新一代奔馳S級搭載AR-HUD，全息投影技術(shù)強(qiáng)勢回歸

中國投影網(wǎng)投影機(jī)資訊　智車行家　2020-8-14 9:36:12　編輯：落玥　[ 大中小 ]

引言：

據(jù)悉，2020 年 86 款新車共 17 款裝配 HUD，滲透率達(dá) 19.77%。其中有 13 款為SUV，另有 1 款轎車、3 款 MPV 配置 HUD。

近兩年出現(xiàn)了AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）新技術(shù)，讓汽車HUD技術(shù)如虎添翼。與傳統(tǒng)的HUD相比，AR-HUD顯示的范圍更大，距離更遠(yuǎn)，前者只是投射并顯示信息，后者則需要和輔助駕駛系統(tǒng)深度整合，以實(shí)現(xiàn)更高級的效果和功能，更滿足用戶的真正需求。AR-HUD 是行業(yè)發(fā)展核心趨勢，基于核心鍍膜工藝，價(jià)值量較高，目前大眾 MEB ID.3、奔馳 S、奇瑞高端車型應(yīng)用 AR-HUD。

國內(nèi)HUD市場規(guī)模在2020年進(jìn)入快速增長期核心因素在于：

1）WHUD成像鏡成本下降帶動(dòng)滲透率上升，自主品牌為重要突破口。HUD國內(nèi)裝機(jī)率較低的瓶頸原因在于汽車前擋風(fēng)玻璃（HUD成像專用）成本難以控制，隨相應(yīng)技術(shù)突破專利到期，量產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大帶動(dòng)前擋風(fēng)玻璃成本下將超1000元，低端車型尤其是自主品牌搭載率迅速上升，HUD市場規(guī)模擴(kuò)張進(jìn)入窗口期。

2）AR技術(shù)發(fā)展及ADAS普及助力產(chǎn)銷規(guī)模擴(kuò)大，乘用車整體配置成為趨勢。隨智能化發(fā)展，ADAS輔助駕駛成為未來趨勢，高安全標(biāo)準(zhǔn)提高HUD裝配必要性。未來HUD將有望普及至包括豪華、合資及自主在內(nèi)的所有主流乘用車。

3）ARHUD替代WHUD，帶來更高單車價(jià)值量。ARHUD適配ADAS功能，提供更全面信息顯示。

1. 未來HUD或?qū)⑦^渡到AR-HUD

新的技術(shù)進(jìn)步（包括更廣的視角(FOV)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、更高的對比度和更高的分辨率）將會(huì)使HUD的使用體驗(yàn)有更大幅度的提升。未來HUD技術(shù)將加深與輔助駕駛系統(tǒng)的融合，成為自動(dòng)駕駛中重要技術(shù)組成部分。

HUD 將會(huì)與汽車系統(tǒng)相結(jié)合以顯示更多的信息，包括車外的天氣狀況、車載自動(dòng)診斷（OBD）信息、目的地搜索以及 app 服務(wù)內(nèi)容。

與傳統(tǒng)的HUD相比，AR-HUD顯示的范圍更大，距離更遠(yuǎn)，前者只是投射并顯示信息，后者則需要和輔助駕駛系統(tǒng)深度整合，以實(shí)現(xiàn)更高級的效果和功能，更滿足用戶的真正需求。

具體而言，通過與LDW車道偏離報(bào)警系統(tǒng)以及ACC自適應(yīng)巡航等輔助駕駛系統(tǒng)結(jié)合，AR-HUD會(huì)將報(bào)警信息以虛擬圖像的方式呈遞給駕駛員。所以，AR-HUD也是自動(dòng)駕駛應(yīng)用初期的一種必備技術(shù)，在未來的自動(dòng)駕駛方面會(huì)被廣泛應(yīng)用。

目前，主流汽車零部件企業(yè)都在加大AR-HUD的技術(shù)投入和商業(yè)化落地

包括大陸集團(tuán)、哈曼、LG、松下、偉世通、華陽集團(tuán)和Wayray等都曾在這項(xiàng)技術(shù)上展示過自己的產(chǎn)品。2018年百度世界大會(huì)現(xiàn)場，搭載AR-HUD的起亞汽車為觀眾和媒體提供試乘，并獲得了大量好評。

