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        車載HUD(抬頭顯示)技術發展加速市場爆發在即
        發布時間:2023-05-11    來源:VR陀螺   閱讀次數:7524 分享到:
        不僅元宇宙,智能汽車也已經駛入了發展的快車道。自動駕駛技術正在由L2向L3邁進,各大汽車廠商開始著手為用戶打造更為舒適、體感更為多樣化的“第三生活空間”。在這個過程中,伴隨著AR-HUD應用的加強,汽車行業開始迎來了新一輪的駕駛革命。

        HUD為Head-up Display(抬頭顯示設備)的簡稱,它起到信息輔助的作用,最早于1988年引入汽車領域。隨著技術的發展,車載HUD也由最初的C-HUD、W-HUD,再進一步往最前沿的AR-HUD邁進。

        市場對車載HUD普遍劃分為C-HUD、W-HUD跟AR-HUD幾大類,C-HUD逐漸被淘汰、W-HUD是目前的主流,并逐漸向AR-HUD過渡。徐俊峰結合自家產品矩陣以及技術發展脈絡,將HUD產品分為了五個代次,分別是智能W-HUD、光場AR-HUD、空間光場AR-HUD、全車窗HUD以及光場MR-HUD。

        智能W-HUD可以顯示車速、擋位、續航里程、指示燈等車輛駕駛信息,還能顯示ADAS智駕信息及導航地圖等,將重要的車機中控屏信息直接顯示在駕駛員正前方,能提供非常實用的駕駛體驗,理想汽車L8和L9所搭載的HUD產品是智能W-HUD的典型代表。

        從2020年起,市場開始加速W-HUD向AR-HUD的迭代。目前各家企業對于AR-HUD的定義各不相同,如在參數上,比較常見的觀點是AR-HUD的FoV需要達到10°×3°,VID需要達到7.5米以上。AR-HUD不僅需要關注光學參數,更重要的是實現虛擬與真實的精準融合。

        目前市場最具代表性的產品為奔馳2021款邁巴赫、2022款頂配電車所搭配的HUD。從概念視頻上來看,奔馳這套HUD方案只能顯示單一焦平面的內容,不過,它可通過算法來模擬畫面貼合實景的效果。這套方案在體驗方面依舊不算完美,但徐俊峰表示它已經可以視作目前AR-HUD量產產品的天花板。

        隨著技術進一步發展,未來圍繞HUD還會出現全車窗HUD、光場MR-HUD等極具科技感的產品。所謂全車窗HUD,指的是未來汽車前車窗將化身為一個巨幅屏幕,主駕駛區域可以顯示導航等信息,而副駕駛可以觀看視頻等內容。而光場MR-HUD則更進一步,它將形成一個完善的人、車、路、網生態,開辟下一代增強現實互聯網的全新入口,當然,目前仍處于概念階段。

        結構上,HUD可以劃分為三個板塊:圖像生成單元(PGU)、放大光路以及擋風玻璃。大概原理是PGU生成畫面虛像,然后借由放大光路來改變畫面的路徑、焦距、大小等,最后通過擋風玻璃將畫面反射至人眼。

        其中,PGU又可以分為TFT、LCoS、DLP和LBS等方案,這些方案之間各有優缺點,行業普遍認為,TFT清晰度高,體積小,比較薄,但耐熱性低,DLP分辨率高、體積大但耐熱性好。如果對放大光路的解決方案進行細分,里面又可分為自由曲面鏡、光波導、HOE薄膜等。不過目前光波導跟HOE薄膜在陽光下會出現炫光(Glare)問題,能實現純凈透明無炫光效果的只有自由曲面鏡。

        主流的單平面HUD產品,在設計時需要綜合考慮功耗、亮度、重影、視差等一系列因素。亮度方面,行業對車載HUD的要求需要達到入眼亮度10000尼特以上,有些國家或者車企會更進一步,要求亮度達到18000尼特以上。目前高亮度可以通過TFT+背光、選用DLP/LCoS等方式實現。

        而重影問題,則是由于投影光線經過前擋風玻璃時同時在其內外兩個表面發生折射效應所導致的,它極大影響了畫面的觀感,目前重影問題可通過為擋風玻璃增加PVB膜等手段解決。

        當W-HUD向AR-HUD邁進,它不再只是一個單純的顯示組件,它還應當具有更多“AR”的特性,而AR的定義里面包含了三要素:環境感知、虛實融合與實時交互。為了實現這些特性,需要從光學設計、軟硬件、HMI交互等不同維度同時發力。

        從光學設計方面來看,目前多數AR-HUD采用了離軸三反射式結構,它的體積會隨著FoV、VID的提升而進一步增大。目前W-HUD的體積僅有數升,而AR-HUD的體積多在10升以上,曾搭載在奔馳S級上的HUD,其體積甚至達到了20升以上。如何降低HUD體積成為了各大廠商關注的一大問題。

