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EEPW首頁 > 光電顯示 > 編輯觀點 > 在汽車中用上軍事科技——淺析HUD技術

在汽車中用上軍事科技——淺析HUD技術

作者: 時間:2024-04-01 來源:EEPW 收藏

是抬頭顯視設備(Head-Up Display)的縮寫,它是一款從軍事領域起源的技術。可以把一些重要的戰術信息顯示在正常觀察方向的視野范圍內,而同時又不會影響對于環境的注意,也不用總是轉移視線去專門觀察儀表板上的那些指針和數據。 技術最早用于飛機、戰斗機等軍用設備上,以在駕駛或飛行過程中提供駕駛員或飛行員必要的信息,而無需將視線移離駕駛或飛行的方向。除了交通工具,HUD 技術也在其他領域得到應用,如頭戴式顯示設備、智能眼鏡等。HUD 技術的發展和應用不斷推動著信息顯示和用戶界面的創新。

本文引用地址:http://www.beadyclass.cn/article/202404/457087.htm

  圖片1.jpg  

傳統HUD虛像距 圖源:Texas Instruments

不過傳統的W-HUD顯示畫面小,信息不夠直觀,已經難以滿足人們對于抬頭顯示的期待。因此能實現虛擬圖像與道路實景相結合,在擋風玻璃直接進行AR 導航的AR HUD被行業熱捧。AR HUD需要整合各種車輛傳感器信息(包括ADAS信息),給駕乘人員帶來更智能的體驗,因此,AR HUD被認為是智能汽車概念的完美契合產品。

根據影像源的硬件與原理的不同,目前主流的成像方式分為四種:、、、

以及基于MEMS技術的LBS方案。就目前的市場現狀來看,走向量產的僅有兩種方案。而隨著華為、一數科技等廠商在方案上的發力,這一技術路線也正在被行業重點關注。

-LCD

TFT-LCD投影技術以TFT作為HUD的投影單元,投影原理是LED背光源發光,隨后以電場控制液晶分支的旋轉方向,從而改變光的行進方向和呈現顏色來成像。由于技術基本成熟、成本較低,TFT-LCD成為當前最主流的HUD投影技術方案,廣泛應用于W-HUD產品中。然而TFT-LCD存在投影距離較近、耐高溫性能較差等問題,在AR-HUD產品上的應用需要攻克以上難題。

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TFT-LCD內部構造 圖源:智能汽車俱樂部

雖然當前LCD 仍為最成熟的主流投影方案,但由于其天然存在散熱不足的問題,在HUD 與AR 技術相結合的大趨勢下,LCD 投影技術將逐漸被新技術取代。

DLP(Digital Light Processing,數字光處理技術)采用的是美國德州儀器(TI)的專利技術——DMD芯片(DigitalMicromirror Device,數字微型反射鏡元件)。DMD由數百萬個高反射的鋁制獨立微型鏡片組成,每個鏡片可以通過數量龐大的超小型數字光開關控制角度。這些開關可以接受電子訊號代表的資料字節,然后產生光學字節輸出。DLP具有高亮度、高對比度和高分辨率等優點;工作溫度區間-40-105℃,滿足車規級要求;能夠實現5米以上的成像距離。

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DLP光機結構圖 圖源:Texas Instruments

在AR HUD上相較于TFT,DLP更容易獲得高亮度,TI官網的介紹是大于15K cd/m2 ,此外DLP在不同溫度下也可以保持一致的圖像質量。由于DLP本身材質以及結構方面的優勢,能更好的應對太陽光倒灌問題。DLP不使用偏振光,因此即使戴著太陽鏡也能看到顯示內容;同時DLP支持光波導和全息的AR HUD設計。

