AR HUD - 乘載著更寬闊的視野

AR HUD的新思維

車用電子技術，隨著各種科技議題不斷的向前進，這其中也包含了HUD(Head Up Display)，從Windshield Reflection Type HUD、Combiner Type HUD到AR HUD。

AR HUD的出現，為車用電子的HUD領域，增添更多亮點。HUD的中心主軸 – 為駕駛顯示車駕訊息，Windshield Reflection Type HUD的顯示內容既傳統又簡單，Combiner Type HUD雖然略有改善，但顯示範圍受限許多，AR HUD比起前面兩者，擁有更大的顯示範圍、更遠的顯示距離、更豐富的顯示色彩、更突出的解析度，最重要的是AR HUD實現了擴增實境的效果(AR)，讓HUD的中心主軸 – 為駕駛顯示車駕訊息，向上提升了一個維度。

AR HUD之前的HUD，顯示的訊息可能包含了行駛速度、電瓶電壓、水箱水溫、引擎轉速、汽車油耗…等，實質意義上為現有螢幕訊息的延伸螢幕，例如儀表板、車用主機導航，但是擴增實境的實現，除了原有的訊息更直觀之外，更增添了AR HUD的專屬訊息，例如：車道轉彎路徑、導航實體路徑、前方車輛距離提示…等。

AR HUD的出現，也讓人機互動提升了一個層次。HUD的出現，是為了解決低頭看儀表板所造成的安全問題，但隨著車輛搭載著越來越多的車用電子科技，儀表板上的訊息量也爆炸般的提升，但HUD有限的顯示範圍，難以滿足大多訊息的投射，即使滿足了，過多訊息顯示所造成的遮蔽，對於車駕的安全，也會造帶來額外的疑慮。此時，AR HUD所帶來的擴增實境，為車輛與外界提供了全新的互動窗口，讓訊息顯示從延伸到獨特，提供了全新的人機互動思維。
 

AR HUD的寬闊視野

AR HUD能夠實現擴增實境，很重要的因素，來自於AR HUD比起其他HUD，擁有著更寬闊的視野才得以實現，要達到該效能，就要從HUD的VID(Virtual Image Distance)和FOV（Field of Vision）這兩個技術指標說起。

VID(Virtual Image Distance)，人眼到虛像的距離；FOV（Field of Vision），以人眼為出發點，虛像所能呈現的角度。


引述自德州儀器，上圖中，紅色為傳統HUD的VID及FOV，可以看到比起AR HUD，不僅虛像距離近，虛像範圍也窄了許多。

這造成了兩個影響，首先，虛像距離近，不一定可以媒合駕駛的車駕視線，駕駛在開車時，看出去的距離，大部分都超過傳統HUD的2.5公尺，但傳統HUD的虛像距離約為2.5公尺，形成了駕駛閱讀HUD上的訊息時，眼球需要變焦至較短的狀態，也為車駕安全帶來了額外的疑慮，時間長了也會增加眼睛的疲勞；其次，過窄的虛像範圍，可以容納的訊息量受限，也無法與周遭寬闊的實景進行互動，進行AR導航。

一般來說，AR HUD希望可以達到VID距離10米，FOV角度10度，而理想為VID距離20米，FOV角度20度。
 

AR HUD的技術難題 – 重疊影像

因為光投射到擋風玻璃上的特性，HUD有著重疊影像的共同問題，這個問題降低了使用者體驗，也容易讓駕駛感到眼睛疲勞與頭暈。

傳統的Windshield Reflection Type HUD透過貼上一塊黑色透明膜解決；Combiner Type HUD以有曲度的combiner，解決了重疊影像，缺點是虛像範圍也受限於顯示螢幕當中。

AR HUD透過擋風玻璃與VID這兩種方式，解決重疊影像的問題：

擋風玻璃：
先來說明為何HUD的訊息投射到擋風玻璃上會有重疊影像，如下圖左方可以看到，當HUD的虛像投射到擋風玻璃上，因為擋風玻璃有一定的厚度與弧度，光反射進去人眼時，就會產生兩個重疊影像，導致虛像模糊等問題。

解決方式如下圖右方，當改變擋風玻璃中間的PVB膜，就能有效的讓光反射進人眼時集中在一起，讓駕駛看到更清晰的虛像。


為了HUD特製的擋風玻璃，一般稱之為楔形玻璃，雖然可以有效的解決重疊影像的問題，也拉高了不少成本。

VID：
當VID距離足夠，因為虛像的距離夠遠，人眼幾乎感受不到重影，因此不再需要楔形玻璃，節省了成本，但VID距離拉長，也會有虛像變形、解析度低的問題，需要在光路上做更多的應用才能解決，提高了技術的門檻。
 

AR HUD的技術難題 – 體積龐大

AR HUD要達到遠距離的VID以及寬角度的FOV，在光路設計上，需要大幅地的調整，整體設計如下圖，首先由light source with display產生影像，投入往fold mirror做第一次反射，之後在rotable mirror做第二次反射，接著光從glare trap中透出來，在擋風玻璃上進行第三次反射，最終進入駕駛人的眼睛當中。



因為AR HUD需要透過層層的光路反射設計，才能擁有優質的VID及FOV屬性，因此AR HUD的體積也比Windshield Reflection Type HUD、Combiner Type HUD龐大許多。

AR HUD裝置於儀表板前方，因為體積龐大，在導入車型時會受限許多，中大型車款較容易導入，不然針對裝置區的零件，則需要特別的進行設計才有足夠的空間，但如果裝置區過於擁擠，對於散熱又是一個難題。

雖然大部分的AR HUD因為光路設計都有體積龐大的技術難題，但新一代的AR HUD，透過光路設計可達到體積輕薄化。




(UniMax的Flat type AR HUD，體積小、低耗電、無需使用楔形玻璃。)

Flat type AR HUD，新一代的AR HUD，別於過往AR HUD光路多次的反射設計，Flat type AR HUD導入先進的MAVE技術，使外光路可藉由穿透、反射，如百葉窗方式進行成像，無需大面板也能投射寬幅影像，體積較AR HUD至少可以降低30%以上，可以輕鬆導入大部分的車輛，但新型AR HUD技術門檻高，擁有該技術的廠商十分的稀少。


 

AR HUD的跨領域結合

前面提過，AR HUD擁有更遠的虛像距離與寬廣的虛像範圍，可以容納更多的訊息，提供新層次的人機互動。擁有此特性的AR HUD互動範圍，小至自身的身用電子周遭，大至聯網其他合作廠商，AR HUD較其他HUD，有著建立自身生態圈的優勢。


使用情境想像：
當AR HUD與BSD結合，當車輛要轉彎而BSD偵測到旁邊有車輛時，AR HUD可以在車道上模擬出車輛警示；當AR HUD聯網與周遭結合時，當駕駛提出停車、用餐、觀光導覽等需求時，AR HUD可即時標示出相關位置，同時搭配語音說明。

當AR HUD擁有更廣大的應用場景時，也將帶給人們更豐富的車駕體驗。