新一代奔馳S級搭載AR-HUD，全息投影技術強勢回歸

中國投影網投影機資訊　智車行家　2020-8-14 9:36:12　編輯：落玥　[ 大中小 ]

引言：

據悉，2020 年 86 款新車共 17 款裝配 HUD，滲透率達 19.77%。其中有 13 款為SUV，另有 1 款轎車、3 款 MPV 配置 HUD。

近兩年出現了AR（增強現實）新技術，讓汽車HUD技術如虎添翼。與傳統的HUD相比，AR-HUD顯示的范圍更大，距離更遠，前者只是投射并顯示信息，后者則需要和輔助駕駛系統深度整合，以實現更高級的效果和功能，更滿足用戶的真正需求。AR-HUD 是行業發展核心趨勢，基于核心鍍膜工藝，價值量較高，目前大眾 MEB ID.3、奔馳 S、奇瑞高端車型應用 AR-HUD。

國內HUD市場規模在2020年進入快速增長期核心因素在于：

1）WHUD成像鏡成本下降帶動滲透率上升，自主品牌為重要突破口。HUD國內裝機率較低的瓶頸原因在于汽車前擋風玻璃（HUD成像專用）成本難以控制，隨相應技術突破專利到期，量產規模擴大帶動前擋風玻璃成本下將超1000元，低端車型尤其是自主品牌搭載率迅速上升，HUD市場規模擴張進入窗口期。

2）AR技術發展及ADAS普及助力產銷規模擴大，乘用車整體配置成為趨勢。隨智能化發展，ADAS輔助駕駛成為未來趨勢，高安全標準提高HUD裝配必要性。未來HUD將有望普及至包括豪華、合資及自主在內的所有主流乘用車。

3）ARHUD替代WHUD，帶來更高單車價值量。ARHUD適配ADAS功能，提供更全面信息顯示。

1. 未來HUD或將過渡到AR-HUD

新的技術進步（包括更廣的視角(FOV)、增強現實技術、更高的對比度和更高的分辨率）將會使HUD的使用體驗有更大幅度的提升。未來HUD技術將加深與輔助駕駛系統的融合，成為自動駕駛中重要技術組成部分。

HUD 將會與汽車系統相結合以顯示更多的信息，包括車外的天氣狀況、車載自動診斷（OBD）信息、目的地搜索以及 app 服務內容。

與傳統的HUD相比，AR-HUD顯示的范圍更大，距離更遠，前者只是投射并顯示信息，后者則需要和輔助駕駛系統深度整合，以實現更高級的效果和功能，更滿足用戶的真正需求。

具體而言，通過與LDW車道偏離報警系統以及ACC自適應巡航等輔助駕駛系統結合，AR-HUD會將報警信息以虛擬圖像的方式呈遞給駕駛員。所以，AR-HUD也是自動駕駛應用初期的一種必備技術，在未來的自動駕駛方面會被廣泛應用。

目前，主流汽車零部件企業都在加大AR-HUD的技術投入和商業化落地

包括大陸集團、哈曼、LG、松下、偉世通、華陽集團和Wayray等都曾在這項技術上展示過自己的產品。2018年百度世界大會現場，搭載AR-HUD的起亞汽車為觀眾和媒體提供試乘，并獲得了大量好評。

小度車載OS的AR-HUD將百度AR技術和HUD技術完美融合，打造出了“1+1＞2”的導航體驗。AR-HUD中的車道線完美貼合實景路面，當車道出現偏離時能夠實時預警。

當前方出現車輛時，AR-HUD也會安全呈現，不遮擋視線。同時，小度車載OS搭載的AR-HUD依托百度高精度定位、權威地圖信息、大數據和AI技術的加持、以及百度地圖超過5億的用戶出行大數據，能夠實現精準的導航定位。按照目前全球各大零部件企業和主機廠的車型規劃，搭載初級AR技術的HUD抬頭顯示玻璃有望在2020年進入真正前裝量產元年。

售價方面，搭載大屏AR-HUD科技的玻璃價格不菲。HUD的技術儲備相對成熟，在近幾年的CES展上可以看到AR HUD的展示，因為成本控制原因以及實際應用場景等問題，很多汽車廠商還都處于保留或觀望態度。

2. 新一代奔馳S級和大眾ID.3也將搭載AR HUD

真正安全且不會疲勞的HUD必須是寬視角，VID超過5米的AR-HUD，基于核心鍍膜工藝，價值量較高，只有AR-HUD才具備實用價值。目前大眾 MEB ID.3、奔馳 S、奇瑞高端車型應用 AR-HUD。

有海外媒體曝光了全新一代奔馳S級的預告視頻，展示了視覺效果非常酷的增強現實平視顯示器（AR-HUD），這是全液晶儀表盤之外的有趣顯示界面。

從預告視頻來看，全新奔馳S級的車機系統生成的時速、導航等重要的行車信息，投影到駕駛員前面的擋風玻璃上，讓駕駛員盡量做到不低頭、不轉頭就能看到時速、導航等重要的駕駛信息。