LCoS

(Liquid Crystal on Silicon)是一種新型的反射式MICRO LCD投影技術,其結構是在硅片上,利用半導體制程制作驅動面板(又稱為CMOS-LCD),然后在電晶體上透過研磨技術磨平,并鍍上鋁當作反射鏡,形成CMOS基板,然后將CMOS基板與含有透明電極之上玻璃基板貼合,再注入液晶,進行封裝測試。LCOS技術具有大屏幕、高亮度、高分辨率、省電等諸多優勢,因此被廣泛應用于HUD技術中。

圖片4.jpg

LCoS的內部構造 圖源:智能汽車俱樂部

2022年,華為AR-HUD正式上車上汽飛凡R7,光機采用LCoS技術路線,實現13°*5°的超大視場角,分辨率高達1920x730。這款產品還采用了NXP i.MX 8 QM,提供高達30K DMIPS的算力以及128GFLOPS的圖形處理能力,并配備4GB運行內存、16GB閃存、支持高清地圖導航視頻的AR引擎渲染。

LBS

LBS(Laser Beam Scanning)方案是一種將RGB三基色激光模組與微機電系統(MEMS)結合的投影顯示技術方案。LBS方案的核心技術在于MEMS微激光投影,它屬于掃描式投影顯示。該方案應用微機電二維微型掃描振鏡及RGB三基色激光,以激光掃描的方式成像。其輸出分辨率取決于MEMS微鏡的掃描頻率。LBS方案的優勢在于:光學引擎大幅簡化,體積??;對比度高,可以輕松達到7000:1;亮度高,色域廣(>150%);功耗低(<4-6W),發熱量很小。然而,由于激光二極管對溫度較敏感,不能達到85℃的工作要求等原因,LBS方案尚未成熟應用。

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據悉,英飛凌的 MEMS 掃描儀芯片組采用創新的傾斜鏡,為新一代激光掃描儀(LBS)投影奠定基礎;相比其他光學系統設計和競品 MEMS 掃描儀解決方案,英飛凌的新款掃描儀芯片的在性能、尺寸、能耗和系統成本上更具競爭優勢。而意法半導體則可以通過其可編程的車規級步進電機驅動器(用于圖像調整,由32位控制單元監控)為HUD設計提供通用型解決方案。

在汽車市場應用領域

隨著新能源汽車和智能汽車的不斷發展,HUD技術也將面臨新的挑戰和機遇。未來HUD技術發展的一些可能方向。

增強現實(AR)和虛擬現實(VR)整合:未來HUD技術可能會更加注重將增強現實和虛擬現實技術整合到駕駛體驗中。這包括將導航、車輛信息和周圍環境的虛擬顯示融入到駕駛員的視野中,提供更豐富、交互性更強的信息。

生物識別和駕駛員監控:HUD系統可能集成生物識別技術,以確保只有授權的駕駛員能夠獲得特定的信息。此外,可能會引入駕駛員狀態監控,通過檢測駕駛員的疲勞、注意力分散等情況,提供相應的提醒和干預。

全息投影技術:未來HUD系統可能采用更先進的全息投影技術,實現更大視角、更高分辨率的圖像,以提供更真實的顯示效果。這將有助于駕駛員更清晰地看到導航指示、車輛狀態等信息。

感知和交互性提升:隨著車輛的自動化程度提高,HUD系統可能通過更先進的傳感技術實現對車輛周圍環境的更準確感知,以提供更智能化的駕駛輔助。此外,可預見的是,更強大的交互性將使得駕駛員能夠更直觀地與HUD系統進行互動,例如手勢控制、語音識別等。

與車載網絡的深度集成:未來的HUD系統可能與車載網絡更深度地集成,獲取車輛的實時數據,并根據這些數據提供更智能、個性化的信息顯示。這可能包括車輛健康狀況、充電狀態等。

這些發展方向都與新能源汽車和智能汽車的趨勢相吻合,旨在提高駕駛體驗的安全性、便利性和智能化水平。隨著技術的不斷創新,HUD技術將在未來為汽車駕駛員提供更加智能、全面的信息顯示和駕駛輔助功能。



關鍵詞: DLP HUD TFT LCOS

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