如今 ，智能座艙技術已經卷出了新的高度 。過去幾年 ，車載顯示作為人機交互信息顯示窗口 ，不僅出現了多屏化 、大屏化 、聯屏化 ，而且更在汽車擋風玻璃上玩出“新花樣” 。在2023上海國際車展上 ，AR-HUD（增強現實抬頭顯示）更是成為智能座艙顯示技術的熱點 。

當前 ，車載顯示的技術創新從娛樂性和功能性兩個層麵齊頭並進 ，而AR-HUD已經成為滿足智能座艙功能帶來的複雜信息顯示需求的重要技術 。可以預見 ，未來智能座艙的信息顯示將帶給人們多樣化 、人性化 、功能化等體驗 ，以AR-HUD為代表的創新性顯示技術也將加速應用落地 。

什麽是AR-HUD ？

AR HUD即AR技術與抬頭顯示的結合體 ，是一種將真實世界信息和虛擬世界信息“無縫”集成的新技術 。據悉 ，美國海軍A-5艦載攻擊機最早搭載了HUD係統 ，其設計初衷是為了讓戰鬥機駕駛人可以更好的衡量地平線及瞄準 ，幫助海軍具備戰術核打擊能力 。上世紀80年代初期 ，HUD最早出現在概念級的轎車上 ，但當時的HUD功能隻能顯示時速 。

然而 ，HUD技術一直在不斷改進中 ，功能越來越多 ，實用性也大幅提高 。隨著汽車進入智能化時代 ，自然合理的人車交互需求越來越高 ，AR-HUD成為人與車機交互的重要技術載體之一 。

不過 ，AR-HUD技術更為複雜 ，但體驗性更好 ，其在HUD的基礎上 ，進一步將虛擬的圖像和信息疊加到現實的路麵上 ，形成虛實融合的效果 。從技術原理來看 ，AR-HUD的成像原理其實和傳統的HUD是基本一致的 ，都是利用離軸三反射鏡光學係統 ，就是通過圖形顯示器（PGU）產生圖像——利用小反射鏡（fold mirror）折轉光路——再通過大反射鏡（rotable mirror）反射放大——最終在擋風擋玻璃上反射進入人眼成像 。

但相較於傳統HUD僅對簡單信息進行映射 ，AR-HUD的先進之處就在於 ，還需要一個AR-Creator算法模塊 ，可以融合導航 、ADAS 、車輛信號等信息 ，進行圖像渲染及虛實重疊後 ，把顯示模型輸出給光機 ，最終形成在擋風玻璃上看到的增強現實的效果 。

具體來說 ，相對傳統HUD ，AR HUD主要優勢在於 ：一是顯示技術 。傳統HUD通常在透明屏幕或合並器上顯示信息 ，並將信息反射到用戶的視線中 ，其顯示的信息似乎懸浮在用戶麵前 。而AR HUD使用更先進的顯示技術 ，結合增強現實元素 。AR HUD通常使用透明屏幕 、投影儀和光學元件的組合 ，將數字信息疊加到真實環境中 。

二是信息疊加 。雖然HUD和AR HUD都提供疊加在用戶視野中的信息 ，但所顯示的信息性質不同 。傳統HUD通常顯示限於基本數據 ，如速度 、導航指示或車輛狀態等 。而AR HUD可以提供更動態 、與上下文相關的數字信息 ，如實時物體識別 、車道引導或與用戶環境無縫融合的交互元素。

三是可視化技術 。傳統HUD通常使用簡單的圖形或字母字符顯示信息 ，色彩和圖形能力有限 。而AR HUD可以利用增強現實所支持的先進可視化技術 ，顯示三維物體 、動畫圖形 ，甚至虛擬物體，使其與真實環境融為一體 。

四是沉浸和交互 。與傳統HUD相比 ，AR HUD提供更沉浸和交互的體驗 ，可以追蹤用戶的注視點 ，並根據用戶的焦點或上下文調整顯示的信息 。AR HUD還可以支持手勢識別或語音命令 ，使用戶能夠以更自然 、直觀的方式與顯示的信息進行交互 。

五是複雜性和成本 。由於先進的技術和額外的功能 ，AR HUD的開發和製造通常比傳統HUD更複雜和昂貴 。AR HUD需要複雜的光學係統 、圖像處理算法和傳感器集成 ，以實現增強現實體驗 。

因此 ，在AR HUD技術支持下，用戶可以獲取更多數據信息 ，比如車輛的位置 、方向 、速度 、路況等 ，不僅能提升駕駛安全性 ，而且大大增強了駕駛員的感知和交互能力 。

AR HUD技術挑戰

盡管AR HUD具有很好的體驗優勢 ，但其普及應用還有諸多技術挑戰 。其中 ，最大的技術難點在於成像PGU（光機部分）技術還有待提高 ，造成AR HUD應用成本過高 。

從結構來看 ，AR-HUD主要為反射型結構和全息型結構 。其中 ，在反射型結構上 ，成像PGU 是AR-HUD的核心要素 ，主要有TFT-LCD 、DLP 、LCOS 和LBS（MEMS）四種方案 。

對比來看 ，TFT-LCD方案成熟 ，成本相對較低 ，但是光效低 ，亮度欠佳 ，並且會有陽光倒灌 ；DLP是TI專利產品 ，成本較高 ；LCOS光效較低 ，亮度有待提高 ；LBS分辨率不高 ，激光器對溫度敏感 。

