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雷鋒網按：本文作者史高拔，汽車電子工程師，供職于國內某汽車技術中心，從事汽車智能網聯技術研發。本文由雷鋒網獨家發布。
背景
HUD——head up display抬頭顯示器，最早出現在戰斗機上，為了讓飛行員不用頻繁低頭看儀表集中注意力，將重要信息在視線前方的一塊透明玻璃上顯示。這項技術在幾年前也被引入了汽車里，但目前標配這一技術的量產車卻寥寥無幾，顯示效果差、成本高，讓HUD技術一直不溫不火甚至被部分消費者評為雞肋。直到去年下半年，隨著AR技術的出現，HUD才重新回到人們的視野，阿里巴巴1800萬美元投資WayRay，更是讓人引發遐想。
↑ 奧迪A6 HUD拆解
由于這項技術的原理非常簡單，現在去網上搜索HUD，會有幾百到幾千多種價位幾百款產品，甚至有的app可以將手機屏幕反射到車窗上變成HUD。透明顯示屏+投影技術就可以實現抬頭顯示功能，基本與投影儀的工作原理相同，只是由于所選投影技術和屏幕的差別，會有一些實現方法上的不同。
↑ HUD技術原理
按照顯示屏的不同，HUD可分為CHUD （Combiner HUD 組合型）和WHUD （Windshield HUD 擋風玻璃HUD）。CHUD顯示屏為放置于儀表上方的一塊透明樹脂玻璃，一般會根據成像條件對這塊玻璃進行特殊處理，通常做成楔形來避免玻璃兩面的反射重影,可以有效控制成本，提高顯示效果。但CHUD置于儀表上方，在車輛碰撞時會對駕駛員產生二次傷害，不利于車內安全。
↑ CHUD
WHUD顯示屏直接使用汽車的擋風玻璃，顯示效果更為一體化，也有助于造型布置。但由于擋風玻璃一般為曲面玻璃，因此WHUD一定要根據擋風玻璃的尺寸和曲率去適配高精度非球面反射鏡，這也直接導致了WHUD成本的升高。
↑ WHUD
目前運用在HUD上的投影技術，主要有LCD投影、DLP投影、激光掃描投影、LCOS投影等技術。
LCD投影
最常見、技術最為成熟的投影技術，與LCD屏幕的原理類似，將白光光源用棱鏡分為紅、綠、藍三色，經過液晶單元，達到投影的效果。但光線在經過液晶后亮度會有一定程度的衰減，并且因為液晶之間會有一定的距離，其分辨率也不高。但其技術成熟、成本低廉成為現階段很多HUD的首選。
↑ LCD投影技術原理
DLP投影
DLP（Digital Light Processing）數字光處理技術是美國德州儀器的專利技術，通過集成了數十萬個超微型鏡片的DMD（數字微鏡芯片）可以將強光源經過數字反射后投影出來。
↑ DLP投影原理
DLP投影技術亮度高、分辨率高、成像逼真，目前較多的前裝HUD均采用此種技術，德州儀器公司也一直在汽車行業推廣DLP。不過，由于DLP投影的是整個平面，為了提升顯示效果需要針對不同的擋風玻璃，定制高精度的反射非球面鏡，這也直接導致了DLP HUD成本的提高。而且汽車使用環境復雜，其核心部件DMD較易出現壞點，使用壽命有待提高。
激光投影技術
簡言之，就是用激光作為投影光源的技術，目前主要運用在室外大型投影和演出上，由于并不是全平面投影，激光投影具有色域廣、亮度高、聚焦效果好的特點，非常適合投影信息簡單、亮度要求高的HUD場景。并且由于激光投影屬于聚焦投影，并不需要HUD匹配復雜的光學系統。但目前激光二極管對溫度較為敏感，不能達到車規要求的85℃的工作要求。
↑ 激光投影原理
LCOS
LCOS Liquid Crystal on Silicon 硅基液晶技術，是一種基于反射式的微型矩陣液晶顯示技術，可以在非常小的尺寸內顯示豐富的信息，亮度、分辨率、對比度等性能都非常優越，Google Glass采用的就是這種技術顯示信息。但目前硅基液晶并不能大量量產，成本太高，僅有部分工程試驗HUD產品采用了這一技術。
↑ 各種投影技術對比
HUD技術被業界重新重視，不僅僅因為它能提高駕駛安全性和顯示效果，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。
↑ AR HUD使用場景
VID
VID(Virtual Image Distance)虛擬圖像距離，可以理解為圖像焦點到眼睛的距離。實際駕駛情況下，HUD的顯示圖像和道路并不是在一個平面， 人眼在道路和HUD之間也需要來回切換，調整眼睛的焦點，雖然解決了低頭的問題，但頻繁調整焦點也會導致視覺疲勞，并不能做到百分之百的融合顯示。一般駕駛時關注的主要是前方20米左右的情況，但目前的HUD最多只能將VID做到3米，這一參數極大的限制著HUD的顯示效果。
↑ VID
高溫和散熱
HUD一般布置在儀表的前方，完全暴露在太陽光下，因此HUD雖然在駕駛艙內使用，但也經受著高溫環境的考驗。加之高亮度投影本身就需要大光源的支持，燈泡的合理散熱也是需要考慮的因素。德州儀器在其HUD樣機中將結構做成了全金屬來輔助散熱，這也無形中增加了成本。
成本
由于汽車級產品的高要求，原裝的HUD產品始終沒辦法把成本降到合理的區間，只能在現實效果上進行妥協，這也就導致目前很多HUD產品的使用效果不盡如人意，加上使用情景有限，多數廠商不愿意增加這項配置。希望這一現象在AR HUD時代會有改觀。
隨著智能駕駛技術的不斷發展，駕駛汽車所要判斷和提醒的信息也越來越多，如今的儀表盤顯然不能滿足這些需求，將駕駛信息和道路信息顯示在擋風玻璃上已經是一個必然的趨勢，科幻電影中的場景終將到來。如今越來越多的廠商已經投入到這一領域，汽車廠商也已經明確看到了HUD的必要性，相信在今后兩年就會出現越來越多標配HUD的車型。更可以相信，擋風玻璃全息顯示也會在未來實現。（完）
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