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由军用技术转民用技术从而改善人类生活方方面面的案例实属太多，抬头显示系统（Heads-up display, HUD）就是其一。 五屏三维空间交互，理想L9上市时最大的亮点之一就是取消了驾驶员面前的车内传统仪表盘，而是以一块13.35英寸的高清HUD代替，同时可以让用户自定义设置显示内容，就连理想汽车CEO李想也在L9的新车发布会上为新车的五屏联动设计给予了浓墨重彩的介绍。 无独有偶，7月初新近发布的AITO问界M7，也将HUD视为全系标配。 汽车智能化的核心是自然、合理的人机交互方式， 以风挡为显示界面的HUD，甚或AR-HUD有望凭借更大显示尺寸以及更直观、更简洁的“沉浸式交互”效果，演变成下一代人车交互的新窗口，艾迈斯欧司朗资深现场工程师苏阳在采访中表示。 1 、 HUD，智能座舱的核心卖点之一 当今世界正经历百年未有之大变局，汽车科技亦是如此。作为消费者最高频的接触点，智能座舱已经成为传统汽车向智能终端转变过程中最典型的缩影，其商用化落地能力也成为各大主机厂相互竞争的一大着力点。 同时，智能座舱的发展也让汽车逐渐摆脱代步工具的固定认知，成为人们日常工作中不可或缺的“第三生活空间”。 通过将重要的行车信息例如时速、导航等实时投影显示在驾驶员面前的挡风玻璃上，HUD可以极大避免因为驾驶员低头、转移视线等带来的安全隐患。 HUD的应用，可以让驾驶员不去看方向盘后的仪表盘，也可以不用看右边显示屏的导航，从而进一步提高了驾驶员的安全系数，避免驾驶过程中分心导致忽略前方发生的紧急情况。 作为智能座舱代表性功能之一，HUD正在成为越来越多主机厂竞争的技术重点，装车趋势明显，也成为很多消费者在购车过程中考虑的一大重心。 根据高工智能汽车研究院数据， 2021年度中国市场乘用车（不含进出口）新车前装标配搭载HUD上险量为116.72万辆，同比增长超50%，前装标配搭载率为5.72%。 2 、 HUD的“上下五千年” 从军转民，HUD的技术发展史同样可以书写一版缩减的“上下五千年”。 HUD，从战斗机“起家”，由于飞行员在高速飞行中需要极快的反应速度和高度集中的注意力，而战斗机的仪表复杂，所以为了避免飞行员频繁的通过仪表查看飞行数据分散注意力，HUD系统应运而生。 1972年，英国专利人员提出了对HUD在汽车上的改进，根据对汽车挡风玻璃的弧度、驾驶员视线角度等参数的调整，提供了将HUD应用在汽车上的具体技术方案。然而由于成像质量不理想且成本高昂，这一方案没能投入到市场进行应用。 1988年，通用汽车在其旗下的Oldsmobile Cutlass Supreme Indianapolis 500 Pace Car 上首次采用了 HUD 抬头显示器，成为世界上首款采用该技术的汽车。 此后，宝马、奔驰、本田、丰田等整车厂也相继在旗下车型上配备HUD，HUD开始被越来越多的厂商应用到汽车上，但由于初期的显示效果差、成本高，一直没有得到广泛应用。 直到2020年，奔驰S级发布AR-HUD（增强现实型抬头显示系统），AR（增强现实）技术令导航信息与实际路面信息叠加，导航信息的显示更为直接且易于理解，HUD再次得到广泛关注。 纵观HUD技术的意义，一方面就是提升驾驶安全性，正如之前所讲，另一方面就是提升人机交互体验。 例如，HUD不仅可以让车况、智能驾驶等 信息的显示更加高效 ，此外，它还可大幅增强导航的显示效果， 使二维导航迈向实时导航 。 3 、 剖析HUD 通常，汽车HUD主要有三种类型：组合型抬头显示系统C-HUD（Combiner-HUD）、风挡型抬头显示W-HUD（Windshield-HUD）和增强现实型抬头显示系统AR-HUD（Augmented Reality HUD）。 不同于C-HUD通过放置于组合仪表上方的一个半透明树脂板作为投影介质反射出虚像，W-HUD和AR-HUD都是使用挡风玻璃作为投影介质。 但由于AR-HUD可以在驾驶员视线区域内合理叠加显示一些驾驶信息，将导航和ADAS信息与前方道路融合，直接将转向指示、障碍物警告、车道偏离、前车预警、盲区监测等信息直接显示在真实道路上，业界均将其视为智能座舱中更优的整体解决方案。 