AR HUD – Redefining Automotive HMI

随着智能驾舱的出现,越来越多的工具和信息被添加到驾驶体验中。这些功能虽然强大且实用,但还有一个缺陷,信息和系统会分散驾驶员的注意力。对此,行业在积极探索应对方案。

Raythink锐思华创市场专家姜叡石坦言,AR HUD将会是智能汽车领域里最重要的HMI特色之一,AR HUD是汽车HMI的入口点,增强现实的信息系统,在挡风玻璃呈现真实的AR技术,将导航、仪表、娱乐和道路通信集成在一起,实现虚拟数字信息在前挡风玻璃上的实时动态显示,为完全自主驾驶的全面升级打下基础;以限制分心的方式向驾驶员提供重要信息。随着AR HUD技术和性能的不断提高,将来会大规模的被采用。

姜叡石 | Raythink锐思华创市场专家

以下是演讲内容整理:

Raythink锐思华创市场专家姜叡石:“我最近从一个报告了解到,交通事故的发生率在上升。汽车的智能化将提高安全性,有了智能驾舱,汽车就有了眼睛、耳朵和大脑,可以帮助我们理解周围复杂的环境,汽车会越来越智能,智能驾舱是必然趋势。”  

AR HUD将如何重新定义汽车HMI?  

随着智能驾舱的出现,越来越多的工具和信息被添加到驾驶体验中——ADAS作为高级的驾驶辅助系统,大多数人都使用过ADAS功能,人们对它所带来的优点深信不疑;导航也是每个人都在使用的工具;除此之外还有很多信息、娱乐、电话等等。这些功能虽然非常强大,但也有一个致命的缺陷,即信息和系统使驾驶员的注意力分散,导致驾驶员分心。

怎样更好地给驾驶员提供信息?汽车制造商和一级供应商都在寻找解决方案,很多企业选择增加显示屏的数量或者扩大显示屏等方式,例如特斯拉将仪表盘的信息移植到中央显示屏上。我们看到汽车有不同的反馈系统,包括语音辅助和触觉反馈等,越来越多的汽车采用了AR HUD功能,我认为AR HUD会是智能汽车领域里面最重要的HMI方式之一,以减少分心的方式向驾驶员提供重要信息的唯一方法。

此外随着AR HUD技术和性能的提高,将来会被大规模的采用。这可不是一家之言,我们的客户订单数量已增加到40万件,最近客户原来把AR HUD视为是选配的产品,现在已转向标配,因此行业内已经把AR HUD看成未来的发展方向。今年1月分美国CES, BMW亮相了他们的iVision Dee的概念车。 其中一个重点宣传技术就是AR HUD。BMW CEO表示AR HUD将最终取代仪表盘。其他汽车制造商也在追求这一趋势,例如理想汽车在减少仪表盘使用的方式上,采用HUD。此外AR HUD领域在汽车行业里吸引了广泛的投资。

AR HUD需要解决的三大关键技术

与CHUD和WHUD相比,AR HUD是更先进的技术。在AR HUD广泛应用前还面临诸多挑战。我们公司在这方面引领行业,并成为AR HUD行业定义的最佳实践。

AR HUD可以简单的理解为将AR图形投射到挡风玻璃上的一个设备,这个图形覆盖到现实世界中,以不分散注意力的方式向驾驶员提供重要信息。听起来简单,但要实现真正的去实现AR HUD需要至少三项关键技术:

首先,需要更大的视场角和长的虚像距离,以获得更好的用户体验;

此外,需要光学设计和PGU的专业知识,确保稳定的图像,清晰明亮、无重影、不变形、无畸变;还需要减少AR HUD的体积以支持AR HUD的广泛采用。

最后,需要一个强大的软件平台,对各种输入执行实时的数据融合,处理该信息。结合AR的算法正确渲染AR图形。

接下来将详细的介绍这三项关键技术:

第一,为什么要有一个强大的视场角呢?因为我们希望尽可能的覆盖到驾驶员的视野。如果视场角太小,AR图形就会分散注意力。有了更大的显示区域,ADAS功能就可以充分的展现出来,减少对驾驶员视线的遮挡。

