HUD 抬头显示---原理详解和近来趋势

一、 何以HUD

HUD（Head-Up Display）即抬头显示系统。HUD的原理是将信息投射到驾驶员前方的透明屏幕上，使驾驶者在不低头的情况下获取重要行车信息，如车速、导航指示等。它通过光学反射或全息投影技术，利用半透半反镜片或液晶显示屏，将光线以特定角度反射至驾驶员视线高度，从而实现信息的实时显示，提升驾驶安全性和便利性。如果更通俗一点，就是投影仪加幕布，幕布是车窗玻璃。车窗玻璃是有反射能力的，可以作为幕布。

这项技术最初作为战斗机座舱显示，目的当然不是为了炫酷。而是让飞行员不用低头看仪表，可以在观察敌情同时看到仪表信息，目的是缩短反应时间。

最早搭载HUD的车型是通用汽车旗下的Oldsmobile Cutlass Supreme Indy 500 Pace Car，效果类似电子闹钟。刚开始不温不火，现在由于技术发展则越来越普及。

佐思汽研的数据显示，2024年中国乘用车新车HUD装配量达354.8万辆，同比增长63.0%，装配率攀升至15.5%，同比提升5.2个百分点。其中，12月单月装配量突破46.9万辆，渗透率达到17.2%，市场渗透速度不断加快，有成为高端车型的标配的趋势。

二、 HUD原理

基本原理是通过光学反射或折射技术，将关键信息投射到驾驶员视线前方的透明介质（如挡风玻璃或专用投影屏）上，实现驾驶员无需低头即可获取信息。

HUD的核心是通过光学元件（如反射镜、透镜组）将投影源的光线定向投射到透明介质上，形成虚像。具体过程如下：

• 投影源（如微型LCD、DLP或激光投影模块）生成图像。
• 反射镜/透镜组：调整光线路径，控制虚像的焦距和位置，使其看似悬浮在车辆前方（通常为2-3米处）。
• 显示介质：挡风玻璃或专用投影屏（部分车型需镀膜增强反射率）。
• 类比实验：用手电筒照射窗户，可同时看到反射光和窗外景象，HUD类似但通过精密光学设计实现清晰虚像。
  
  

图 LCD从前车窗下面发射，前挡风玻璃反射信息到人眼，图片来自网络

图 HUD原理和实物，图片来自网络

关键技术组件列表如下：

组件	功能	技术细节
投影单元	生成图像光源	常用DLP（数字光处理）或TFT-LCD，亮度需适应环境光（>10,000 cd/m²）。
光学系统	调整光路和虚像位置	反射镜曲率、透镜组设计决定虚像的视场角（FOV）和视距（VID）。
控制模块	处理车辆数据（车速、导航等）并驱动投影	通过CAN总线获取车辆信息，实时更新显示内容。

主要分类与演进如下：

• C-HUD（Combiner HUD）：独立投影屏，成本低但显示区域小。
• W-HUD（Windshield HUD）：直接投射挡风玻璃，需特殊镀膜，虚像更远。
• AR-HUD：增强现实技术，虚像与实景融合（如导航箭头“贴合”路面），需高精度校准和更大FOV（>10°）。
  
  

总体来说，HUD通过光学投影实现“信息悬浮”，其技术核心在于光路设计与虚像校准。随着AR技术的引入，HUD正从单一信息显示升级为虚实融合的交互界面。

以下，本文对 C-HUD、W-HUD 和 AR-HUD 三种 HUD 技术路线的详细拆解解释，从 功能实现方式、产品形态、核心特点、优缺点及应用场景 等维度展开：