根据高工智能汽车研究院数据，2022年1-4月中国市场（不含进出口）乘用车前装标配HUD上险量为36.95万辆，同比增长11.53%；其中， W-HUD搭载量为32.81万辆，已经成为市场主力； AR-HUD 搭载量为2.26万辆，同比增长737.04%，进入快速增长通道。 若按照系统构成，HUD系统又可分为图像生成单元（PGU）和光学显示系统两大部分，其中图像生成单元用以生成HUD输出图像，是其中最核心的部件，约占整体系统总价值的50%。 而根据图像生成单元的不同投影技术，又有LCD、DLP和MEMS激光投影3种模式。 据智慧芽创新研究中心发布的最新报告《智能汽车产业系列——车载抬头显示系统（HUD）技术洞察报告》介绍： LCD投影技术： 主要是液晶屏显示后通过反射改变光源角度最终在挡风玻璃上成像，是近十年内行业内最主流的研发方向。但其缺点在于光线经过液晶后亮度会有一定程度的衰减，并且因为液晶之间有一定的距离，其分辨率清晰度存在缺陷与不足。 DLP投影技术： 是一种以数字微镜装置作为成像器件，通过调节反射光实现投射图像的投影技术。技术优势在于投影效果亮度高、分辨率高、成像逼真，而且在 AR-HUD 体系设计中，具有温升控制功能的 DLP 投影技术相比 LCD 投影技术更具优势。 MEMS激光投影技术： 通过使用具有较高功率的红、绿、蓝（三基色）单色激光器为光源，激光在机器内经过相应的光学元件和处理芯片的整合与扫描后投射在显示屏上。其技术优势在于其色域空间大、色饱和度高、分辨率清晰。 “对应LCD技术，我们会提供白光的LED进行搭配使用，”苏阳介绍道。 而对于DLP技术，艾迈斯欧司朗也会有RGB三种颜色的LED配合使用。同时，HUD系统中除了LED的应用外，艾迈斯欧司朗的颜色传感器也可发挥作用。在配套了颜色传感器后，HUD即可以根据环境的亮度以及实际的环境场景，调整HUD显示的颜色、色温等。 “不止于此，例如我们的SFH 2200可以检测真正投屏以后屏幕的温度，大家知道在太阳暴晒的情况下，HUD模块的温度是非常烫的。” 通过不同部件的搭配使用，才得以带给消费者更好的体验。 事实上， AR-HUD 的应用范围正在不断扩展，例如汽车内饰表面或者侧窗和后窗的投影广告等。 所谓的“窗口和标识投影”正在将汽车座舱内变成可以显示相关信息、实现特定视觉效果的一个扩展面。 4 、 HUD的未来之路 未来，由于每个模组的自身局限性，在人机交互、辅助乃至自动驾驶等的大趋势下，多模块的联动必不可少。 “目前，我们也能清晰看到智能座舱中的多模块联动趋势，例如可以通过DMS监测驾驶员面部位置的功能来调整HUD的亮度和方位，此外也可以和环境光传感器融合去调整HUD的亮度和色温，从而为消费者打造一个以舒适、安全、便捷驾驶为目的的智能座舱。” 事实上，业界之前也在讨论待到自动驾驶真正普及的一天，届时无需驾驶员介入，是否HUD就会形同虚设，成为一个没有使用场景的功能？ 但到那时，HUD，特别是AR-HUD或许会以另一种方式应用到车辆上，例如可以通过AR-HUD的方式展示类似游戏、观影等可视化的娱乐场景，给乘客提供沉浸式的驾乘体验。

一、前言 随着汽 车辅助驾驶技术 的不断进步，汽车上使用的传感器和控制器也越来越多。许多新车型都已经搭载了5个毫米波雷达、10个以上的自动驾驶摄像头、1个车内驾驶员检测摄像头、5个激光雷达等传感器，这些传感器的数据量无疑是巨大的。那么在多传感器数据融合和算法验证的过程中，如何才能做到多传感器数据的同步记录以及算法的快速验证呢？ Vector 作为全球可靠的汽车电子研发伙伴，在CANape的基础上提供了多传感器数据的同步记录以及算法的快速验证的功能— Option Driver Assistance ，助力于汽车辅助驾驶技术的研发与测试。 二、功能特点 1 、多传感数据高速同步记录技术— DHPR 在驾驶辅助系统和自动驾驶车辆的开发过程中，需要尽可能多的将原始传感器数据同步记录下来，用于数据回注来测试新的软件版本。但是雷达和视频传感器的数据量是特别大的，一台记录仪通常达不到如此大的数据带宽要求，需要多台记录仪进行级联来满足数据带宽。