不同的视场角带来不同的功能,每个功能都是专属的。FOV可以展示仪表盘信息,以及简单的转换车道提醒,同时可以显示驾驶员的关注点。AR HUD作为HMI的新功能,能与驾驶员互动,让驾驶员可以获取虚拟信息来了解现实世界环境。大视场角的AR HUD给我们打开了更多的可能性,让产品有更好的用户体验。

图源:Raythink锐思华创

我们还需要更长的VID,虚像距离可以和FOV结合使用。虚像距离可以增强虚像覆盖范围,更长的虚像距离可以从根本上欺骗人眼,将虚拟的图像视为现实世界的一部分,从而提高驾驶安全;如果VID变短,眼睛会重新聚焦、重新调整视角,造成疲劳,重新聚焦所需要的时间又会产生安全问题。

基于各种研究,驾驶员在自然状态下向前看,在15米延伸的道路上,可以获得最佳的驾驶体验。VID距离越长,优点越多。比如减少重影问题;允许从更远的地方向驾驶员发出警告,从而使驾驶员有更多反应时间;较长的VID也会带来更好的用户体验。

第二,大量研究表明,提高AR HUD体验必须有更大的VID和FOV,这对于传统的PGU来说相当困难。目前的PGU – TFT/DLP很难在不产生其他问题的情况下实现20 FOV和15m VID,例如成本、阳光倒灌、光窗、大体积等等。

因此,我们一直致力于开发更好的解决方案,例如投入大量资金研发LBS模块。我们相信在不久的将来,LBS会成为AR HUD的明确选择。LBS同其他光源相比体积更小,而且能够接近TFT的成本。当我们扫描出图象时,可以打开、关闭单个像素,因此功耗更低,而当画面不显示内容时,也不会像传统光源一样显示黑色像素,因此没有光窗问题;由于是基于激光的,具有很高的亮度和非常宽的色域,当穿过比较暗的隧道,可以看到前面是不是有亮窗或其他背景的亮光;LBS模块还允许大的市场角和长的虚像距离以消除重影;进而减少对PVB的需求,并且能够减轻阳光倒灌的问题。

我们的产品即将投产,已开发很多的原始模型,并且已经在AR HUD成功实施,将在下个月上海的车展上亮相。    

第三,强大的AR软件架构。将AR软件分成三个基本步骤,输入和数据的融合阶段、算法处理和渲染阶段、输出阶段。

首先,AR HUD需要整合多种数据源进行数据的融合以及提高准确性。输入包括各种来源的数据,包括视觉相机的数据,包括来自雷达、地图、光传感器、惯性传感器、仪表盘等等的数据。这些数据要能够实时的融合,不能有延迟现象。

当获得了这些信息之后,我们能够进行数据的处理和渲染,使用AR算法来分析数据。会对畸变进行补偿,例如对失真进行补偿等;还有其他能够用来提高AR图象的算法给到驾驶员。

经过算法和处理,最终输出精准的AR功能图象,以适应不同的情况。

AR HUD的功能包括碰撞警告、LDW、PCW、盲点检测、AR导航等等。

真正的AR HUD需要完成上面提及的三个关键技术,才能体现出出色的驾驶体验。而Raythink是唯一的AR HUD厂商能够达到这些关键技术的门槛要求,并带来以AR技术赋能的智能座舱最佳HMI解决方案。

Raythink锐思华创简介

公司于2019年成立的,2014年开始我们就一直在研究AR HUD技术,并且取得多项行业第一。我们是一家国际公司,总部和工厂位于深圳,软件算法中心位于印度,光学创新中心位于台北,产品系统中心设在上海,嵌入式软件团队在长沙。

我们能够适应客户的需求,通过丰富的功能,为客户提供最合适的解决方案。包括范围从6.5到20度不等的FOV;10-15米的VID或更远;还消除了挡风玻璃对PVB楔形膜的需求;提供AR Generator ® SDK。由于我们领先的技术和专业知识,目前已经获得了多个量产合同。

(以上内容来自Raythink锐思华创市场专家姜叡石于2023年3月17日在2023第三届中国汽车人机交互创新大会发表的《AR HUD – Redefining Automotive HMI》主题演讲。)

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