一、C-HUD（组合型抬头显示）

1. 功能实现方式

投影介质：需额外安装一块树脂板（或透明塑料板）作为投影载体，通常位于仪表盘上方。

成像原理：通过仪表盘内的光源（如 LED）将信息投射到树脂板上，再反射至驾驶员眼中。

显示内容：仅支持简单的 2D 数字信息，如车速、转速、油耗、档位等基础行车数据，无法显示图形或复杂界面。

2. 产品形态

独立配件：树脂板与车辆原有系统分离，部分车型需后期加装，部分为原厂配置。

体积较小：结构简单，对车内空间占用少。

3. 核心特点

成本低：技术门槛低，硬件结构简单，量产成本低廉（通常数百元至千元级）。

易安装：无需改造原车玻璃，适配性强，可作为后装市场产品推广。

显示效果有限：图像尺寸小（通常仅几英寸，受限于屏幕），亮度和对比度较低，强光下易受干扰。

图 C-HUD只有一块很小的树脂显示板，图片来自网络

4. 优缺点

优点	缺点
成本低、安装便捷	显示内容单一，无法满足复杂需求
不占用原车玻璃空间	成像清晰度低，易产生重影或反光
适配性强	视觉体验差，需驾驶员低头观看

5. 应用场景

经济型车型：作为基础配置提升驾驶便利性（如大众、丰田部分入门车型）。

后装市场：车主自行加装的低成本 HUD 设备，用于替代传统仪表盘查看数据。

图后装C-HUD，图片来自网络

二、W-HUD（挡风玻璃型抬头显示）

1. 功能实现方式

投影介质：直接利用车辆的前挡风玻璃作为成像载体，无需额外树脂板。

成像原理：通过车内的投影仪（通常位于方向盘前方）将光线投射到挡风玻璃上，利用玻璃的反射特性成像。

显示内容：支持更大尺寸的 2D 图形和文字，如导航箭头、限速标识、车辆状态图标等，部分高端车型可显示简易动画。

2. 产品形态

集成化设计：与车辆内饰深度整合，投影仪隐藏于中控台内，外观更简洁。

成像尺寸：通常为 10-15 英寸虚拟图像，显示区域比 C-HUD 更大。

3. 核心特点

视觉体验提升：图像直接叠加在现实视野中，驾驶员无需大幅移动视线，符合“视线不离路面” 的安全原则。

抗干扰能力增强：通过镀膜技术（如半透半反涂层）减少玻璃反光，提升强光下的清晰度。

成本适中：硬件复杂度高于 C-HUD，但低于 AR-HUD，量产成本通常为千元级（1000-3000 元）。

图 W-HUD效果示意图

4. 优缺点

优点	缺点
成像尺寸大，信息丰富	需对挡风玻璃进行特殊处理（镀膜）
视线移动少，安全性高	图像仍为平面 2D 显示，缺乏空间感
集成度高，美观度好	远距离成像时可能出现边缘失真

5. 应用场景

中高端燃油车：如宝马、奥迪、奔驰等品牌的主流车型，作为标配或选配功能。

智能电动车：部分车型（如特斯拉早期车型）通过 W-HUD 替代传统仪表盘，简化交互界面。

三、AR-HUD（增强现实型抬头显示）

1. 功能实现方式

投影介质：基于挡风玻璃，结合光学系统（如自由曲面棱镜、光波导）和计算机视觉算法。

成像原理：通过摄像头实时捕捉外部环境，将虚拟信息（如导航箭头、车道线、障碍物标记）与现实场景深度融合，形成具有空间深度的 3D 图像，并精准投射到真实世界的对应位置（如前方 5-20 米路面）。

显示内容：支持 AR 增强信息，如：导航指引：箭头直接 “贴地” 显示，指示转弯方向；

驾驶辅助：车道偏离预警线、自动跟车距离提示；

环境感知：标记前方车辆、行人、交通信号灯等。

2. 产品形态

高端硬件配置：包含高精度投影仪、环境感知摄像头、复杂光学元件（如曲面镜、衍射光波导），体积较大，需集成于前舱。

成像尺寸：虚拟图像尺寸可达 30 英寸以上，甚至覆盖整个前挡风玻璃视野。

3. 核心特点

深度融合现实：通过 SLAM（同步定位与地图构建） 和 动态校准技术，确保虚拟图像与真实场景的位置、距离完全匹配，避免视觉眩晕。

服务自动驾驶：为 L2+ 级自动驾驶提供关键信息辅助，如显示自动驾驶系统的实时决策（如 “正在变道”“前方有障碍物”），增强驾驶员对系统的信任度。

技术门槛高：涉及光学设计、算法优化、车规级可靠性等难题，量产成本高昂（通常 5000 元以上，高端产品超万元）。

图上下对比，AR-HUD需更大光学空间，部分车企采用折叠光路设计，下面就是折叠光路，图片来自网络

4. 优缺点

优点	缺点
沉浸式 AR 体验，信息直观	硬件成本极高，研发周期长
精准辅助驾驶决策	对挡风玻璃曲率、光学镀膜要求苛刻
支持复杂场景交互	系统功耗大，需匹配高算力芯片

