新一代平视显示（HUD）系统：发展动力、面临的挑战和解决方案

2015年2月7日，在美国电影艺术与科学学院第87届科学技术奖颁奖典礼上，德州仪器(TI)DLP芯片发明者Larry Hornbeck博士荣获奥斯卡奖。DLP芯片组已经从根本上改变了电影制作、发行和观影的方式，现在全球超过80%的电影院都采用了此芯片组。

与DLP技术对电影业的影响类似的是，这种技术现在也通过新的显示和车载照明灯等应用，准备变革汽车行业。(表1)

表1 在新应用中采用DLP技术

HUD2.0的发展动力

现有的平视显示(HUD)系统往往只能显示冗余信息，即车中其他位置也可以获得的信息。而此技术的新一代，即HUD2.0，能够显示高级驾驶员辅助系统(ADAS)信息。除了车载传感器、摄像头和车辆对车辆/基础设施通信(V2X)，车辆所了解的其周围的信息量也呈指数级增长。我们面临的挑战在于如何有效地沟通什么重要信息是车辆“已知的”，并将其传递给驾驶员，但只有当我们向半自主和自主驾驶功能迁移时，这些信息才会增多。

采用HUD2.0将以自然、直观的方式传达这类信息，增强驾驶员的全局固定视图，以正形投影图形显示车辆已知的信息。导航指示、车道偏离告警(LDW)和自适应巡航控制(ACC)指示灯功能将从驾驶员的视角以自然的图像距离来显示。如图1所示，此图显示了如何‘增强’驾驶员视图的现实，实时提供有用的信息。在这里我们可以，图像以鲜亮、栩栩如生的色彩来显示，并以自然距离叠加在实物上，因此驾驶员可以最小的干扰轻松地使用信息。

图1 AR HUD的正形投影图形

此外，与用户界面范式中用作“辅助”显示系统的现有HUD不同的是，HUD2.0位于人机界面(HMI)策略的中心，并将作为主信息显示系统。 同样，新一代HUD也期望在不同日照条件下获得出色的图像质量和一致的可读性。

面临的挑战

HUD 2.0要求在传统HUD设计的基础上获得许多新的方面的内容。虽然HUD设计的详细说明超出了本文范围，但仍有必要查看一些关键参数。

图 2 FOV和VID影响感知的HUD图形大小

如图2所示，视野(FOV)和虚拟映像距离(VID)在确定感知图像尺寸方面有重要作用。虽然传统的HUD视野仅涵盖了一个车道，但拥有更大视野和更长虚拟映像距离的HUD2.0使驾驶员能够看到超出一个车道车流的图像。在视野和虚拟映像距离方面的这些增强要求更高的亮度、更饱和的色彩、更高的功效和更强的日照耐受度。此外，需要符合这些新参数，同时满足所有传统汽车的环境条件。下表2列出了HUD2.0的一些参数，与传统HUD系统对比。

表2 新一代HUD2.0的关键参数与传统HUD关键参数对比

亮度与功效

更大的视野和更高的亮度水平为驾驶员提供易于浏览的图像。 为了确保各种光线条件下的可读性，HUD应当能够在指定的15,000cd/m2和30,000cd/m2之间生成虚像。 然而，需要创建此图像的绝对功率应保持较低，这样不仅能最大程度降低热管理所需的容量，也能在可行的光源(LED)范围内保持光通量。为了扩大视野并提高亮度，同时不增加功耗，更高效的成像器十分必需。 德州仪器DLP 0.3” WVGA类A100数字微镜器件(DMD)的效率高于66%，显著提高了系统效率，以符合以上参数。 借助效率提升，基于DLP技术和RGB LED的HUD系统可以实现所需的亮度并扩大视野。 例如，采用 .3” WVGA DMD和OSRAM Q8WP RGB LED[2]设计的系统仅使用6.0 W的LED功率，就能以10度视野实现超过15,000 cd/m2亮度，甚至比目前更小的辅助HUD系统的功率还要低。 此系统的功效为10.6 lm/W(每瓦的流明数)。