在全息型結構上 ，DLP激光投影是核心部件 ，主要方案為DLP激光投影+光波導或者DLP激光投影+全息薄膜 。

對比兩種結構 ，反射型結構是主流方案 ，但是HUD體積普遍很大 。全息型結構體積小 ，但是全息波導技術還不成熟 。

除了PGU技術難題之外 ，AR-HUD還需要滿足光學 、軟件 、硬件結構等技術性能要求 。

其中 ，在光學上 ，FOV（視場角）過小 ，影像隻能呈現在駕駛者視線範圍中的一小部分 。FOV反應了OG真人看到的AR-HUD圖像大小 ，AR-HUD的水平FOV至少需要達到10°以上 。在保證成像距離 、大小的同時 ，要擴大FOV ，以實現覆蓋多車道顯示 ，這對功耗控製與光學設計有著很高的技術要求 。

在不同的外部光線 、天候等影響下 ，HUD影像的亮度是實現較佳的影像品質與視覺效果重要性能指標 。比如 ，白天汽車前方的環境光往往非常強 ，特別是在陽光直射的時候 。為了保證AR HUD的顯示效果 ，就必須保證本身的亮度 。目前業界的要求HUD最大亮度在12000cd/m2以上 。在具體的行駛過程中 ，HUD的亮度還需要隨著環境光的變化而變化 ，以保證最佳顯示效果 。

在軟件層麵 ，需要兼容各種數據/平台 ，進行實時矯正 ，確保AR的圖形和真實路況相匹配 ；具備支持低延遲 、二次開發能力以此支持不同HMI和應用 。

在硬件結構層麵 ，需要降低HUD的係統整體體積 ，比如TFT-LCD/DLP等模組 ，加上需求較大的FOV ，都會讓HUD係統的體積越來越大 ，勢必會影響到車內空間設計 。

另外 ，還需解決重影 、畸變矯正 、散熱 、光斑 、前方道路融合 、眼盒&駕駛員視線追蹤 、降低成本等問題 。比如 ，AR HUD散熱問題 ，其主要來源兩個方麵 ：一是由於AR HUD需要具備高亮度 ，光源發熱量大 ；二是陽光倒灌問題 ，由於光路的可逆性 ，自然界中的光線會沿著投影光路而集中到PGU中 。過高的熱量會對PGU的光電元件造成嚴重損傷 。因此散熱是一個重要的問題 。

消除光斑也是AR-HUD不得不解決的問題 。光線傳播的雙向性會導致外界的陽光進入HUD內部 ，而部分外部光線經過HUD內部反射器件的反射之後 ，就可能進入駕駛員的眼睛 ，從而產生所謂的“光斑” ， 可能導致駕駛員無法看清前方的局部路況的情況 ，帶來駕駛安全隱患 。

因此 ，AR-HUD能否普及上車 ，除了要解決以上技術難題之外 ，還需降低應用成本 。

AR HUD已成風口

實際上 ，AR-HUD很早就在汽車上得到應用 ，特別是在一些概念車型上 。2020年 ，奔馳推出全球首個AR-HUD產品 ，可以將車道 、預警等駕駛信息以與環境融合方式直觀呈現給駕駛用戶 。

2022年以來 ，長城摩卡、吉利星越L 、大眾ID.4 、廣汽傳祺GS8 、北汽魔方 、飛凡R7等越來越多配備AR-HUD的量產車型先後亮相 ，大尺寸 、更高清的AR-HUD成為了主流趨勢 。

在近期上海國際車展上 ，華為 、銳思華創、疆程 、業成光電等均發布了AR-HUD產品 。其中 ，華為展示了HUAWEI xHUD AR-HUD增強現實抬頭顯示方案 。該方案將前擋風玻璃化身為集科技感 、安全性 、娛樂性於一體的智能信息“第一屏” ，不僅可以替代儀表 ，更能超越儀表 ，持續打造更多創新應用 ，如智駕可視 、車道級導航 、倒車影像 、數字精靈、巨幕觀影等 。

華為AR-HUD還是行業首個2K車規級自研的光學成像模組 ，最大FOV（視場角）為13°*5° ，界麵範圍更廣 ；分辨率達到1920×730 ；最高亮度可達12000nits ；1200:1高對比度 ；7.5m可達70英寸 、10m可達到96英寸影院級巨幕觀影畫幅 。

銳思華創發布了全球首個以LBS為光源的AR-HUD ，並推出其全新顯示技術——應用於AR-HUD等多種顯示方案的多層光波導3D PGU 。PGU的特點是支持裸眼3D顯示 ，在擋風玻璃前可呈現更立體的懸浮3D效果 。

作為車廠 ，寶馬也用概念車Dee展示了其全景視域橋技術 ，並宣布將在2025年實現量產 。據悉 ，該技術能夠將信息投影到擋風玻璃下緣的深色塗層區域 ，在保證出色的清晰度和色彩表現的同時 ，讓乘客能看到覆蓋擋風玻璃整個寬度的信息 。

可以說 ，從應用體驗來看 ，AR-HUD將有潛力成為未來的重要人機交互方式之一 。

未來 ，AR-HUD也將與ADAS高度融合 ，比如 ，跟車距離預警 、壓線預警 、紅綠燈監測 、提前變道 、行人預警 、路標顯示 、車道偏離 、前方障礙物 、駕駛員狀態監測等等 。同時 ，通過顏色的變化來提醒駕駛員安全度 。同時 ，AR-HUD還將整合更多新應用場景 ，結合當前位置 、地圖和場景AI等來為駕駛員提供路過景區 、商場 、餐廳等信息 ，實現車與道路環境的互聯 。

綜上 ，從另外一個層麵可以理解 ，隨著技術不斷成熟與上車應用 ，AR-HUD正慢慢打開汽車元宇宙之門 。