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AR-HUD賦予人車對話新形式

上網時間: 2015年08月10日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:抬頭顯示  AR-HUD  ADAS  二極體  PAA 

德國汽車元件供應商大陸集團(Continental)日前開發一款擴增實境抬頭顯示系統(AR-HUD),期望為駕駛人提供一種便於與車輛對話的全新形式。這種汽車抬頭顯示系統(HUD)透過光學投影裝置將內建路況資訊的繪圖影像精確地投射在外部顯示器上,延伸(擴增)了駕駛人所看到交通狀況,並進一步推動AR-HUD成為汽車內部的增強型人機介面(HMI)應用。

Continental的AR-HUD系統目前已經達到預生產的後期開發階段了。該公司以搭載該新系統的展示車顯示其可行性,同時也為後續的開發研究提供寶貴的經驗。Continental計畫在2017年完成AR-HUD的生產準備。


擴增實境抬頭顯示器系統架構圖。
(來源:Continental)

AR-HUD的光學系統讓駕駛人能夠看到擴增顯示的駕駛輔助系統狀況,以及直接在其視線(FOV)範圍顯示這些資訊的重要性。作為一種人機介面的新元件,這款預生產的AR-HUD目前已經密切整合了駕駛輔助系統的環境感測器、GPS資料、地圖素材以及車輛動態等資料了。

雷達感測器整合於前保險桿後方,而CMOS單攝影機(mono-camera)則整合在後視鏡底座。最先選用於搭配AR-HUD系統的先進駕駛輔助系統(ADAS)包括自動巡航控制系統(ACC)、來自導航系統的道路資訊,以及車道偏離警示(LDW)等應用。

如果其中一項駕駛輔助系統偵測到相關路況,AR-HUD顯示的虛擬繪圖資訊就能讓駕駛人意識到這一情況。除了直接提高行車安全性,這種新的對話形式也是自動駕駛的關鍵技術之一,並讓駕駛人更容易建立起對新駕駛功能的信任感。

Continental的AR-HUD可產生不同投影距離的兩個投影級,分別稱為‘近端’或‘狀態’級,以及‘遠端’或‘擴增’級。‘近端’的狀態級投射在駕駛人前方的引擎蓋終端位置,為駕駛人選擇性地顯示狀態資訊,例如當前車速、需遵守的禁止超車等距離限制和限速,或ACC設定等資訊。駕駛人只需降低約6°視角,就可看到這些資訊。狀態資訊的視線大小約為5°×1°(相當於210mm×42mm),投影距離為2.4m。


投影光學路徑原理圖
(來源:Continental)

它相當於‘傳統’HUD的虛擬影像,並以反射透鏡的光學和影像產生單元(PGU)為基礎。PGU是由薄膜電晶體(TFT)顯示器構成,其內容則使用LED背光。PGU整合於AR-HUD模組上部的緊密設計中,透鏡光學元件放大顯示內容以實現虛擬再現,這是由曲面鏡所實現的。Continental為AR-HUD採用精心打造的光學設計,讓不同投影距離產生兩個畫面。

擴增級當然就在AR-HUD扮演重要角色。它以7.5m的投影距離直接在駕駛人面前提供路況顯示符號的擴增再現,內容還可因應當時的交通狀況進行調整。遠端面顯示的內容則利用Continental新款影像產生單元提供。繪圖元素是由數位微鏡元件(DMD)以數位電影放映機的方式產生。PGU的核心是由幾十萬個微鏡矩陣構成的光學半導體結構,每一個微鏡都可單獨由靜電場偏置。

該微鏡矩陣由三色LED(RGB)按時間順序快速、連續且交錯點亮。透過帶濾色功能(分色鏡)的偏置鏡,產生平行方向的三色光視覺瞄準(collimation)。根據顏色的不同,這些特殊的微鏡可讓光線通過或反射光線。處理這三種顏色的所有微鏡被當前點亮的顏色同步偏置,因而透過鏡頭反射了入射光,並將這種顏色以個別畫素呈現在聚焦螢幕上。對所有三種顏色來說,這是同時發生的。人眼在聚焦螢幕上對這三種彩色畫面進行‘調和’,最終得到全彩畫面的視覺印象。

從聚焦螢幕前面來看,其後的光路與傳統HUD一致:利用第一個透鏡(折疊鏡),經由聚焦螢幕將影像反射到第二個更大的透鏡(AR-HUD鏡),然後再將影像反射到前方螢幕。用於該擴增功能的光學系統發射光面約為一張A4紙大小;這在擴增級的視線相當於10°×4.8°,換算成可直視的擴增視線約為130cm(寬)×63cm(高)。駕駛人只需稍微將其視線下調2.4°,就可看到該顯示面資訊。近端和遠端的影像產生單元可根據環境光亮度產生不同亮度的顯示資訊,其亮度可達到超過10,000燭光/平方公尺。因此,幾乎在所有環境光條件下,都可容易地看清顯示資訊。

Continental測試車搭載的AR-HUD——在不同投影距離產生兩個畫面的系統方法,具有顯著優勢。在大多數交通條件下,可同時在遠端和近端呈現內容,可讓所有相關的駕駛和狀態資訊顯示在駕駛人可直接觀看的視線內。

Continental為設計虛擬資訊進行了大量研發工作。經過多次設計研究和測試,該公司在研發AR-HUD時遵循「極簡設計」(less is more)原則,期望僅將最少的必要資訊呈現給駕駛人,以避免遮擋對實際路況的觀察。

未來,在系統預先收到事故資訊時,具有警示注意的符號將會提前地出現在駕駛人的視線中。一旦安裝了這種與駕駛人互動的AR-HUD新形式,HMI就有更多選擇性地主動向駕駛人提供具場景內容的前瞻性資訊。車輛和駕駛人就會開始「交談」,即便這是一場無聲的交流。





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