文/VR陀螺 萬里

近日，上海國際車展順利落下帷幕。本屆展會上，超過150台新車輪番登台亮相，讓參會者大飽眼福。此外，裡面出現的一系列新技術、新趨勢引起了廣泛關注。

以HUD為例，它抬頭即顯的特性能更好保障駕駛安全，隨著智能座艙的更新疊代，HUD憑藉優秀的「人與車、人與環境」交互特性，有望發展成為智能汽車的核心部件。本次車展上，華為、銳思華創、睿維視等一眾廠家展示了其最新的HUD產品以及技術，成為活動的一大看點。

近日，陀螺君有幸與睿維視CEO鄧遠博博士展開對話，鄧遠博憑藉其深厚的專業背景以及多年從業經驗，為我們深入淺出講解了HUD的發展情況以及詳細技術。

應用現狀：中端車用W-HUD，高端車用AR-HUD

睿維視是一家國內領先的HUD解決方案供應商，企業成立於2021年，總部位於南京，並在英國劍橋設有研發中心，在深圳設有辦公室，河北設有生產基地。至今，睿維視已獲得紅杉、線性等投資機構數千萬元融資。

從團隊成員來看，睿維視是一家技術基因濃厚的HUD企業，如鄧遠博本人畢業於浙江大學光電專業，碩士、博士及博士後階段在劍橋大學先進光電中心進行全息、AR、3D顯示方向的研究。CTO董道明博士曾任職於Apple及知名全息顯示公司VividQ，而首席科學家初大平教授則在光電顯示領域具有非常高的學術地位。

鄧遠博向VR陀螺表示，他求學生涯的早期，做的是VR/AR相關的研究項目，此前主要研究數字全息CGH技術，也參與過新型AR眼鏡的設計。博士後階段，也就是2017年，他把研究方向轉為了AR-HUD。

對於這一轉變，鄧遠博表示，當初研究AR眼鏡時市場處於一個相當早期的階段，哪怕從現階段來看也同樣如此。究其原因，是因為AR眼鏡還受限於體積、算力、光學、生態等多方面的問題。「相比之下，汽車近幾年開始朝著智能化以及消費屬性發展，而智能座艙也開始受到更多關注。在這其中，HUD產品形態相對固定，並且市場穩步上升，我們覺得會有一定機會。」

HUD市場正迎來高速發展期，目前很多調研機構都給出了同樣的看法。據共研網數據，2022年全球車載HUD系統市場銷量從2017年的397.7萬件增長到991.3萬件，預計2023年有望達到1270.6萬件。而根據東方證券測算，2025年中國HUD市場規模近200億元，5年復合增長率超過40%。

圖源：共研網

早在十多年前，寶馬、奧迪等部分高端車型已經開始使用W-HUD，但是當時產品體驗並不如人意，HUD投影畫面小，只能顯示簡單內容，並且在價格上，可能要花費上萬元選裝，性價比一般。

從2021年開始，市場開始由W-HUD加速向AR-HUD轉變。在技術原理上，AR-HUD與W-HUD均採用了基於自由曲面的離軸三反設計，不過，AR-HUD的FOV、VID等顯示指標要大得多。此外，它可結合AR相關技術，進一步提供輔助駕駛、巡航、行人預警等更加智能化的信息服務。

圖源：睿維視

鄧遠博指出，AR-HUD加速疊代期的出現，跟以下幾方面因素有關。一方面，伴隨著造車新勢力的湧入，乘用車市場競爭日趨激烈，這有利於加速HUD產品的疊代。此外，自動駕駛技術由L2向L3邁進，車機的算力、傳感器性能變得更為強悍，這為AR-HUD提供了良好的底層支持。

最後在價格方面，此前HUD市場多由海外的大陸集團、電裝等供應商把控，而隨著國內廠商的入局，它的價格進一步下探。「目前W-HUD和AR-HUD價格差距並不會很大，現在W-HUD價格基本在1K以內，而AR-HUD則根據具體的配置價格在1-3K左右。」

「以前國產車企多偏向於在其中高端車型上配備HUD，但如今的趨勢是車企會在中端車型選用W-HUD，而在高端車型上選用AR-HUD。不僅如此，我們已經能夠看到在20萬以內的部分車型上也已經裝配了AR-HUD。」

