智能駕駛的入口——HUD 回想學習手動擋科目三時加油換擋的過程，筆者至今仍然覺得有些驚心動魄。換擋考試的路段車流很多，看路況的同時還需要低頭掃一眼車速再進行換擋，對新手來說，在心理素質方面真是極大的考驗。初練習的時候感嘆多次：要是不低頭就可以知道車速就好了！

誒！真的可以。HUD完全可以幫助實現這樣的愿望（PS：雖然教練車是必然不會也不能安裝相關設備的。）那么HUD是什么呢？

抬頭顯示簡稱HUD，也叫做平視顯示系統，是指以駕駛員為中心、盲操作、多功能儀表盤。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，以此來幫助改善汽車設計，從而提高駕駛員的態勢感知能力。

在駕駛員的視線中顯示汽車的速度可以減少眼睛離開路面的時間。而當與傳感器和先進的駕駛員輔助系統（ADAS）的能力相結合時，甚至可以突出顯示一個真實物體（如行人或路障）的圖形，而不是僅在車內設置紅色閃爍燈或警報。它使駕駛員更容易地檢測到威脅或警告，從而更快地采取行動。

HUD抬頭顯示最早被應用于軍事航空領域，其主要原理是通過投影的方式將飛行參數、姿態信息、導航信息等投射至飛行員視野正前方的透視鏡上，使飛行員保持平視狀態時，可在同一視野中兼顧儀表參數和外界目視參照物，從而保證飛行安全。

在汽車座艙內，HUD主要包括C-HUD、W-HUD、AR-HUD三種。其中，C-HUD通過在儀表前方放置一個半透明的樹脂板作為投影介質反射出虛像，實質上屬于后裝市場，但整體成像效果差，裝載率難以提升；W-HUD作為C-HUD的升級方案，直接通過前擋風玻璃作為投影介質來反射成像，有效解決了C-HUD的部分安全隱患，并且在投影范圍、投影內容和投影質量等維度均有所提升，是當前技術節點的主流方案；AR-HUD通過結合虛擬現實技術，以自然的距離將相關信息疊加至實物之上，整體成像尺寸更大、質量更高，不僅可以充分融合智能座艙及導航指示、車道偏離告警（LDW）、自適應巡航控制（ACC）指示燈等ADAS相關功能，同時也可以為駕駛員帶來沉浸式的體驗，必然會成為未來車載HUD的最終形態。

HUD目前僅在一些中高端車型可見，而且通常是選裝，因此這仍然是一片藍海市場。但是，就目前電動汽車、智能汽車的普及趨勢而言，就像攝像頭之于ADAS，與智能駕駛相配合的HUD必然成為未來汽車前裝必不可少的一部分。隨著汽車智能化程度越來越高，中控大屏、旋轉屏、多功能的流媒體儀表盤等隨處可見，座艙信息愈發豐富。豐富的信息需要被安全有效的接收，所以，HUD也會逐漸發展起來。

分析完市場，我們來看看關鍵技術和制約其發展的原因。

幾年前制約車載前裝攝像頭發展的原因ADAS之類的智能駕駛輔助技術發展不成熟，一車多攝像頭采集的信息無法被有效利用還拉高了車機成本。而對于HUD來說，重點在于清晰明白的看，這就涉及到高清不受環境光線影響的顯示技術和周邊環境融合感知的成像算法技術。HUD抬頭顯示系統主要是包括兩部分：信息處理模塊和投屏顯示系統。二者相比，光學方面亟需解決的是后者。

投屏顯示系統包括LED光源、投影單元以及玻璃反射。

玻璃反射部分光線在玻璃內部和穿出玻璃之后折射率是不一樣的，因此反射到駕駛員眼中的光就分別產生了虛擬圖像（我們需要的）和重影圖像（需要消除的）。普通的前擋玻璃都是雙層玻璃，在兩層玻璃之間有一層或是多層聚乙烯醇縮丁醛（PVB），而且為了流暢的車身設計，前擋玻璃都會設計成曲面，這樣只會加劇重影；所以HUD適用的擋風玻璃應該是楔形的，楔形角的目標就是讓虛擬圖像和重影圖像盡可能的重疊，至少要達到人眼無法分辨的程度。

此外，投影單元是HUD的核心壁壘，有三種技術：TFT-LCD、DLP、MEMS激光投影。我們著重介紹前面兩種。目前比較成熟的方案是TFT-LCD顯示，基本上目前成熟應用的便是這種，主要用于W-HUD前裝市場。如圖5所示，其原理是使用LED背光源發光，電場控制兩片基板之間的液晶分支旋轉方向，矢量關系改變光的行進方向和顏色。

