让目光重回路上

齐勇

大陆集团正在研发新生代的抬头显示器——增强现实抬头显示器（AR-HUD），它通过为驾驶者提供虚拟提示信息，进一步补充和提示车辆前方的交通外景情况。 AR-HUD 脱胎于 HUD， 但与之不同的是其镜像信息并非投射在显示屏或挡风玻璃上，而是能准确投射到真实的交通路况中。例如，导航时一个契合外景的箭头式影像在车辆前方拐弯处的路面上指示行进路线；激活了自适应巡航控制系统（ACC）后，AR-HUD 会在实景中具象化地标记出驾驶员辅助系统所检测到的前方行驶车辆。在日益复杂的世界中，AR-HUD智能化的信息将大大减轻驾驶者的负担。大陆集团预计于2017年将增强现实抬头显示器投入量产。

现有HUD技术

早在2003年，大陆集团就首次批量生产了汽车彩色HUD，在此基础上，大陆继续大力推进AR-HUD的研发。凭借如今已达到批量生产水平的HUD，大陆已掌握先进的人体工程学显示技术。作为信息过滤器，HUD 将精选的、与驾驶直接相关的信息全彩投映到挡风玻璃上，驾驶员从而可以舒适获取信息，眼睛不必离开路面。HUD 作为人机界面（HMI）的一部分为无事故驾驶做出贡献。

着眼未来的AR-HUD

与普通HUD将信息投射到挡风玻璃上不同，AR-HUD可以将虚拟提示信息直接移动到驾驶员视线中。在宽130cm、高60 cm的驾驶员视野截区内，AR-HUD 可将全彩图像插入车辆前方7.5米的真实街景中。为此，这里也应用了数字微镜器件技术（DMD），此技术目前被广泛用于数字影像投影中。

大陆的AR-HUD目前提供了三种联合驾驶员辅助系统所能实现的应用。首先，AR-HUD 会在驾驶员即将无意识地偏离车道时给予帮助。其次，AR-HUD还支持ACC（自适应巡航控制系统）。当 ACC 被激活时，AR-HUD中会出现一个月牙形标志，突出显示电子系统检测到的前方行驶车辆。这种人机沟通实现了车辆与驾驶员之间的全新交互方式。车辆向驾驶员显示，辅助系统看到了什么以及要做什么。这样的交流方式会逐步建立起人机之间的信任，同时也为未来真正实现自动驾驶提供了技术上的探索与可能性。

第三种应用是AR- HUD 在真实外景的基础上投射导航指示。驾驶员从而知道，他必须在哪里拐弯，而不必在导航画面和真实世界之间来回转换——这也是我们说AR- HUD使驾驶员目光重新回归到道路上一个重要的方面。AR-HUD的出现，能够使汽车的人机交互系统的沟通质量产生决定性的变化，与驾驶有关的重要信息会出现在驾驶员凭直觉第一眼看到的地方，与行驶方向相同，与现实路况相结合，这样不仅使信息会更好地被接受，更在极大程度上提高了交通安全。

所见即所知

那么，以上功能是如何实现的呢？作为人机界面新成员的AR-HUD，在试生产阶段就已与驾驶员辅助系统的环境传感器、GPS数据、地图资料以及驾驶动态数据建立了密切的网络联系。车辆在前保险杠和后视镜上分别安装有雷达传感器和一个CMOS摄像头。为 AR-HUD应用所选择的高级驾驶员辅助系统（ADAS）包括车道偏离警示系统（LDW）、自适应巡航控制系统（ACC）和导航系统路线指示。如果驾驶员辅助系统识别到重要情况，AR-HUD会将报警信息以虚拟图像的方式呈递给驾驶者。

AR-Creator控制器会对大量数据流进行评估，以使图像元素在成像幕上精确定位，从而准确投影到驾驶员的AR-HUD视域中。AR-Creator会对三个来源的数据进行融合：摄像头可用于绘制道路几何形状，其中包括回旋曲线、车辆前方车道曲率的数学描述。车辆前方物体的大小、位置和距离来自雷达传感器数据与对照的相机数据组合。最后，大陆集团的电子地平线（eHorizon）提供地图框架，将现场传感数据编译其中。大陆的高动态联网eHorizon产品已到达批量生产水平，它可以处理各种来源（车对车、交通控制中心等）的数据并在AR-HUD上显示。