對睿維視而言，據鄧遠博透露，目前睿維視已經啟動了4個量產項目。在本次上海國際車展上，東風汽車展示了與睿維視合力打造的裸眼3D超大畫幅全屏顯示，受到了頗多關注與好評。

東風汽車智能座艙展示，圖源：東風汽車

大FOV、VID需要以體積為代價，光波導短期仍難以落地

從結構來看，車載HUD產品主要包含了光機（PGU）、放大光路以及擋風玻璃三部分，其中光機負責生成像源，放大光路用於放大圖像，並消除畸變，而擋風玻璃則用於反射畫面並解決重影等問題。

圖源：網絡

光機部分，鄧遠博表示它可以分為三代：第一代是TFT，該方案具有成本優勢且技術成熟；第二代包含LCoS、DLP、LBS等，它們互有優劣（見下圖）；第三代則是針對全息所做的功能性光機。

圖源：開源證券研究所

TFT方案是目前的主流，但它在量產的過程中需要解決陽光倒灌問題。目前HUD產品大多採用凹面鏡放大成像原理，在成像的同時外界的陽光會沿著HUD的光路反向匯聚到光機部分，導致內部溫度過高，甚至造成燒毀組件的風險。

「由於發光面跟陽光倒灌承接面在同一個地方，TFT面臨的陽光倒灌問題會相對比較嚴峻。而DLP與LCoS等方案則是先把畫面投射在擴散膜中，再進行二次放大，擴散膜可以承接陽光傳導過來的能量，使其無法到達光機，它們的陽光倒灌問題相對比較容易解決。」鄧遠博指出，目前解決TFT陽光倒灌問題的思路主要有以下幾種，一是在防塵蓋處進行偏光處理，此外還可以在自由曲面鏡鍍冷光膜，從而過濾陽光的紅外光部分；除此之外在光機以及傳動結構上的設計也可減弱陽光倒灌的影響。

放大光路部分，自由曲面鏡是目前主要解決方案，但隨著我們對於HUD大FOV、VID等指標的追求，體積問題開始日益凸顯。鄧遠博指出，FOV、VID與HUD模組體積近似成正比關係，如W-HUD的VID在2米左右，FOV 6°x2°，它的模組體積約為3-4L；而AR-HUD的VID達到7.5米，FOV 10°x3°，它的體積隨之飆升至10L以上。

HUD中反射式的自由曲面，圖源：睿維視

「由於汽車車身空間有限，很多汽車為了上HUD需要調整車身架構以給HUD做避讓，如調整風道、空調管道、支架等。一般而言，在電車上安裝HUD會更容易，因為電車相較油車整體結構相對簡單，預留的空間也更多。」

為了降低設備體積，目前不少HUD廠商瞄準了光波導等方案。通過將自由曲面鏡替換為光波導，可讓模組體積縮小至原來的五分之一至十分之一。不過這套方案仍不成熟。「想要達到理想的顯示效果，HUD的光波導鏡片需要做到較大的尺寸，比如300mmX150mm大小，它的光效、色散、工藝、成本，以及與光波導配套的PGU等很多問題還亟待解決。它離應用落地依舊時間較長，可能未來3-5年內暫時無法上車。」

而擋風玻璃部分，由於是不規則的自由曲面，正常投射的影像經過擋風玻璃反射後會形成畫面畸變，這時候就需要自由曲面鏡匹配汽車擋風玻璃面型以消除靜態畸變、動態畸變、雙眼視差等問題。

此外，由於HUD光機發出的光線在擋風玻璃的第一、第二表面上會發生兩次反射，而這兩次的反射光線不會完全重合，兩者以錯開的形式到達人眼，最終會導致重影效果。對於重影問題，常見方法是從擋風玻璃入手，通過改造內部PVB膜的形狀和厚度，將其改裝為楔形PVB膜，最終使得入射光線經過兩個表面形成的虛像重合，從而減輕重影對駕駛體驗的影響。

