AR-HUD与传统HUD对比及设计准则

随着汽车科技的飞速发展，AR-HUD技术正悄然改变我们的驾驶方式。它将车辆信息与现实世界深度融合，通过直观的显示和智能辅助功能，提升驾驶的安全性和便捷性。本文将带您走进AR-HUD的世界，探索其独特魅力与未来潜力。

HUD的基本特点CONTENT

汽车HUD主要由三个部分组成：

（1）组合器（Combiner Surface），即投射图像的表面；

（2）投影仪（Projector），用于生成图像并将其导向组合器；

（3）计算单元（Computing Unit），用于处理来自不同来源的数据并控制投影。

HUD将取代普通仪表盘上的指示器组件，显示车辆基础数据-车速、限速、能耗等等；为了提高效率和安全性，HUD系统也向驾驶员提供来自不同类别的驾驶信息（路线引导/导航、交通标志、货物/道路/车辆状况），并选择最佳方式来显示这些信息。

与仪表显示相比，HUD的优势有：

1、用户对紧急事件的反应时间方面，HUD更快（在低速驾驶下，用户对HUD与仪表屏的内容反应时间：1.0073秒与1.8684秒；在高速驾驶下，用户对HUD与仪表屏的内容反应时间：1.3235秒与2.3274秒）；如果驾驶员视线离开道路的时间超过2秒，发生交通事故的风险会显著增加，这种视线离开道路的情况是导致道路危险的主要因素之一。

2、使用HUD时，用户对于车速控制更加稳定，对自己车辆的速度更加敏感，并且更严格地遵守限速规定。

3、HUD通过将所需信息直接投射到驾驶员的视线中，减少了驾驶员视线偏离道路的次数和时长。这使得驾驶员无需降低视线就能接收信息，从而避免了因将视线从道路上移开低头查看仪表屏上的信息而导致的注意力分散。

传统HUD（C-HUD、W-HUD）和 AR-HUD 对比CONTENT

如果是使用传统HUD，驾驶时，视觉注意力可以集中在HUD内容上，或者集中在HUD之外的现实世界中，但无法同时兼顾两者。然而AR-HUD所呈现的增强图像应能够叠加在现实世界中的物体上，如其他车辆、行人、交通信号灯等。驾驶体验的改善内容包括但不限于虚拟交通标志、车道偏离警告、安全距离指示、环境特征、与其他车辆和道路使用者可能产生的干扰、前方碰撞警告以及驾驶员的选择行为等问题。

（图1展示了传统HUD和AR-HUD在界⾯上的差异）

（图2展示了从眼盒Eyebox穿过组合器⾯板Combiner到达虚拟影像的虚拟图像距离VID和视野范围FOV之间的关系。其中FOV分为⽔平HFOV⻆度和垂直VFOV⻆度，结合形成⼀个⽴体空间可视范围）

HUD已经经历了三轮技术演进：Combiner HUD（C-HUD）、挡风玻璃式HUD（W-HUD）以及AR-HUD。

C-HUD基于放置在仪表盘上方的独立光学面板，因此C-HUD的光学系统可以独立于挡风玻璃的外形进行设计和优化，成本较低且系统复杂度不高。但是由于独立面板的宽度限制，其显示距离较短（约1米）。

W-HUD的挡风玻璃被用Combiner来显示投射的信息。与C-HUD相比，W-HUD的视野（FOV）和虚拟图像距离（VID）都得到了提升。

AR-HUD比W-HUD拥有更大的视野（FOV）和虚拟图像距离（VID），并且可以将导航信息、警示信息、娱乐信息等与真实道路相结合，实现人机交互，大幅提高驾驶安全性。

（图片展示了处于不同发展阶段的这三种HUD的关键参数）

AR-HUD的优势

AR-HUD⽆需显示静态信息，⽽是能够显示与驾驶员视野（FOV）交互的图形，将关键信息直接叠加到现实世界中。

⽬前辅助驾驶系统的警报主要通过闪烁符号或声⾳报警提示，但AR-HUD可以通过在驾驶员视野内直接标记威胁来识别危险。AR图形以特定⽅式叠加到现实物体上，使驾驶员能够⽴即识别威胁并迅速采取适当⾏动，例如针对道路障碍物刹⻋。

AR-HUD的核⼼要求之⼀是能够在驾驶员前⽅⾄少7⽶处投射图像，理想情况为10⾄20⽶。在这⼀距离投射图像会产⽣图像与现实世界融合的错觉，这些图像看起来像是被⾼亮显示物体的⾃然延伸。较⻓的虚拟图像距离（VID）不仅能实现图像与现实世界的融合，也能减少眼睛的调节时间。当在具有⻓VID的AR-HUD上显示辅助驾驶信息时，⽤户可以更快地对危险做出反应并采取适当⾏动。

（图1显示了未来的AR-HUD将⽀持10度或更⼤的FOV，并将图形直接叠加到现实世界中）

（图2显示了AR-HUD的虚拟图像距离VID可达20⽶）

（图3显示了AR-HUD所包含的内容；⽅向箭头、⾏驶路线、变道提示、场景中的物体、⾃适应巡航控制信息、兴趣点、浮动⽂本、仪表信息和其他组件）

AR-HUD HMI设计准则（分为4类、共9条准则）

虚拟图像距离（VID, Virtual Image Distance）

准则1：虚拟图像距离VID需要至少6米。

视野范围（FOV, Field of View）

准则2：视野范围FOV应大于10度。

亮度（Brightness）

准则3：在明亮的白天，AR-HUD的亮度应超过10,000尼特。

投影信息（Projected information）

准则4：在正常情况下，AR-HUD应仅显示车速、导航提示、车道线以及与停止线的距离。

准则5：在交叉路口，AR-HUD应突出显示正确的车道，增强对其他车辆、自行车和行人的地标框标注与空间定位，并提供碰撞警报的视听警示信息。

准则6：在高速公路及高速行驶时，AR-HUD应突出显示当前车道，提供与附近车辆的距离信息、限速信息，并提供碰撞警报的视听警示信息。

准则7：在拥堵过后，AR-HUD应突出显示正确的车道，增强对其他车辆、自行车和行人的地标框标注与空间定位，并提供碰撞警报的视听警示信息。

清晰度（Legibility）

准则8：文字准则。普通文本的字号应为12-20弧分，标题字号应为30弧分。正常字号的笔画/高度比应为0.08-0.2，小号文字的笔画/高度比应为0.1-0.2。字母的宽高比应为0.65-0.8。推荐使用无衬线字体，字高/轮廓粗细比应在0.08以内。使用轮廓时，小号字母的轮廓粗细应在0.35毫米以内。阴影方向应为25度-155度。笔画/阴影粗细建议为70%。最后，行间距应为3弧分。

准则9：颜色准则。当车辆、自行车或行人距离本车不足5米时，将突出显示颜色改为红色。使用红色表示高度紧急信息，黄色表示警示信息，绿色表示正常运行或安全状况。避免使用绿-红、绿-蓝、黄-红、黄-蓝、紫-红的颜色组合。建议语义编码使用的颜色不超过四种。