小度車載OS的AR-HUD將百度AR技術(shù)和HUD技術(shù)完美融合，打造出了“1+1＞2”的導(dǎo)航體驗(yàn)。AR-HUD中的車道線完美貼合實(shí)景路面，當(dāng)車道出現(xiàn)偏離時(shí)能夠?qū)崟r(shí)預(yù)警。

當(dāng)前方出現(xiàn)車輛時(shí)，AR-HUD也會(huì)安全呈現(xiàn)，不遮擋視線。同時(shí)，小度車載OS搭載的AR-HUD依托百度高精度定位、權(quán)威地圖信息、大數(shù)據(jù)和AI技術(shù)的加持、以及百度地圖超過5億的用戶出行大數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的導(dǎo)航定位。按照目前全球各大零部件企業(yè)和主機(jī)廠的車型規(guī)劃，搭載初級AR技術(shù)的HUD抬頭顯示玻璃有望在2020年進(jìn)入真正前裝量產(chǎn)元年。

售價(jià)方面，搭載大屏AR-HUD科技的玻璃價(jià)格不菲。HUD的技術(shù)儲(chǔ)備相對成熟，在近幾年的CES展上可以看到AR HUD的展示，因?yàn)槌杀究刂圃蛞约皩?shí)際應(yīng)用場景等問題，很多汽車廠商還都處于保留或觀望態(tài)度。

2. 新一代奔馳S級和大眾ID.3也將搭載AR HUD

真正安全且不會(huì)疲勞的HUD必須是寬視角，VID超過5米的AR-HUD，基于核心鍍膜工藝，價(jià)值量較高，只有AR-HUD才具備實(shí)用價(jià)值。目前大眾 MEB ID.3、奔馳 S、奇瑞高端車型應(yīng)用 AR-HUD。

有海外媒體曝光了全新一代奔馳S級的預(yù)告視頻，展示了視覺效果非常酷的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)平視顯示器（AR-HUD），這是全液晶儀表盤之外的有趣顯示界面。

從預(yù)告視頻來看，全新奔馳S級的車機(jī)系統(tǒng)生成的時(shí)速、導(dǎo)航等重要的行車信息，投影到駕駛員前面的擋風(fēng)玻璃上，讓駕駛員盡量做到不低頭、不轉(zhuǎn)頭就能看到時(shí)速、導(dǎo)航等重要的駕駛信息。

我們還能看到箭頭圖像標(biāo)注拐彎方向提示，并且浮動(dòng)方格旗將懸停在您標(biāo)記為目的地。這臺(tái)AR-HUD系統(tǒng)，可以輔助顯示前方十米遠(yuǎn)的距離，配合該車搭載的駕駛輔助系統(tǒng)和導(dǎo)航信息，能夠?yàn)轳{駛員減少行車中的信息干擾。

與中控屏和3D儀表盤緊密結(jié)合功能，它能夠帶來更加真實(shí)、直觀的駕駛和導(dǎo)航體驗(yàn)，而且隨著技術(shù)的升級，整個(gè)77英寸大的前擋風(fēng)玻璃都可以成為“AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)HUD”的用武之地。

據(jù)了解，AR-HUD形成圖像的組成單元由1.3毫米的高分辨率矩陣組成。另外，獨(dú)立反射鏡和高效的光源與電影院的投影機(jī)是同樣的技術(shù)原理。

奔馳官方將于8月12日重點(diǎn)展示全新S級的豪華內(nèi)飾，隨后在9月2日正式發(fā)布。

據(jù)悉，還未國內(nèi)上市的大眾ID.3也將搭載AR HUD。ID.3的AR HUD除了可以顯示基礎(chǔ)信息包括車速、主動(dòng)安全功能以及導(dǎo)航信息等之外，在設(shè)置導(dǎo)航后還有路徑指引輔助線，并且在轉(zhuǎn)彎時(shí)也有提示。另外，當(dāng)?shù)竭_(dá)導(dǎo)航設(shè)置目的地時(shí)，在AR HUD上也會(huì)有圖標(biāo)顯示。在打開ACC自適應(yīng)巡航功能后，它也會(huì)自動(dòng)標(biāo)注出前車。