5. 应用场景

高端智能电动车：如蔚来、小鹏、理想等品牌的旗舰车型（如蔚来 ET7 的 AR-HUD）。

L3/L4 级自动驾驶车辆：作为人机共驾时代的核心交互界面，辅助驾驶员监控系统状态或接收接管提示。

四、技术路线对比总结

维度	C-HUD	W-HUD	AR-HUD
核心功能	基础行车数据显示	扩大化 2D 信息显示	3D AR 场景融合
成像介质	树脂板	挡风玻璃（普通）	特殊光学处理玻璃
成本	低（数百 - 千元级）	中（千元级）	高（5000 元 +）
技术门槛	低	中	高
典型场景	经济型车后装市场	中高端车型标配	智能电动车 / 自动驾驶
未来趋势	逐步淘汰	主流过渡方案	终极形态（适配高阶自动驾驶）

从 C-HUD 到 AR-HUD，技术演进的核心逻辑是 “信息维度升级” 和 “驾驶辅助深度增强”。AR-HUD 凭借与自动驾驶的天然契合性，成为未来智能汽车的核心交互入口，但目前受限于成本和技术成熟度，主要应用于高端车型。随着光学技术和车规级芯片的进步，AR-HUD 有望在未来 5-10 年内成为中高端车型的标配。

虽然本文用投影仪类比HUD，但HUD的投影方式比投影仪复杂多了。

HUD的投影技术主要包括以下四种主流方案，每种技术各有其特点和适用场景：

1. TFT-LCD投影技术

原理：基于薄膜晶体管液晶显示技术，通过背光源和液晶层调制光线生成图像。

特点：成本较低，技术成熟，广泛用于中低端车型。

亮度和对比度相对较低，高温环境下可能表现受限。

应用：常见于W-HUD（风挡式HUD）和早期C-HUD（组合式HUD）。

2. DLP（数字光处理）技术

原理：使用德州仪器的DMD（数字微镜芯片），通过微镜阵列反射光源形成图像。

特点：高亮度、高对比度，适应复杂光照环境。

体积较大，成本较高，多用于高端车型或AR-HUD。

应用：奔驰、宝马等豪华品牌的部分车型。

3. LCOS（硅基液晶）技术

原理：利用液晶层调制反射光，结合激光或LED光源。

特点：分辨率高，色彩表现优异，适合AR-HUD的复杂图像需求。

技术门槛高，量产难度较大，目前处于推广阶段。

应用：部分概念车和未来AR-HUD解决方案。

4. LBS（激光束扫描）技术

原理：基于MEMS微机电系统，通过激光束高速扫描形成图像。

特点：体积小、功耗低，可实现超远投影距离（如AR-HUD的10米虚像）。

需解决激光散斑和成本问题，尚未大规模量产。

应用：实验性AR-HUD和全息投影技术。

技术对比表如下：

技术类型	优点	缺点	典型应用场景
TFT	成本低、成熟	亮度低、高温性能差	中低端W-HUD
DLP	高亮度、高对比度	体积大、成本高	高端车型/AR-HUD
LCOS	高分辨率、色彩佳	量产难度大	未来AR-HUD
LBS	超远投影、体积小	激光散斑问题	实验性全息HUD

还有一类芯片叫做投影芯片，投影芯片是投影设备（如投影仪、汽车HUD等）的核心组件，其核心作用可总结为以下四个方面：

1. 图像生成与分辨率控制

核心功能：将输入的电信号转换为光学图像，直接决定投影画面的分辨率和清晰度。例如：DMD芯片（DLP技术）：通过数百万个微镜的翻转反射光线，实现1080P/4K分辨率 。

图 DMD芯片及其微镜，图片来自网络

LCoS芯片：利用液晶层调制光线反射，支持更高像素密度（如8K）。

图 LCoS芯片，图片来自网络

2. 亮度与色彩表现

亮度控制：芯片的反射效率（如DMD微镜角度）或透光率（如LCD面板）影响投影亮度，尤其在强光环境下（如汽车HUD需高亮抗干扰）。

色彩还原：需配合色轮（DLP）或分色系统（3LCD）实现RGB色彩合成，色域覆盖率和对比度是关键指标。

3. 动态响应与流畅度

微秒级响应：例如DMD微镜切换速度达微秒级，确保动态画面无拖影（如高速运动视频或AR-HUD导航）。

帧率适配：高端芯片支持120Hz以上刷新率，提升交互体验（如游戏投影）。

4. 系统集成与能效优化

集成处理能力：现代投影芯片（如TI的DLP系列）常集成图像处理单元（ISP），直接完成解码、降噪、梯形校正等功能，降低主控负载。

能效比：芯片功耗直接影响设备续航（如便携投影仪）或车载HUD的散热设计。

不同技术的芯片作用对比如下表

技术	核心芯片	主要优势	典型应用场景
DLP	DMD（TI）	高亮度、高响应速度	高端投影仪/AR-HUD
LCoS	硅基液晶芯片	超高分辨率、色彩细腻	4K投影/车载AR-HUD
LCD	TFT面板	低成本、技术成熟	入门级投影仪/W-HUD
MEMS	微镜阵列	超小体积、动态投影	全息HUD/激光投影

