AR-HUD再突破！蔚来ET9首发搭载“共轴光场”AR-HUD

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）AR-HUD是一种融合了AR增强现实和HUD抬头显示的车载显示技术，通过将信息投影在前挡风玻璃上，给驾驶员提供车辆行驶等各种信息，并且将导航等信息与实际路面融合，提升驾驶员的用户体验。
 
今年以来，AR-HUD的搭载量明显增多，从下游的新车搭载率，以及上游系统集成厂商的新品推出，都能够看出AR-HUD正在得到更广泛的应用。去年12月21日的蔚来NIO Day2024上，蔚来正式发布了ET9，这款车型在行业内首发搭载了蓝宝石全焦段AR-HUD，官方介绍该HUD可以实现近焦 5 米处 31 英寸，远焦 15 米行业最大的等效 120 英寸画面，并且可变焦，给到用户真实的空间感。
 
那么蔚来ET9上搭载的AR-HUD发展到什么地步了？市面上各家AR-HUD又有哪些区别？
 
“共轴光场”技术，解决AR-HUD体验痛点
 
在发布会上，蔚来对AR-HUD的介绍比较简单，除了上述提到的变焦能力外，在官方PPT上还提到了全球最高标准空间贴合算法，以及<20ms 端到端延时。
 
传统W-HUD主要显示基础的驾驶信息，包括车速、限速提醒、行车路线图、智驾感知场景渲染等信息，起到替代常规仪表盘或是对常规仪表盘的补充显示作用，让驾驶员视线保持在正前方，避免为了看仪表盘而分散前方注意力，提高行车安全。
 
对于W-HUD，其实目前也面临一些问题，最基础的是显示上的亮度、对比度、色彩、均匀度等指标，在阳光下等强光环境时的显示效果，这些指标与图像生成单元紧密相关。另外还有显示画面的分辨率、清晰度等，有些车型搭载了高分辨率的W-HUD，但实际观看体验却给人一种模糊感，这需要针对不同车辆进行特定方向的优化；又比如一些车型搭载的W-HUD观看时间长了用户容易出现眩晕感，这与自由曲面镜的设计相关，因为HUD画面越大，参与成像的挡风玻璃面积越大，畸变越严重，大大提高了设计难度。
 
对于AR-HUD而言，不仅面临传统W-HUD所存在的固有难题，还要解决AR增强现实的技术难点，包括如何实现与现实场景结合，在HUD中提供纵向深度的视觉感知。
 
而为了解决AR-HUD的体验问题，在光学设计层面，FUTURUS推出了“共轴光场技术”，将近层大尺寸W-HUD和远层连续变焦AR多焦面光场成像结合，通过共轴光场不同真实距离的画面来切换显示的方式，比起单画面近大远小模拟，能带来更真实的距离感。同时通过核心光路的创新设计，确保画面显示的高度稳定性，避免眩晕感。
 
AR-HUD还存在一个问题是，因为显示内容需要与现实场景结合，那么从感知现实场景到渲染画面到HUD中的延迟就会对用户体验造成很大影响，比如当即将到达分岔路口，AR导航的箭头由于延迟，与路口真实环境出现误差，就会让AR视觉效果大打折扣。
 
针对延迟问题，在软件和算法方面FUTURUS专为AR-HUD开发了AR Kernel引擎，融合了整车姿态捕捉及延时补偿算法，通过多传感器与高帧率、高实时的3D渲染，实现AR显示内容与真实环境的精准配合，在蔚来ET9上甚至实现了<20ms 的端到端延时。
 
总结下来，AR-HUD在体验上，主要是在硬件上要实现稳定、清晰、高亮度和高对比度的画面，以及具备更加真实的距离感。在算法和软件上，要令AR内容显示延迟尽可能降低，同时显示的画面需要与真实路况相匹配，准确显示在相应的位置，并能够实时与现实世界联动。
 
市面上的AR-HUD技术路线
 
AR-HUD的硬件上，核心的部分主要是图像生成单元PGU，占到AR-HUD总成本的50%，其次是光学镜组可以占到总成本的20%左右。而
 
AR-HUD的PGU目前有多种技术路线，包括TFT、DLP、LCoS、LBS等。
 
TFT的PGU方案就是使用我们在显示屏上常见的TFT薄膜晶体管来驱动像素点开关，相当于TFT液晶显示器作为AR-HUD的光源。TFT在W-HUD上较为常见，但在AR-HUD上应用，由于投影距离固定，因此只能用远小近大的方式来模拟“AR显示”，不过也可以通过光学结构的设计和软件算法的优化来提升体验。
 
DLP是德州仪器的专有技术，也被称为DMD数字微镜。DLP过去已经在一些像素大灯以及投影仪上广泛应用，作为一种显示和光控制技术，DLP自然也能够用于AR-HUD上，包括奔驰S级上采用的日本精机AR-HUD、国内的HUD巨头华阳等，都采用这项技术路线。
 
本质上DLP是通过数百万个微型镜片对光源进行反射，因此可以实现极高的亮度、更大的视场角，还可以实现更远的虚拟成像距离，这都是完美契合AR-HUD需求的。不过作为德州仪器垄断的一项技术，目前采用DLP技术的AR-HUD成本也较高。
 
LCoS即硅基液晶，与DLP类似，都是一种反射型的显示技术，一般由集成驱动威廉希尔官方网站 和像素电极的硅基背板、液晶层、透明导电层和反射镜组成。在工作时，LCoS系统需要使用大功率LED、激光等提供强光源，光从背面照射到芯片上，经过液晶层调制，从同一侧反射出来。
 
LCoS的优势在于，由于光路紧凑，反射型显示可以减少光衰减，亮度高；在小芯片尺寸里，可以集成大量像素，帮助缩小AR-HUD体积的同时还能 实现极高的分辨率；由于是反射型显示，所以对比度极高。不过与DLP相同的是，LCoS成本较高，比如要避免彩虹效应，就需要使用三片LCoS系统，给AR-HUD带来了更大的成本压力。目前LCoS路线的AR-HUD产品，主要是华为在供应，但已经有越来越多的企业开始入局LCoS的AR-HUD，包括水晶光电、瀚思通、华阳等都已经推出相关产品。
 
最后是LBS技术，也就是激光束扫描，是通过MEMS振镜，将激光光源投射到前挡风玻璃上，原理上有点类似目前主流的MEMS激光雷达，可以采用两个MEMS振镜来分别进行横向和纵向像素的投射，提高分辨率。不过目前还未见到真正落地到量产车型上的应用。
 
小结：
 
AR-HUD的渗透率越来越高，根据一些市场数据，在25万-30万元车辆的区间，去年4月AR-HUD标配率已经达到16.1%。对于AR-HUD来说，目前技术方案还未统一，除了目前主要的四种方案之外，还有大面积光波导等技术方案正在开发中。随着汽车智能化的继续普及，AR-HUD也还会有极大的市场发展空间。