我們還能看到箭頭圖像標注拐彎方向提示，并且浮動方格旗將懸停在您標記為目的地。這臺AR-HUD系統，可以輔助顯示前方十米遠的距離，配合該車搭載的駕駛輔助系統和導航信息，能夠為駕駛員減少行車中的信息干擾。

與中控屏和3D儀表盤緊密結合功能，它能夠帶來更加真實、直觀的駕駛和導航體驗，而且隨著技術的升級，整個77英寸大的前擋風玻璃都可以成為“AR增強現實HUD”的用武之地。

據了解，AR-HUD形成圖像的組成單元由1.3毫米的高分辨率矩陣組成。另外，獨立反射鏡和高效的光源與電影院的投影機是同樣的技術原理。

奔馳官方將于8月12日重點展示全新S級的豪華內飾，隨后在9月2日正式發布。

據悉，還未國內上市的大眾ID.3也將搭載AR HUD。ID.3的AR HUD除了可以顯示基礎信息包括車速、主動安全功能以及導航信息等之外，在設置導航后還有路徑指引輔助線，并且在轉彎時也有提示。另外，當到達導航設置目的地時，在AR HUD上也會有圖標顯示。在打開ACC自適應巡航功能后，它也會自動標注出前車。

ID.3作為大眾全新電動車戰略的首款車型，成為首次應用該技術的量產車。新車預計將在今年下半年正式上市， AR HUD功能將很有可能作為選裝配置出現。

售價方面，根據歐洲首發版本提供了三個型號ID.3 1ST、ID.3 1ST Plus和ID.3 1ST Max的售價依次為37350、43650和47950歐元，依據最新匯率折合人民幣分別約29.8、34.88、38.31萬元。

3. 全息投影技術助推AR-HUD導航上路

伴隨行業發展，AR增強現實被視為下一代計算交互平臺,下一個三十年的科技文明,備受全球矚目,而AR光學是其中最基礎最核心的部件,整個硬件系統都圍繞的AR光學展開,全息衍射光學被認為是AR光學的未來。

由于傳統儀表在調節時間，下看角度方面表現最差，容易導致眼睛疲勞，AR HUD各項性能都是最佳，但缺點是體積最大，典型AR HUD體積8-15升，而IP HOE HUD體積只有1升，通過光波導技術有助于縮小AR HUD的體積。

圖片來源：佐思汽車研究

HOE即全息膜技術有一個獨特之處，可以將整個擋風玻璃做投影屏，傳統的需要多次反射或光波導，HOE可以像投影機那樣直接投影，這稱之為IP（In Plane），這種方法有助于進一步縮小AR HUD體積，顯示更多內容，更廣視角。

全息光波導（Holographicwaveguide）則是使用全息光學元件（HOE）實現虛擬圖像的引導，全息光學元件是通過雙光束激光全息曝光的方式，直接在微米級光聚合物薄膜內干涉形成納米級的光柵結構，因此在工藝上，全息光波導更加高效，成本較其他光波導技術也具有明顯優勢。

另外值得一說的是，AR顯示要盡可能的保證外界真實場景的特征，例如外景的清晰度，畸變，以及亮度不受波導的影響，在這一點上，全息光波導由于HOE的高透明，高衍射效率特點，較陣列波導具有明顯優勢，且不易產生鬼像。

伴隨行業發展，HOE技術也逐漸得到突破應用，目前國內做的比較好的比如三極光電科技(蘇州)有限公司在HOE以及全息光波導研發制造技術擁有數十年的經驗,具有極雄厚的研發工藝沉淀。并在今年的7月底成功達到7K級的量產規模。

談到三極光電科技對核心工藝上的布局，CEO袁俊旗說，全息光波導和陣列光波導以及其他技術方案的光學模組比較，優勢很明顯，但是技術瓶頸也更多，主要有模擬設計，材料，以及工藝制備這三個方面。市面上的現有的光學軟件，例如Zemax，Code V以及一些非序列的設計軟件LightTools，Optisworks對于幾何光學都能很好的勝任。

但是其無法很好的對全息衍射波導進行有效的模擬，因為里面有很多次的光線折轉，因此我們公司編寫了相應的光學追跡程序，適合于波導的特點，用于二維全息光波導的光線模擬和效率優化，國際上的全息光波導大公司也都是如此，例如英國BAE，美國DigiLens。

材料主要是指HOE中的感光材料，對于全息光波導，需要其制造前后的低收縮比，高效率以及高均勻性，目前我們使用的材料已經相當穩定，已經大量用于全息波導的加工。

工藝方面，如前所述，更多的是需要全息技術的制造光路以及曝光經驗，它和使用的材料非常相關，而且它絕對是核心技術之一，我們能夠制造出二維全息光波導，已經在這方面領先其他研究單位。