ID.3作為大眾全新電動(dòng)車戰(zhàn)略的首款車型，成為首次應(yīng)用該技術(shù)的量產(chǎn)車。新車預(yù)計(jì)將在今年下半年正式上市， AR HUD功能將很有可能作為選裝配置出現(xiàn)。

售價(jià)方面，根據(jù)歐洲首發(fā)版本提供了三個(gè)型號(hào)ID.3 1ST、ID.3 1ST Plus和ID.3 1ST Max的售價(jià)依次為37350、43650和47950歐元，依據(jù)最新匯率折合人民幣分別約29.8、34.88、38.31萬元。

3. 全息投影技術(shù)助推AR-HUD導(dǎo)航上路

伴隨行業(yè)發(fā)展，AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)被視為下一代計(jì)算交互平臺(tái),下一個(gè)三十年的科技文明,備受全球矚目,而AR光學(xué)是其中最基礎(chǔ)最核心的部件,整個(gè)硬件系統(tǒng)都圍繞的AR光學(xué)展開,全息衍射光學(xué)被認(rèn)為是AR光學(xué)的未來。

由于傳統(tǒng)儀表在調(diào)節(jié)時(shí)間，下看角度方面表現(xiàn)最差，容易導(dǎo)致眼睛疲勞，AR HUD各項(xiàng)性能都是最佳，但缺點(diǎn)是體積最大，典型AR HUD體積8-15升，而IP HOE HUD體積只有1升，通過光波導(dǎo)技術(shù)有助于縮小AR HUD的體積。

圖片來源：佐思汽車研究

HOE即全息膜技術(shù)有一個(gè)獨(dú)特之處，可以將整個(gè)擋風(fēng)玻璃做投影屏，傳統(tǒng)的需要多次反射或光波導(dǎo)，HOE可以像投影機(jī)那樣直接投影，這稱之為IP（In Plane），這種方法有助于進(jìn)一步縮小AR HUD體積，顯示更多內(nèi)容，更廣視角。

全息光波導(dǎo)（Holographicwaveguide）則是使用全息光學(xué)元件（HOE）實(shí)現(xiàn)虛擬圖像的引導(dǎo)，全息光學(xué)元件是通過雙光束激光全息曝光的方式，直接在微米級光聚合物薄膜內(nèi)干涉形成納米級的光柵結(jié)構(gòu)，因此在工藝上，全息光波導(dǎo)更加高效，成本較其他光波導(dǎo)技術(shù)也具有明顯優(yōu)勢。

另外值得一說的是，AR顯示要盡可能的保證外界真實(shí)場景的特征，例如外景的清晰度，畸變，以及亮度不受波導(dǎo)的影響，在這一點(diǎn)上，全息光波導(dǎo)由于HOE的高透明，高衍射效率特點(diǎn)，較陣列波導(dǎo)具有明顯優(yōu)勢，且不易產(chǎn)生鬼像。

伴隨行業(yè)發(fā)展，HOE技術(shù)也逐漸得到突破應(yīng)用，目前國內(nèi)做的比較好的比如三極光電科技(蘇州)有限公司在HOE以及全息光波導(dǎo)研發(fā)制造技術(shù)擁有數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn),具有極雄厚的研發(fā)工藝沉淀。并在今年的7月底成功達(dá)到7K級的量產(chǎn)規(guī)模。

談到三極光電科技對核心工藝上的布局，CEO袁俊旗說，全息光波導(dǎo)和陣列光波導(dǎo)以及其他技術(shù)方案的光學(xué)模組比較，優(yōu)勢很明顯，但是技術(shù)瓶頸也更多，主要有模擬設(shè)計(jì)，材料，以及工藝制備這三個(gè)方面。市面上的現(xiàn)有的光學(xué)軟件，例如Zemax，Code V以及一些非序列的設(shè)計(jì)軟件LightTools，Optisworks對于幾何光學(xué)都能很好的勝任。