AR-Creator利用融合的数据计算出从驾驶员位置看到的车前方道路的几何图形。这样可行是因为驾驶员眼睛的位置是知道的：在演示车辆上司机在驾驶前需正确设置一下眼睛识别框的位置。这个操作可以通过内部摄像头自动进行。 它能够识别驾驶者眼睛的位置并指导眼睛识别框定位。眼睛识别框是一个矩形区域，其宽度和高度与理论“视窗”相当。就只要驾驶员从这个窗口看向道路，他就能看到完整的AR-HUD图像。

以电影技术增强汽车

AR-HUD中的主角当然是增强投影面。它的投影距离在驾驶员前方7.5米，可将增强的显示符号直接投射在道路上，与当前交通状况相融合。投影面的内容是由大陆集团首次在IAA 2013年展出的新成像单元生成。与在电影数字投影机中一样，由数字微镜元件（DMD）生成图像元素。

从成像屏幕正面看，接下来的光学路径类似于传统的抬头显示器的光学路径： 成像幕上的图像通过第一个镜子（反射镜）反射到第二个更大的镜子（AR-HUD镜）上，从那里反射向挡风玻璃。增强光学系统的出射面几乎达到DIN A4尺寸。由此形成视域尺寸为10°X4.8°的增强投影面，相当于直接视野内有几何宽度 130 厘米和高度 63 厘米的可增强视域。如要读取这个远投影面中的信息，驾驶员的视野可稍稍下调2.4°。两个投影面（行驶状态和增强投影面）的成像单元能够配合环境亮度调整显示亮度，光密度可达到10000 坎德拉/平方米以上。 因此，几乎在任何强烈的环境光条件下都能清晰显示。

自动驾驶和AR-HUD

AR-HUD这个新“教练”在自动驾驶的全球新趋势中扮演着重要的角色。因为自动驾驶除了减轻人类的操作任务，同时也给人类带来了新的任务：一旦驾驶员在某个操控行动中或者在某个路段把车辆的操作交给汽车自动处理，那么驾驶员就从“操作者”变成了“监控者”。他对信息的需求也随之而改变。例如，驾驶员想知道他的汽车到底“看见”了哪些车辆、物体和交通标志。只有这样，驾驶员才会对这种创新性的汽车功能产生信任。在今天看来，没有比AR-HUD更好的方法了。通过这种系统，驾驶员可以直接看到汽车上的车载系统识别到了前方有哪些车辆。这种直接的视觉确认是一种很重要的反馈。

大陆集团董事会成员

与车身电子事业部负责人

Helmut Matschi

“AR-HUD 是在人机交互方面迈出的重要一步，能帮助更好地实现更舒适、更经济、更安全的驾驶。驾驶员可以在眼前轻松获取所有重要信息。防止司机分心和感官疲劳是目前乃至未来的一个重要课题。AR-HUD是人机界面为应对不断增长的需求向一体化显示和操作系统进化的下一步。AR-HUD以其功能建立起驾驶员与车辆之间的真正对话。大陆集团将凭借增强技术再次确立其在HUD技术领域中的主导地位。”

集成型抬头显示

除了增强现实抬头显示器之外，大陆集团还发布了集成型HUD，它不是将信息显示在挡风玻璃上，而是使用一小块被称为“集成型屏幕”的透明塑料片作为反射屏幕。作为挡风玻璃型HUD的“小兄弟”，集成型HUD几乎具有与挡风玻璃型HUD完全相同的人体工程学优势。与大陆2003年首次量产的挡风玻璃HUD相比，集成型HUD只需占用其一半多的安装空间。这是由于不再需要把挡风玻璃融合到光学路径中，而只需利用光学性能经过优化的集成屏幕。在理想情况下，一个集成型HUD在内部只使用一面镜子。这样，安装不仅节省空间，而且还十分平整，从而更容易集成到紧凑型的特别是运动型的车辆上。