如今 ，智能座舱技术已经卷出了新的高度 。过去几年 ，车载显示作为人机交互信息显示窗口 ，不仅出现了多屏化 、大屏化 、联屏化 ，而且更在汽车挡风玻璃上玩出“新花样” 。在2023上海国际车展上 ，AR-HUD（增强现实抬头显示）更是成为智能座舱显示技术的热点 。
当前 ，车载显示的技术创新从娱乐性和功能性两个层面齐头并进 ，而AR-HUD已经成为满足智能座舱功能带来的复杂信息显示需求的重要技术 。可以预见 ，未来智能座舱的信息显示将带给人们多样化 、人性化 、功能化等体验 ，以AR-HUD为代表的创新性显示技术也将加速应用落地 。
什么是AR-HUD ？
AR HUD即AR技术与抬头显示的结合体 ，是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术 。据悉 ，美国海军A-5舰载攻击机最早搭载了HUD系统 ，其设计初衷是为了让战斗机驾驶人可以更好的衡量地平线及瞄准 ，帮助海军具备战术核打击能力。上世纪80年代初期 ，HUD最早出现在概念级的轿车上 ，但当时的HUD功能只能显示时速 。
然而 ，HUD技术一直在不断改进中 ，功能越来越多 ，实用性也大幅提高 。随着汽车进入智能化时代 ，自然合理的人车交互需求越来越高 ，AR-HUD成为人与车机交互的重要技术载体之一 。
不过 ，AR-HUD技术更为复杂 ，但体验性更好 ，其在HUD的基础上 ，进一步将虚拟的图像和信息叠加到现实的路面上 ，形成虚实融合的效果 。从技术原理来看 ，AR-HUD的成像原理其实和传统的HUD是基本一致的 ，都是利用离轴三反射镜光学系统 ，就是通过图形显示器（PGU）产生图像——利用小反射镜（fold mirror）折转光路——再通过大反射镜（rotable mirror）反射放大——最终在挡风挡玻璃上反射进入人眼成像 。
但相较于传统HUD仅对简单信息进行映射 ，AR-HUD的先进之处就在于，还需要一个AR-Creator算法模块 ，可以融合导航 、ADAS 、车辆信号等信息 ，进行图像渲染及虚实重叠后 ，把显示模型输出给光机 ，最终形成在挡风玻璃上看到的增强现实的效果 。
具体来说 ，相对传统HUD ，AR HUD主要优势在于 ：一是显示技术 。传统HUD通常在透明屏幕或合并器上显示信息 ，并将信息反射到用户的视线中 ，其显示的信息似乎悬浮在用户面前 。而AR HUD使用更先进的显示技术 ，结合增强现实元素 。AR HUD通常使用透明屏幕 、投影仪和光学元件的组合 ，将数字信息叠加到真实环境中 。
二是信息叠加 。虽然HUD和AR HUD都提供叠加在用户视野中的信息 ，但所显示的信息性质不同 。传统HUD通常显示限于基本数据 ，如速度 、导航指示或车辆状态等 。而AR HUD可以提供更动态 、与上下文相关的数字信息 ，如实时物体识别 、车道引导或与用户环境无缝融合的交互元素 。
三是可视化技术 。传统HUD通常使用简单的图形或字母字符显示信息 ，色彩和图形能力有限 。而AR HUD可以利用增强现实所支持的先进可视化技术 ，显示三维物体 、动画图形 ，甚至虚拟物体 ，使其与真实环境融为一体 。
四是沉浸和交互 。与传统HUD相比 ，AR HUD提供更沉浸和交互的体验 ，可以追踪用户的注视点 ，并根据用户的焦点或上下文调整显示的信息 。AR HUD还可以支持手势识别或语音命令 ，使用户能够以更自然 、直观的方式与显示的信息进行交互 。
五是复杂性和成本 。由于先进的技术和额外的功能 ，AR HUD的开发和制造通常比传统HUD更复杂和昂贵 。AR HUD需要复杂的光学系统 、图像处理算法和传感器集成 ，以实现增强现实体验 。
因此 ，在AR HUD技术支持下 ，用户可以获取更多数据信息，比如车辆的位置 、方向 、速度 、路况等 ，不仅能提升驾驶安全性 ，而且大大增强了驾驶员的感知和交互能力 。
AR HUD技术挑战
尽管AR HUD具有很好的体验优势 ，但其普及应用还有诸多技术挑战 。其中 ，最大的技术难点在于成像PGU（光机部分）技术还有待提高 ，造成AR HUD应用成本过高 。
从结构来看 ，AR-HUD主要为反射型结构和全息型结构。其中 ，在反射型结构上 ，成像PGU 是AR-HUD的核心要素，主要有TFT-LCD 、DLP 、LCOS 和LBS（MEMS）四种方案 。
对比来看 ，TFT-LCD方案成熟 ，成本相对较低 ，但是光效低 ，亮度欠佳 ，并且会有阳光倒灌 ；DLP是TI专利产品 ，成本较高 ；LCOS光效较低 ，亮度有待提高 ；LBS分辨率不高 ，激光器对温度敏感 。
在全息型结构上 ，DLP激光投影是核心部件 ，主要方案为DLP激光投影+光波导或者DLP激光投影+全息薄膜 。