        AR-HUD畫面尺寸遠大于傳統HUD,導致AR-HUD的光學設計難度呈幾何級數提升。W-HUD的畫面放大倍數一般不會超過6倍,但是AR-HUD需要追求大VID,它的放大倍數可達10倍以上,這時候雙眼視差、畫面畸變問題會進一步凸顯出來。這背后對于自由曲面鏡曲率、裝配公差、擋風玻璃精度都有著更高的要求。

        不僅如此,目前AR-HUD產品多為單焦面,從光學層面上來看就注定它無法實現車輛在行駛過程中HUD畫面與地球坐標相對固定,這也就無法實現“AR”所需要的虛實融合效果。為此,需要進一步升級PGU像源,以實現多焦面甚至連續變焦顯示。

        除光學設計外,AR-HUD同樣面臨著數據采集、環境感知、畫面渲染輸出等AR眼鏡常見的技術難題。

        環境感知部分,AR-HUD需要與汽車的ADAS數據進行打通,基于汽車的毫米波雷達、激光雷達、GPS、攝像頭、差分高精度定位IMU等傳感器進行實時感知車身運動姿態和外部環境物體姿態。

        AR-HUD的硬件底子其實要優于AR眼鏡。AR眼鏡在設計時需要同時兼顧體積、重量、續航、亮度、算力等問題,但是對于HUD而言,它并不需要擔心功耗問題,并且汽車算力強大、傳感器數量眾多,這為其空間定位算法奠定了良好的基礎。

        不過由于汽車在高速行駛過程中,也會影響SLAM算法的魯棒性,如果想要實現虛擬影像與真實世界在空間坐標系上的定位坐標轉換與對齊,相較于低速甚至靜止狀態要難得多。

        不僅如此,從汽車傳感器采集數據、數據傳輸給HUD、再到圖像渲染輸出,這個過程產生的時延可能高達數百毫秒,比AR眼鏡要大得多。而徐俊峰指出,“根據FUTURUS目前的測算數據,這個延時的時間差需要控制在30ms以內?!蹦壳翱赏ㄟ^空間運動姿態捕捉及延時補償算法降低時延問題,不過該算法對運算速率要求極高,并且需要對汽車運動軌跡進行相應預判。

        在交互設計上,徐俊峰則認為HUD廠商應該保持克制。如一些廠商為了炫技、盲目追求科幻效果為HUD引入了大量的信息提示以及動畫交互,但過多的信息對于司機而言其實是一種負荷與干擾?!癆R-HUD應當以‘極致體驗’為目標,并秉持‘Less is More’和‘Display as needed’的原則,只向用戶提供最需要、且最重要的信息?!?/span>

        滲透率僅10%,AR-HUD市場處于爆發前夕
        從發展節點來看,早在20世紀90年代,通用、豐田等車企就已經有車載HUD產品的應用落地,近幾年是HUD的快速發展期,國內的長城、哈弗等品牌于2020年開始逐步引入。如今推出HUD車型的廠商包含奔馳、寶馬、豐田、哈弗、理想等。理想在這其中最為激進,理想L7、L8、L9實現了全系標配HUD。

        受到政策以及資本對于智能汽車市場的追捧,車載HUD在乘用車市場的滲透率呈逐年上升趨勢,2020年約4%,2021年達到了5%,2022年已經占到了10%左右。

        目前很多科技巨頭都已經瞄準汽車領域,比如百度的集度、阿波羅、阿里的斑馬智行、騰訊的梧桐車聯、小米、華為、滴滴等,但是有能力做好AR-HUD的并不多。汽車行業是一個比較傳統的行業,而HUD是一個復雜的產品,需要很高投入,但它的回報又很慢,所以大家對它的關注都還不太夠。

        普通W-HUD大概在1000元區間,2D AR-HUD產品可能賣到2000-3000元區間,銷往歐美等市場售價會相應提高??偟膩砜?,它在汽車上面的成本占比并沒有發動機、電池那么高。

        剩下的少部分這些有動力、有計劃進行HUD產品開發的車企/巨頭當中,可能包含理想、比亞迪以及蘋果等。對于理想而言,HUD在其發展中占據了重要位置,這是它會持續關注的一環;而比亞迪具有較強的研發實力,可能會從中分一杯羹。

        此外,蘋果也是一大看點。蘋果下場打造AR眼鏡和汽車的消息由來已久,并且不時有相應的HUD和AR專利傳出。徐俊峰指出,蘋果在AR芯片、算法、操作系統等均有布局,伴隨蘋果汽車產品推出,市場可能會迎來一輪革新。

        整個HUD市場還在欣欣向榮發展中,出貨量天花板遠沒有來臨。根據觀研報告網數據,2021年中國HUD市場規模達到29.6億元,預計到2025年市場規模將達到317.4億元。

        搭載車載HUD技術已經成為汽車行業的一個重要趨勢,通過HUD技術,駕駛員可以獲得更多的駕駛信息,同時保持對道路的關注和集中,從而提高行車安全和舒適性。隨著AR技術的發展以及應用,相信HUD將能帶給我們更好的乘車體驗。
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