AR-HUD成像参数测量技术现状分析

2024年1月18日发(作者：买车网站哪个好排名)

AR-HUD 成像参数测量技术现状分析

摘要：AR-HUD是汽车增强现实抬头显示产品，它源自航空机载平显，利用挡风玻璃成像，将车速等仪表信息，AR导航信息投影在驾驶员前方并融合外景叠加显示，避免频繁低头看仪表，提升驾驶态势感知。随着汽车智能网联、智能座舱的发展，AR-HUD已成为汽车驾驶“第一屏”。本文对影响成像的参数也进行了探讨，最后围绕呈现参数的测量技术现状加以分析，旨在借此进一步为车辆行驶安全性提升起到帮助。

关键词：抬头显示系统；成像参数；测量技术

引言：随着智能驾驶技术的不断更新迭代，驾驶员在驾驶汽车时要求完成的判断和接收的提醒信息类型愈加繁多，且在移动社交功能如此发达的当今时代，驾驶员在驾驶车辆时所需面临的安全行车和信息焦虑矛盾日渐加大，导致交通事故层出不穷。此时，如何如何做好AR-HUD的检测工作变得愈发重要。

一、抬头显示系统分析

（一）系统结构与工作原理

本次研究中，AR-HUD的组成要如图1所示：

图1 AR-HUD组成与原理

（二）系统成像参数

AR-HUD的光学评价参数包括亮度、亮度均匀度、对比度、视场、下视角、左视角、虚像距离、眼盒、倾斜、重影、畸变、MTF、AR叠加准确度、显示时延等。AR-HUD的检测工作，目的是考核AR-HUD的设计、制造是否满足需要

抬头显示系统在本质上，属于一类显示设备，当对其进行显示参数评价时，常规的参数主要包括分辨率、亮度。均匀、色度等，同时需将相对于驾驶员而言的成像距离、眼动范围、下视角、有无重影、图像畸变等参考作为重点测试内容。综合来讲，围绕抬头显示系统运行所开展的测量工作，主要是为了提升反馈至驾驶员眼中虚拟图像的可识别性和投射精准度。换言之，测量重点集中在图像的显示效果和定位两方面，此外需注意，测量工作中还需考量驾驶车辆外界的环境光线变化因素。

二、抬头显示系统成像参数测量技术现状分析

（一）主观体验判断

由于抬头显示系统是人机交互产品，因此通过人的主观体验来进行抬头显示产品的合格性判断是有意义的。

检测工作人员需要试乘试驾车辆，观察抬头显示系统的亮度、视场、成像距离、倾斜、畸变、清晰度等情况。主观体验就可得出结果，无需经过计算完成。此种检测方法虽然比较便捷，但是也存在一定的不足之处，即无法得出量化数据，继而无法开展后续的精确、重复检测工作。因此需结合机器测量，才能获得客观的评价、检测结论。

主观体验判断在HUD产品开发阶段很有必要，它不仅可以快速的发现缺陷，同时在人机心理学、人机工程学方面可以更好地改善HUD的用户体验。，主观体验判断在某些主机厂车型如大众ID3、长城WEY摩卡中用于AR-HUD的装车出厂检测

（二）成像光学系统检测技术

针对抬头显示光学系统的测量问题，美国机动车工程师协会( Society of

Automotive Engineers，SAE) 在2018 年11 月出台了SAE J1757－2 标准，参考了SAE J1757－1( 车载显示器标准测量方法) 和ISO 15008( 道路车辆—运输信息和控制系统的人体工程学方面—车载视觉呈现的规范和测试程序) 等标准，为车载抬头显示的测量提供光学测量结构和方法，确定不同照明环境条件下抬头显示系统的光学性能［2］。

由于AR-HUD成虚像，因此需使用相机对虚像进行拍照成像测量。如图2所示。

图2 成像光学系统检测原理

对于虚像距离的测量，目前存在两种方式：

1）自动对焦测试虚像距离

首先设定一个表征图像清晰度的目标评价函数。使用测试相机拍摄AR-HUD虚像画面，获取相机对焦距离，再由镜头自动调节焦距，求取不同焦距下的清晰度指标。根据清晰度目标评价函数，选择清晰度最优的焦距值。根据相机内部参数将焦距转换为虚像距离测量值。但由于AR-HUD成像距离在7.5m~13m范围，相机在拍摄10米左右距离时景深较大，因此对焦存在误差，造成这种方式测量的虚像距离存在误差。

2）双目视觉测量。

虚像距离的含义可由图3表征，左眼和右眼分别观察同一个图像点会形成双目角度差，人眼根据角度差感受成像距离。

图 虚像距离示意

根据三角函数关系，有

可得

其中，D为虚像距离，单位为m；d为双目瞳距，其值为65mm；θ为双目角度差，单位为mrad，其中1mrad=3.44′。

针对VID=10m,意味着θ=0.0065rad=6.5mrad

使用双目相机，两个镜头分别置于HUD眼盒内的左眼位置和右眼位置，测量出角度差θ，根据上述公式，计算求取虚像距离D

由于AR-HUD的光路特性导致左眼和右眼分别观察到同一个图像点的光路是不一样的，因此这种测量方式也存在测量误差。

三、AR-HUD成像参数测量技术发展前景

随着汽车AR-HUD的蓬勃发展，其测量技术日益迫切。针对抬头显示光学系统的测量问题，美国机动车工程师协会( Society of Automotive Engineers，SAE) 在2018 年11 月出台了SAE J1757－2 标准，参考了SAE J1757－1( 车载显示器标准测量方法) 和ISO 15008( 道路车辆—运输信息和控制系统的人体工程学方面—车载视觉呈现的规范和测试程序) 等标准，为车载抬头显示的测量提供光学测量结构和方法，确定不同照明环境条件下抬头显示系统的光学性能［2］。SAE J1757－2为国内HUD产品的测试提供了基本参考，但未明确指标检

测方法、算法。目前检测的技术方案也比较多，且不同的测试设备，其应用操作，测试算法也存在较大差异。因此，AR-HUD的光学指标检测仍旧面临较多亟待解决的问题，如检测算法不统一，检测精度有待提高，检测项不完备等。

目前国内HUD 的显示质量评估标准处于缺失状态，急需出台相关标准、明确测量指标。未来AR－HUD 将具有更大的视场和更远的成像距离，能实现更多种类信息的显示，则更需要对其显示效果进行评估，确保其投影图像的准确性。标准化的测量方法有助于客观评价AR－HUD 性能，明确的标准和参数有助于完善HUD的相关研究，从而提高HUD 的显示质量。搭载AR-HUD的车辆才能更具安全性，才能给用户带来更好的驾驶体验。

参考文献：

[1] SAEJ1757-2PARK M W，JUNG S K． A projector－based full

windshield

HUD simulator to evaluate the visualization methods［C］/ /

Ubiquitous and Future Networks ( ICUFN) ，2014 Sixth International

Conf on IEEE，2014: 509－510．

［2］ SAE J1757－2． Standard － Optical System HUD for Automotive

［3］沈春明，侯丽敏，许超，等． 车载平视显示器光学检测技术的发展及趋势［J］． 照明工程学报， 2018， 29( 05) : 64－67+93．

［4］王东平． 车载抬头显示系统的研究［D］． 南京: 南京邮电大学，

2015．

［5］ 崔巍，赵海龙．车载抬头显示器标定及测试研究［J］．汽车实用技术， 2019， 07: 44－45+56．