但是其無法很好的對全息衍射波導(dǎo)進(jìn)行有效的模擬，因?yàn)槔锩嬗泻芏啻蔚墓饩€折轉(zhuǎn)，因此我們公司編寫了相應(yīng)的光學(xué)追跡程序，適合于波導(dǎo)的特點(diǎn)，用于二維全息光波導(dǎo)的光線模擬和效率優(yōu)化，國際上的全息光波導(dǎo)大公司也都是如此，例如英國BAE，美國DigiLens。

材料主要是指HOE中的感光材料，對于全息光波導(dǎo)，需要其制造前后的低收縮比，高效率以及高均勻性，目前我們使用的材料已經(jīng)相當(dāng)穩(wěn)定，已經(jīng)大量用于全息波導(dǎo)的加工。

工藝方面，如前所述，更多的是需要全息技術(shù)的制造光路以及曝光經(jīng)驗(yàn)，它和使用的材料非常相關(guān)，而且它絕對是核心技術(shù)之一，我們能夠制造出二維全息光波導(dǎo)，已經(jīng)在這方面領(lǐng)先其他研究單位。

三極光電全息光波導(dǎo)光線追跡

全息光波導(dǎo)正是采用全息技術(shù)，因而其綜合性能還有很大的提升空間，如視場角、色彩、運(yùn)動(dòng)盒、適眼距等關(guān)鍵指數(shù)，可以隨著材料的特性、制造光路的升級、工藝技術(shù)制備等大幅度改進(jìn)而得以提升，在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的條件下，這點(diǎn)和其他顯示方案例如自由曲面，棱鏡以及陣列波導(dǎo)有著無與倫比的優(yōu)勢。

DigiLens正在研發(fā)的波導(dǎo)模組，表明其可提供雙眼150度的視場角，事實(shí)上利用全息技術(shù)的優(yōu)勢，目前我們也在彩色和視場角領(lǐng)域發(fā)力，且已經(jīng)研發(fā)出雙色的全息波導(dǎo)，顯示的虛擬圖像更加真實(shí)。

此外，全息光波導(dǎo)作為核心元件，除了頭戴顯示，飛機(jī)以及汽車的平顯也是一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域，當(dāng)前也正在與國內(nèi)一些單位合作開展了全息波導(dǎo)抬頭顯示器的預(yù)研工作（HUD）。

三極光電光瞳擴(kuò)展全息光波導(dǎo)

三極光電目前已經(jīng)率先研制出一維波導(dǎo)、二維擴(kuò)瞳全息波、彩色全息波導(dǎo)、85度超大視場角視網(wǎng)膜投影HOE、超大面積全息波導(dǎo)等產(chǎn)品,成像清晰,處于國內(nèi)全息光波導(dǎo)領(lǐng)先地位,綜合性能超過某些國際知名公司。

三極光電科技體全息光波導(dǎo)成像圖

三極光電CEO袁俊旗也將出席2020汽車抬頭顯示HUD前瞻技術(shù)展示交流會(huì)并進(jìn)行主題演講：《全球光波導(dǎo)技術(shù)路徑及AR-HUD上的可行的量產(chǎn)性光波導(dǎo)方案優(yōu)劣》

另外據(jù)《EE Times》報(bào)道成立于2009年的蘇格蘭新創(chuàng)公司Ceres Holographics開發(fā)了一種數(shù)字后期制作(digital mastering)技術(shù)，并聲稱搭配其全像光學(xué)組件(Holographic Optical Elements；HOE)，可望成為汽車OEM和Tier-1實(shí)現(xiàn)1980年代以來夢寐以求的HUD設(shè)計(jì)關(guān)鍵。

在全息投影創(chuàng)新方面，Ceres之所以不同于競爭對手之處有二。首先是其多年在優(yōu)化無毒全像薄膜材料方面的經(jīng)驗(yàn)，其次則是Ceres在數(shù)字后制打印技術(shù)方面的創(chuàng)新。

