息。防止司機(jī)分心和感官疲勞是目前乃至未來(lái)的一個(gè)重要課題。AR-HUD是人機(jī)界面為應(yīng)對(duì)不斷增長(zhǎng)的需求向一體化顯示和操作系統(tǒng)進(jìn)化的下一步。AR-HUD以其功能建立起駕駛員與車(chē)輛之間的真正對(duì)話。大陸集團(tuán)將憑借增強(qiáng)技術(shù)再次確立其在HUD技術(shù)領(lǐng)域中的主導(dǎo)地位。”

集成型抬頭顯示

除了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示器之外，大陸集團(tuán)還發(fā)布了集成型HUD，它不是將信息顯示在擋風(fēng)玻璃上，而是使用一小塊被稱為“集成型屏幕”的透明塑料片作為反射屏幕。作為擋風(fēng)玻璃型HUD的“小兄弟”，集成型HUD幾乎具有與擋風(fēng)玻璃型HUD完全相同的人體工程學(xué)優(yōu)勢(shì)。與大陸2003年首次量產(chǎn)的擋風(fēng)玻璃HUD相比，集成型HUD只需占用其一半多的安裝空間。這是由于不再需要把擋風(fēng)玻璃融合到光學(xué)路徑中，而只需利用光學(xué)性能經(jīng)過(guò)優(yōu)化的集成屏幕。在理想情況下，一個(gè)集成型HUD在內(nèi)部只使用一面鏡子。這樣，安裝不僅節(jié)省空間，而且還十分平整，從而更容易集成到緊湊型的特別是運(yùn)動(dòng)型的車(chē)輛上。