值得一提的是，目前睿維視開發了PV平行矢量無重影技術，該技術方案是從自由曲面鏡切入，通過調製光機的光路走向，從而無需楔形膜，在普通風擋上即可實現無重影，這在行業中屬於首創。

重影生成示意圖，圖源：睿維視

動態變焦數字全息或為終極方案，HUD組件標準化亟待提高

鄧遠博在對話中提到，目前多數AR-HUD只能顯示單一焦平面內容。在畫面需要與現實場景融合的情況下，只能通過「近大遠小」等心理暗示來呈現偽3D效果，畫面無法實現準確標定，並且無可避免會出現視覺輻輳調節衝突等問題，導致駕駛員的疲憊感。

為了提升觀看體驗，市面開始出現了雙焦面方案，即HUD會投射出兩個不同深度的焦平面，近焦面可用於顯示車速、行駛距離等信息，而遠焦面則可以補充車輛識別、導航指引等，這樣在使用場景上更為飽滿。目前市面上對於雙焦面的解決思路包含單光機雙光路、雙光機雙光路等。據悉，睿維視基於單光機單光路的多焦面產品ML(Multi-Layer) 3D AR-HUD產品也將很快推出，可定製化支持7個以及更多的焦面。

HUD顯示方案演進，圖源：睿維視

不過，無論是雙焦面還是多焦面，虛像融合全縱深現實場景的問題依舊無法得到根本性解決，未來，具備動態變焦能力的3D AR-HUD可視為完美的解決方案。睿維視團隊正在著手相關技術與產品的開發，其解決方案是數字全息技術(CGH)+LCoS相位調變技術，但鄧遠博指出，這套方案想要得到真正落地並不容易。

幾種技術方案對比，圖源：睿維視

「目前已經有demo，但距離量產還需要解決一系列問題。比如全息投影在光源上需要使用雷射作為相干光，但是現在還沒有合適的能過車規的雷射。不僅如此，全息成像對於算法以及算力要求很高，並且還要匹配電路、相位調製器等一系列問題。」鄧遠博指出，該方案其實也適用於AR眼鏡，但是由於AR眼鏡屬於近眼顯示設備，體積限制會更為嚴重，它在AR眼鏡上面會面臨不同的挑戰。

在生態方面，鄧遠博認為，HUD的發展分為四個階段。早期的W-HUD，只能顯示速度、限速等簡單信息，而如今的AR-HUD可以進一步實現導航等，它們主要用於輔助駕駛的增強。未來，當汽車從L3發展到L4的時候，HUD更多會起到一個彙報功能，即把汽車行駛路線、道路預警、潛在風險等信息等提前顯示出來，賦予駕駛員一種安全感。當自動駕駛真正實現時，AR-HUD可以進一步作為智能座艙的交互中樞，提供觀影、餐廳評分等基於地理位置信息的AR體驗。

圖源：睿維視

對話的最後，鄧遠博還提到了目前HUD的標準化問題，這是制約它大規模發展的重要一環。「目前HUD仍偏定製化產品，其組件的標準化率可能低於30%。」如果拆開來看，目前除光機、馬達等少數部件外，其他都需要專門定製，如自由曲面鏡需要考慮到擋風玻璃、體積等因素對不同車型進行單獨適配，而隨著光路的調整，HUD的結構底殼、遮光罩、上蓋、PVB膜等都需要進行相對應的調整或開模。

「任何一個東西想要得到大規模運用，標準化是一定要解決的問題。定製化器件會受到很多因素的制約，比如溝通成本、時間成本等。」鄧遠博指出，團隊希望在未來進一步把HUD產品的標準化率提升至80%以上。

結語

「在行業中，一個很普遍的模式是在國外HUD產品的基礎之上做相應的國產替代，以打造更具性價比的版本。雖然這樣也能創造價值，但最終的結果是產品創新力不足，同質化嚴重，最終陷入價格內卷。睿維視希望能從光學、算法等領域堅持底層創新，為行業帶來不一樣的產品和價值。」鄧遠博表示。

目前AR-HUD正在處於技術的「攻堅戰」當中，光波導、多焦面、全息......AR-HUD將在發展中進一步革新汽車的第三空間，並重新定義我們未來的生活方式。