Ceres打算分兩階段將其HOE技術(shù)推廣到兩種不同的產(chǎn)品應(yīng)用。首先是基于簡單投影機(jī)的“透明顯示”(Transparent Display；TD)；其次則將會(huì)是支持先進(jìn)投影機(jī)的“擴(kuò)增實(shí)境”抬頭顯示(AR-HUD)應(yīng)用。對于這兩種產(chǎn)品，Travers告訴《EE Times》，已經(jīng)有OEM和Tier-1廠商對其技術(shù)進(jìn)行測試中，其中有些已在最終測試階段了。Travers預(yù)計(jì)采用TD技術(shù)的車型將在2022或2023年開始生產(chǎn)，而在那之后的一年則將投產(chǎn)搭載AR-HUD技術(shù)的車輛。

Travers指出，全息投影的另一個(gè)重要方面是其“實(shí)際捕捉光作用”的能力。他說：“您可以制作一個(gè)鏡頭或鏡像的全息投影，然后基本上就可以在非常薄的全像薄膜上捕捉該光學(xué)功能�！边@是Ceres賦予其全像光學(xué)組件的功能。該公司開發(fā)了一種方法來捕捉光學(xué)功能，再以數(shù)字后制到全像薄膜上。

材料創(chuàng)新

讓我們從全像薄膜材料開始談起。

Ceres開發(fā)的許多HOE都利用了最初由InPhase Technologies開發(fā)的新型無毒光敏聚合物薄膜材料。InPhase Technologies在2000年從Bell Labs分拆而出，致力于開發(fā)全息投影數(shù)據(jù)儲(chǔ)存解決方案。

數(shù)字后制技術(shù)創(chuàng)新

除了全像薄膜材料，Ceres還發(fā)明數(shù)字后制打印技術(shù)，從而使其脫穎而出。
Bouhamri說：“我們相信[Ceres]是目前唯一使用數(shù)字方式復(fù)制全息投影而進(jìn)行生產(chǎn)的，而且他們也自行制造設(shè)備。這可能讓他們比競爭對手更具優(yōu)勢�！�

那么，什么是“數(shù)字后制”(digital mastering)？Ceres稱此過程為“后期制作”(mastering)，因?yàn)樗悬c(diǎn)像是錄音。在錄音時(shí)，樂器或聲帶產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)被加以編碼，以便日后可在無需原始振動(dòng)源的情況下重制。全像技術(shù)也是一種能夠記錄光場且可在隨后沒有原始光場的情況下進(jìn)行重建。

在開發(fā)數(shù)字控制的后制過程中，Ceres為其基于Bayfol HX光敏聚合物的全像打印機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化，Ceres自2009年起開始使用，并對其進(jìn)行表征和優(yōu)化。

Ceres的數(shù)字后制打印機(jī)可以產(chǎn)生大幅的全息投影，其中由許多250mm2的全息投影“畫素”組成。Travers提醒說，和電視畫素不同的是，這里的每個(gè)畫素都是“可編程的”，以便可在RGB中產(chǎn)生任意光場。同樣地，參考光束的角度也是可編程的。透過此后制過程，Ceres可以數(shù)字化指定和編程任意光功能(例如不同類型的鏡像和透鏡)，使其成為軟性薄膜。

有了這些進(jìn)步，Bouhamri認(rèn)為，全息投影不再是一種難以捉摸的技術(shù)。他說，過去幾年已經(jīng)建立了“一條足以讓人可大量制造的道路”。

Bouhamri指出，“大規(guī)模制造能力”正是全息投影技術(shù)用于AR和HUD的主要問題。但是，由于“全像領(lǐng)域業(yè)界長期不懈地努力”，他預(yù)期全像元素很快就能設(shè)計(jì)成幾種商用化產(chǎn)品。

未來的挑戰(zhàn)

Ceres已經(jīng)開發(fā)了一套基于DSP的LED展示系統(tǒng)，其中就使用了該公司的平面全像光學(xué)組件。