三極光電全息光波導光線追跡

全息光波導正是采用全息技術，因而其綜合性能還有很大的提升空間，如視場角、色彩、運動盒、適眼距等關鍵指數，可以隨著材料的特性、制造光路的升級、工藝技術制備等大幅度改進而得以提升，在不增加系統復雜度的條件下，這點和其他顯示方案例如自由曲面，棱鏡以及陣列波導有著無與倫比的優勢。

DigiLens正在研發的波導模組，表明其可提供雙眼150度的視場角，事實上利用全息技術的優勢，目前我們也在彩色和視場角領域發力，且已經研發出雙色的全息波導，顯示的虛擬圖像更加真實。

此外，全息光波導作為核心元件，除了頭戴顯示，飛機以及汽車的平顯也是一個重要的應用領域，當前也正在與國內一些單位合作開展了全息波導抬頭顯示器的預研工作（HUD）。

三極光電光瞳擴展全息光波導

三極光電目前已經率先研制出一維波導、二維擴瞳全息波、彩色全息波導、85度超大視場角視網膜投影HOE、超大面積全息波導等產品,成像清晰,處于國內全息光波導領先地位,綜合性能超過某些國際知名公司。

三極光電科技體全息光波導成像圖

三極光電CEO袁俊旗也將出席2020汽車抬頭顯示HUD前瞻技術展示交流會并進行主題演講：《全球光波導技術路徑及AR-HUD上的可行的量產性光波導方案優劣》

另外據《EE Times》報道成立于2009年的蘇格蘭新創公司Ceres Holographics開發了一種數字后期制作(digital mastering)技術，并聲稱搭配其全像光學組件(Holographic Optical Elements；HOE)，可望成為汽車OEM和Tier-1實現1980年代以來夢寐以求的HUD設計關鍵。

在全息投影創新方面，Ceres之所以不同于競爭對手之處有二。首先是其多年在優化無毒全像薄膜材料方面的經驗，其次則是Ceres在數字后制打印技術方面的創新。

Ceres打算分兩階段將其HOE技術推廣到兩種不同的產品應用。首先是基于簡單投影機的“透明顯示”(Transparent Display；TD)；其次則將會是支持先進投影機的“擴增實境”抬頭顯示(AR-HUD)應用。對于這兩種產品，Travers告訴《EE Times》，已經有OEM和Tier-1廠商對其技術進行測試中，其中有些已在最終測試階段了。Travers預計采用TD技術的車型將在2022或2023年開始生產，而在那之后的一年則將投產搭載AR-HUD技術的車輛。

Travers指出，全息投影的另一個重要方面是其“實際捕捉光作用”的能力。他說：“您可以制作一個鏡頭或鏡像的全息投影，然后基本上就可以在非常薄的全像薄膜上捕捉該光學功能。”這是Ceres賦予其全像光學組件的功能。該公司開發了一種方法來捕捉光學功能，再以數字后制到全像薄膜上。

材料創新

讓我們從全像薄膜材料開始談起。

Ceres開發的許多HOE都利用了最初由InPhase Technologies開發的新型無毒光敏聚合物薄膜材料。InPhase Technologies在2000年從Bell Labs分拆而出，致力于開發全息投影數據儲存解決方案。

數字后制技術創新

除了全像薄膜材料，Ceres還發明數字后制打印技術，從而使其脫穎而出。
Bouhamri說：“我們相信[Ceres]是目前唯一使用數字方式復制全息投影而進行生產的，而且他們也自行制造設備。這可能讓他們比競爭對手更具優勢�！�

那么，什么是“數字后制”(digital mastering)？Ceres稱此過程為“后期制作”(mastering)，因為它有點像是錄音。在錄音時，樂器或聲帶產生的振動會被加以編碼，以便日后可在無需原始振動源的情況下重制。全像技術也是一種能夠記錄光場且可在隨后沒有原始光場的情況下進行重建。

在開發數字控制的后制過程中，Ceres為其基于Bayfol HX光敏聚合物的全像打印機進行了優化，Ceres自2009年起開始使用，并對其進行表征和優化。

Ceres的數字后制打印機可以產生大幅的全息投影，其中由許多250mm2的全息投影“畫素”組成。Travers提醒說，和電視畫素不同的是，這里的每個畫素都是“可編程的”，以便可在RGB中產生任意光場。同樣地，參考光束的角度也是可編程的。透過此后制過程，Ceres可以數字化指定和編程任意光功能(例如不同類型的鏡像和透鏡)，使其成為軟性薄膜。

有了這些進步，Bouhamri認為，全息投影不再是一種難以捉摸的技術。他說，過去幾年已經建立了“一條足以讓人可大量制造的道路”。

Bouhamri指出，“大規模制造能力”正是全息投影技術用于AR和HUD的主要問題。但是，由于“全像領域業界長期不懈地努力”，他預期全像元素很快就能設計成幾種商用化產品。

未來的挑戰

Ceres已經開發了一套基于DSP的LED展示系統，其中就使用了該公司的平面全像光學組件。