确保新一代车载抬头显示(HUD)的质量

作者:
Anne Corning

车载抬头显示 (HUDs) 用于将关键信息投射到驾驶员视野范围内的挡风玻璃上,以便驾驶员能够时刻关注路况。抬头显示最初起源于20世纪50年代的航空航天工业,用于军用飞机,如今已广泛应用于飞机驾驶舱和飞行员头盔式(头盔)系统。抬头显示在车辆安全性和操作方面提供类似的功能,如今越来越普遍地应用于新上市销售的汽车中。

据行业分析人士预测,相比任何其他类型的车载显示器,抬头显示在新车型中的应用将会更快速地增长。1 一开始,大多数这类系统都将是传统的二维(2D)抬头显示(有时称为“Box-HUD”),但3D、全息和增强现实(AR)抬头显示指日可待。

 

据预测,抬头显示的销售量将会强劲增长,并越来越多地渗透到商用车市场。(图片 © IHS Markit)

抬头显示将透明图形图像投影到汽车挡风玻璃上的反光膜上,使得图像看起来就在驾驶员前方几米远处;这称为虚像图像距离(VID)。投影显示器的垂直和水平视场(FOV)的大小以度数表示。抬头显示的视窗定义为驾驶员在将头部移动到不同位置时可以看到整个显示屏的三维区域;由于挡风玻璃上投影区域的尺寸有限,在如今的传统抬头显示中,该三维区域的尺寸是有限的。因此,所投影的信息量也受到限制,通常仅限于基本速度和导航符号。

除了视场之外,传统二维抬头显示还存在其他局限性:它们不支持将图形叠加到现实世界中的物体上,也无法与车辆传感器数据进行整合,以创建实时人机界面(HMI)功能(此功能允许以富有含义的方式将虚拟图像相对于驾驶员的视场置于不断变化的环境中)2。为了扩展抬头显示的功能,开发人员正在寻求新一代AR-HUD系统。

增强现实抬头显示

AR-HUD系统既能提供更宽的水平视场,还可提供更远距离的投影(更远的虚拟图像距离)。通常,AR HUD系统提供至少7米远的虚拟图像距离(VID)和10°视场(FOV)的功能性观看区域(允许将虚拟图像的图形内容投影到更宽的可见环境范围内)。

 

传统HUD系统仅可在5°视场范围内从2.5-3米远处投影虚拟图像;而AR-HUD系统则可以在7-20米远处投影虚拟图像,这使虚拟图像能够与道路上的真实元素进行整合。(图片: © Texas Instruments3

AR-HUD系统以独特的方式投影信息,使其看起来与现实环境整合在一起,比如在前方道路上放置方向指示标志。此外,这些先进的系统还可以整合传感器信息,举例来说,显示车道偏离警告和指南,以帮助驾驶员纠正路线。

 

AR-HUD系统所整合的车道偏离警告有助于引导司机回到正确的车道上。(图片 © Continental AG, Source

首款商用AR HUD系统将安装在 2021年梅赛德斯·奔驰S系车型该车型将于今年晚些时候上市)中推向市场。该系统可以将来自车辆的各种传感器输入(比如:前视雷达和光学传感器)整合在一起,以向驾驶员提供警报和信息。举例来说,抬头显示可以提供有关与前方车辆之间距离的信息,在光线不足的情况下显示划定道路边缘的标记,或者通过叠加在行驶车道上显示的方向箭头提供导航帮助。

梅赛德斯·奔驰2021 S系车型AR系统在行动中。

传统HUD和AR HUD系统的关键质量考虑因素

随着新一代抬头显示系统的出现,用于确保虚拟图像质量的显示器测试设备将面临新的要求。随着3D和AR-HUD系统的加入,抬头显示的测量过程将会发生怎样的变化?这两种系统可以在更大的视场和一定的景深范围内投射出新型虚拟图像。

由于抬头显示是在车辆行驶过程中使用的,因此,确保图像和字符的清晰性和易读性对于安全至关重要。行业监管法规针对抬头显示规定了严格的光学要求,要求制造商仔细测量系统的视觉性能,以确保合规性。为此,汽车OEM制造商需要有效的显示器测量系统,最好是一款能够同时解决2D、3D和AR-HUD系统光学质量测试的一体化抬头显示测量解决方案。

完整的抬头显示自动化测试解决方案

瑞淀光学系统提供完整的硬件/软件解决方案,能够对车辆及其他设备中内置的抬头显示进行全自动化测试。该解决方案经过专门设计,以满足OEM制造商和供应商的测试要求(包括自定义要求以及SAE和ISO组织制定的要求),由ProMetric® 成像亮度计, 电子控制镜头和 TT-HUD™ 软件 组成,能够对抬头显示投影和虚拟图像快速执行自动化视觉检测。

 

TT-HUD软件利用所连接的ProMetric成像系统配备的电子控制镜头针对抬头显示虚拟图像距离自动调整焦距。完成对焦后,虚拟图像距离(VID)计算将提供以米为单位的投影图像距离,从而实现VID质量评估,并消除了人工测量距离的需要。

观看此简短的产品演示视频,了解瑞淀的抬头显示测量解决方案如何能够同时测试抬头显示光学性能的所有质量,包括AR-HUD系统中可变距离下投影的质量。

通过此视频,您可以了解到:

  • 使用TT-HUD软件测试套件对抬头显示的光学性能进行评估,包括亮度、色度、对比度、MTF、重影、失真、视窗等。
  • 使用瑞淀的电子控制镜头和软件针对可变距离下的投影快速对焦,并按实际距离单位自动计算虚拟图像距离(VID)。

 

 

 

 

 

 

 


引用文献

  1. Davis, K., “Automotive Display Market Overview and COVID-19 Impact”, IHS Markit presentation at Society for Information Display (SID) Display Week 2020, August 3, 2020.
  2. Firth, M., “Introduction to automotive augmented reality head-up displays using TI DLP® technology”, Texas Instruments, May 2019.
  3. Ibid.
     
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