三、 HUD与辅助驾驶

虽然HUD 本身并不属于自动驾驶技术范畴。但与自动驾驶有着密切的关系，在自动驾驶中发挥着重要作用，具体如下：

提升驾驶安全性：由于在自动驾驶的较低级别阶段（如 L0 - L2），驾驶员仍需时刻关注路况并随时准备接管车辆。HUD 可将车辆速度、导航信息、车道偏离预警等重要信息投射到驾驶员前方的挡风玻璃上，使驾驶员无需低头查看仪表盘或中控屏幕，减少视线转移，从而降低因注意力分散而引发事故的风险，在极端天气和夜间行车时，也能有效投射车辆距离与成像，进一步提升驾驶安全性。

增强用户体验：AR - HUD 通过提供丰富的导航信息、场景重构信息及智能驾驶控制器感知内容，能够清晰展示刹车、加速、并线状态及实时环境感知下的风险预警，让用户更清楚地了解车辆的自动驾驶状态，增强在复杂路况下的驾驶信心，提升人机交互体验。

显示自动驾驶状态：在自动驾驶过程中，HUD 可以通过引导线、箭头等方式，直观地展示自动驾驶系统的运行状态，如车辆是否正在进行刹车、加速、并线等操作，以及当前的导航路径和交通信息等，帮助驾驶员更好地理解车辆的行为，提高对自动驾驶系统的信任度。

延长接管时长：随着自驾高精定位技术的应用，AR - HUD 能够实现更精准的车道偏离预警和导航贴地效果等，这延长了用户在自动驾驶状态下的预判时长，增加了安全防御时间，即延长了用户接管车辆的时长。

作为信息交互界面：在自动驾驶模式下，尤其是在 L4、L5 级别，虽然驾驶员的操作需求减少，但 HUD 仍可作为乘客与车辆之间的重要交互界面，显示车辆的行驶状态、周围环境的监测结果、预计到达时间等信息，增加乘客信息知晓度。

四、 典型相关产品

最近，京东方（BOE）发布了30万nits超高亮单色P0.058 玻璃基Micro LED HUD技术方案。推出两款基于COG（玻璃基）Micro LED技术的高亮HUD抬头显示方案，引发业界广泛关注。其中一款是6.2英寸P0.2高亮RGB Micro LED HUD，京东方特有背板工艺+自研高效Micro LED芯片技术，模组亮度可达3万nits，同时经过特殊设计可实现高PPI下无缝拼接，完美适用于各种应用场景；另一款则为全球首款超高亮单色像素点间距（Pitch）仅58微米的玻璃基Micro LED HUD，显示像素密度达到431PPI，峰值亮度高达30万nits，确保投射的信息在白天强光环境下也可清晰可见，适用于车载及特殊领域抬头显示。

图左：BOE 6.2英寸P0.2高亮RGB Micro LED HUD 右：BOE 30万nits超高亮单色P0.058 MicroLED HUD，图片来自京东方资料

图· 研鼎对HUD的测试设备，来自研鼎资料

测试厂商方面，研鼎推出了第三代HUD光学特性自动化测试系统，用于对HUD的性能进行系统性验证，通过评估HUD的几何测量项目（如下视角LDA、左视角LOA、虚像距离VID等）、光学测试项目（如亮度、色域、均匀性、对比度）以及成像质量（如虚像畸变、旋转、重影、倾斜度测量）等方面，据报道可以全面测试HUD系统的性能与显示效果。

五、总结

对于HUD抬头显示上车，业界褒贬不一，有的说是噱头很鸡肋，有的说是实实在在改进了用户体验，增加了安全性，而且现在还有HUD融合进ADAS（自动驾驶）的趋势，“将 ADAS 信息融合实景并向客户显示的内容形式，不仅可以通过 HUD 在挡风玻璃上显示，也可以通过电子外后视镜、 透明 A 柱等方式呈现”。

图 HUD趋势分析，来源见图片底部

这两种说法都有道理，但有一点毋庸置疑,HUD是一种精巧的技术，控制大量微镜或者液晶颗粒，反射或者折射大量光束，在挡风玻璃上任何天候下形成精确的图像，对控制芯片、软件和算法的进展都是极大促进。