另外一種比較具有發展潛力的是DLP投影成像技術，它的成像路徑如圖6所示，集成的數十萬個超微型鏡片DMD經過紅色箭頭所示的強光反射后投影在顯示屏上。預計HUD的大規模市場化必然包含著DLP投影技術的興起。它的成像原理與感光元件極為相似可以類比，既解決了投影的色彩度和清晰度，也可以做到靈活顯示。如果后續軟件和算法逐漸與之相伴配套發展，則可以將其想象為屏幕與處理器件分離的電腦顯示屏。圖像的信息與車機主控結合，會更好的推動自動駕駛的發展。

W-HUD導航相關信息會投影到前擋風玻璃上，缺點也是成像范圍比較小，投影距離剛剛好在汽車的車頭前面。HUD系統的設計需要逐步脫離傳統的顯示技術，不再使用TFT面板顯示，而是采用增強現實（AR）技術，將圖像顯示在司機前方更遠的地方，在司機的自然視線范圍內，提供比如導航、危險識別等等之類的信息。

AR HUD投影面積需要比較大，投射距離必須長。如果要量化來說，如圖7所示，那么應該是分辨率為1080P是下限，成像距離最小要達到10m，亮度要比如今的主流TFT亮，FOV下限應當在15°左右，也就是顯示視野對于駕駛者而言應當覆蓋行駛的至少2個車道。

這對于投影技術是個挑戰，既要保證大的視場角，又要保證其清晰度和辨識度，還要排除日常行駛中自然光和環境光的干擾，AR-HUD技術最重要的便是需要多焦點成像功能，即可以在各種深度和距離下提供目標物體視圖，這樣，未來對于在無法進行自動駕駛的車道中行駛時，人與車與環境的交互都會是比較友好地。而且，它也會助推目前的智能駕駛逐漸向自動駕駛前進。

HUD看似新奇，實質上在上世紀80年代初期就已經在概念型汽車上出現，2003年開始豪華轎車配置HUD逐漸增多。2020年奔馳S級的AR HUD發布，讓普通人真的看見了這個市場。AR HUD 之所以受重視，不僅僅是其豐富的顯示內容，更重要的是AR技術的出現，讓HUD的使用場景有了更多可能，能更加有效的提高駕駛安全性。導航的時候可以直接將信息顯示到HUD上，并融合實際的路況場景進行顯示，左轉右轉一目了然。更能結合ADAS功能，及時預告路況和行人信息。可以肯定，HUD是可見的自動駕駛的入口，進入這道門，方可見成熟的自動駕駛技術。

綜上所述，目前HUD的兩大關鍵，一個是屏幕顯示技術，另一個是投影技術。投影技術重點在于亮度、清晰度和濾除干擾，屏幕顯示技術重點在于光學的巧妙設計和功耗考量。光學的巧妙設計一方面取決于楔形玻璃濾除重影，另一方面取決于顯示部分增強色彩。

就目前的主流顯示方法TFT-LCD顯示技術而言，國內的天馬集團已有產品具有高亮度、 高分辨率、高對比度、高透過率、快速響應的特點。在2020年1月15日，在日本最大規模的技術博覽會AUTOMOTIVE WORLD 2020展會上，天馬六大核心技術（異形技術、曲面技術、柵極芯片集成技術、光配向技術、局部調光技術和四色節能技術）研發出的新一代T型顯示屏亮相，將傳統HUD顯示升級為未來可實現AR效果的AMOLED透明顯示，以及在A柱上新增柔性AMOLED顯示。

AR-HUD需要在顯示技術方面有多年深厚的技術積累，這一點，天馬的各類優勢技術（如圖8）為AR-HUD做了足夠的鋪墊。

天馬不僅僅在前沿方向擁有先發優勢，在中小尺寸顯示屏方面也有深厚底蘊，天馬擁有STN-LCD、CSTN-LCD、TFT-LCD及CF生產線及模塊工廠，在技術水平、產品質量、產品檔次及市場占有率等方面，均居國內同行業前列，已成為中小尺寸顯示領域的領軍企業。天馬微電子提供多種型號的液晶屏，按照分辨率、尺寸、顏色深度以及支持的接口等方面，天馬液晶屏都有相應的產品服務與方案支持，在移動電話、MP3/MP4、車載顯示、儀器儀表、家用電器等領域有著非常廣泛的應用。

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