Option Driver Assistance提供了DHPR (Distributed High Performance Recorder)技术来解决多台记录仪之间的数据时间同步、触发同步等问题。 多台记录主机由CANape通过TCP/IP控制。整个数据记录任务可以很容易地分布在多台记录主机上，实现多传感器数据的同步记录、同步触发。 图一 DHPR示意图 2 、ADAS传感器的验证和可视化功能 此功能是 Option Driver Assistance的 核心功能 ，可以将传感器检测到的目标对象以图形符号(如矩形、多边形)显示在不同的显示窗口中。且此功能无论是在测量过程中，还是在离线数据分析的过程中都可以使用。 可以将与传感器同步记录的参考摄像头的视频作为验证传感器数据的基础，对参考摄像头进行标定，并将传感器坐标轴和参考摄像头坐标进行关联。传感器输出的目标物坐标，就可以显示在参考图像的相应位置上，以此来快速验证传感器的输出目标。如果需要多视角查看传感器输出的目标物，传感器对象也可以在一个三维的，自由配置的场景窗口（scene window）中显示。 这种传感器数据与实际情况之间的直接比较可以让您快速、可靠地验证传感器数据的质量。 图二 目标物叠加显示 三、运用 1 、基于测量信号创建目标对象 传感器一般通过几个信号来描述对象，例如坐标、大小和类型等。根据传感器的不同，这些信息以不同的方式进入CANape软件；如通过CAN、FlexRay、以太网、串口等总线发送基于信号的对象描述、或者基于特定协议传输进入CANape，在CANape中对相关信号进行解析后都可以使用。 CANape中的信号—对象适配器提供了方便的接口。信号可以在测量过程中分配给在线的对象，也可以从测量数据中分配给离线对象。创建的测量对象能以结构体的形式保存在测量文件中，在离线分析时可直接使用。 图三 创建目标对象 2 、给目标对象选择显示元素、窗口并关联参数 将目标对象和显示元素之间的映射是在GFX编辑器中配置的。 在GFX编辑器有许多预定义的显示对象，如点云、十字符、正方形、三角形、多边形、曲线、位图、CAD模型等。并且每个目标对象都可以被分配一个合适的坐标系统，比如地理坐标、笛卡尔坐标、像素坐标。 图四 GFX编辑器 3 、效果展示和评估 数据对象表示为图形元素并叠加在其他信息上 ▲在视频、场景或地图窗口中同步显示图形元素和评估对象信息 ▲在测量或数据分析期间，可以通过ADASExplorer窗口中控制各个窗口中单独激活或禁用对象，以优化显示效果 ▲文本和参数值（如距离和速度信息）可以作为附加信息绘制在固定或可变像素位置 ▲可以为目标对象显示额外的文本和数字信息，如编号和传感器标识 ▲场景窗口提供任意缩放和旋转功能， 方便进行评估 ▲可以调整所有目标对象参数(大小，颜色，文本/数字字段等)，方便进行标记 ▲激光雷达传感器(如Velodyne、Ibeo和Quanergy)的测量数据通过场景窗口可视化，在场景窗口中三维显示接收到的点云数据 ▲可以在展示窗口中点击单个图形显示元素，从而获取它的原始数据 图五 效果展示 4 、摄像头标定 只有在视频图像中叠加显示目标对象时才需要进行摄像头标定。为了将目标对象数据作为图形元素显示在视频窗口中，需要在空间坐标和像素位置之间进行坐标转换。只要系统配置(相机或镜头类型)不变，标定过程只需要一次。 摄像头标定分为内参标定和外参标定两大部分。均在CANape软件提供的Camera Calibration Tool中完成；内参标定需要用到黑白棋盘格和测距仪，将棋盘格的参数填入标定工具并在摄像头视野3到5米范围内进行多次识别。 外参标定是将参考相机的坐标和传感器的坐标进行统一，并使用测试对象验证标定效果。 图六 内参标定 图七 外参标定 四、总结 Option Driver Assistance 是CANape的一个扩展模块。有两大功能，一是提供DHPR分布式高性能记录功能，通过TCP/IP的控制方式，实现了多传感器、多记录主机之间的同步记录和触发问题；二是提供ADAS传感器的验证和可视化功能，可在多窗口中叠加显示传感器输出的目标信息。