对比两种结构 ，反射型结构是主流方案，但是HUD体积普遍很大 。全息型结构体积小 ，但是全息波导技术还不成熟。
除了PGU技术难题之外 ，AR-HUD还需要满足光学 、软件 、硬件结构等技术性能要求。
其中 ，在光学上 ，FOV（视场角）过小 ，影像只能呈现在驾驶者视线范围中的一小部分 。FOV反应了乐玩国际看到的AR-HUD图像大小 ，AR-HUD的水平FOV至少需要达到10°以上 。在保证成像距离 、大小的同时 ，要扩大FOV ，以实现覆盖多车道显示 ，这对功耗控制与光学设计有着很高的技术要求 。
在不同的外部光线 、天候等影响下 ，HUD影像的亮度是实现较佳的影像品质与视觉效果重要性能指标 。比如 ，白天汽车前方的环境光往往非常强 ，特别是在阳光直射的时候 。为了保证AR HUD的显示效果 ，就必须保证本身的亮度 。目前业界的要求HUD最大亮度在12000cd/m2以上 。在具体的行驶过程中 ，HUD的亮度还需要随着环境光的变化而变化 ，以保证最佳显示效果 。
在软件层面 ，需要兼容各种数据/平台 ，进行实时矫正 ，确保AR的图形和真实路况相匹配 ；具备支持低延迟 、二次开发能力以此支持不同HMI和应用 。
在硬件结构层面 ，需要降低HUD的系统整体体积 ，比如TFT-LCD/DLP等模组 ，加上需求较大的FOV ，都会让HUD系统的体积越来越大 ，势必会影响到车内空间设计 。
另外 ，还需解决重影 、畸变矫正 、散热 、光斑 、前方道路融合 、眼盒&驾驶员视线追踪 、降低成本等问题 。比如 ，AR HUD散热问题 ，其主要来源两个方面 ：一是由于AR HUD需要具备高亮度 ，光源发热量大 ；二是阳光倒灌问题 ，由于光路的可逆性 ，自然界中的光线会沿着投影光路而集中到PGU中 。过高的热量会对PGU的光电元件造成严重损伤 。因此散热是一个重要的问题 。
消除光斑也是AR-HUD不得不解决的问题 。光线传播的双向性会导致外界的阳光进入HUD内部 ，而部分外部光线经过HUD内部反射器件的反射之后 ，就可能进入驾驶员的眼睛 ，从而产生所谓的“光斑” ， 可能导致驾驶员无法看清前方的局部路况的情况 ，带来驾驶安全隐患 。
因此 ，AR-HUD能否普及上车 ，除了要解决以上技术难题之外 ，还需降低应用成本 。
AR HUD已成风口
实际上 ，AR-HUD很早就在汽车上得到应用 ，特别是在一些概念车型上 。2020年 ，奔驰推出全球首个AR-HUD产品 ，可以将车道 、预警等驾驶信息以与环境融合方式直观呈现给驾驶用户 。
2022年以来 ，长城摩卡 、吉利星越L 、大众ID.4 、广汽传祺GS8 、北汽魔方 、飞凡R7等越来越多配备AR-HUD的量产车型先后亮相 ，大尺寸 、更高清的AR-HUD成为了主流趋势 。
在近期上海国际车展上 ，华为 、锐思华创 、疆程 、业成光电等均发布了AR-HUD产品 。其中 ，华为展示了HUAWEI xHUD AR-HUD增强现实抬头显示方案 。该方案将前挡风玻璃化身为集科技感、安全性 、娱乐性于一体的智能信息“第一屏” ，不仅可以替代仪表 ，更能超越仪表 ，持续打造更多创新应用 ，如智驾可视 、车道级导航 、倒车影像 、数字精灵 、巨幕观影等 。
华为AR-HUD还是行业首个2K车规级自研的光学成像模组 ，最大FOV（视场角）为13°*5° ，界面范围更广 ；分辨率达到1920×730 ；最高亮度可达12000nits ；1200:1高对比度 ；7.5m可达70英寸 、10m可达到96英寸影院级巨幕观影画幅 。
锐思华创发布了全球首个以LBS为光源的AR-HUD ，并推出其全新显示技术——应用于AR-HUD等多种显示方案的多层光波导3D PGU 。PGU的特点是支持裸眼3D显示 ，在挡风玻璃前可呈现更立体的悬浮3D效果 。
作为车厂 ，宝马也用概念车Dee展示了其全景视域桥技术 ，并宣布将在2025年实现量产 。据悉 ，该技术能够将信息投影到挡风玻璃下缘的深色涂层区域 ，在保证出色的清晰度和色彩表现的同时，让乘客能看到覆盖挡风玻璃整个宽度的信息 。
可以说 ，从应用体验来看 ，AR-HUD将有潜力成为未来的重要人机交互方式之一 。
未来 ，AR-HUD也将与ADAS高度融合 ，比如 ，跟车距离预警 、压线预警 、红绿灯监测、提前变道 、行人预警 、路标显示 、车道偏离 、前方障碍物 、驾驶员状态监测等等 。同时 ，通过颜色的变化来提醒驾驶员安全度 。同时 ，AR-HUD还将整合更多新应用场景 ，结合当前位置 、地图和场景AI等来为驾驶员提供路过景区 、商场 、餐厅等信息 ，实现车与道路环境的互联 。
综上 ，从另外一个层面可以理解 ，随着技术不断成熟与上车应用 ，AR-HUD正慢慢打开汽车元宇宙之门 。
