技术文章 ￨ HUD在车载显示中的应用

作者 丨 周莉

编辑 丨 Lemon

图源网络

HUD（Head Up display）,是汽车行驶安全中的一种视觉辅助安全系统，最初是运用在航空器上的飞行辅助仪器，目前被广泛运用在汽车上。

作为汽车的车载电子设备之一，HUD显示系统和航空器上的平视显示器的主要功能类似，它主要将车况、路况和外界环境等信息投射到汽车前方玻璃上，形成透明的图像，经过汽车前方玻璃对光的反射将这些投影信息反射到驾驶员的眼睛中。

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HUD 一般被设计在位于驾驶者中央视野经线下5度到 15 度的范围之间，因此将其用于显示与驾驶任务密切相关的车载信息是合理的。

在中央视野周围 15 度的边缘到 30 度的边缘是人眼探测外围信息效率次高的区域，也就是说虽然驾驶者的注意力不在这个范围以内，仍然能够较为敏感观察到周围环境的变化。

HUD 的出现，对缓解车载信息读取过程所造成的分心行为有很好的辅助作用，摆放位置更接近于驾驶者的平视视野，可以有效减少车载信息读取过程中视觉资源和动作资源的占用量。

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目前汽车内饰设计中存在四种常见的视觉交互界面提供给驾驶者车载信息，他们分别是:

1. 低头显示（Head Down Display，HDD）

2. 高中控板(Higher Center Stack，HCS)

3. 中控板(Center Stack，CS)

4. HUD

这四种视觉交互界面并不是所有车型都会配备，一般分为 HDD+HCS 与 HDD+CS 两种。

其中 HDD+HCS 为德系车型的配备方式，而HDD+CS 为美系汽车的配置方式。

HUD技术出现后，通常显示车速，车辆状况项目和一些警示信息等与驾驶过程密切相关的车载信息。

四种视觉交互界面的排布位置，HUD 的位置位于仪表盘之上，如下图显示。

图源文献2 车载视觉交互界面一般分布示意图

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融入AR（增强现实）的HUD能将计算机生成的虚拟对象与真实环境场景相融合，提供虚实结合的增强现实场景。

通过与汽车行车电脑、GPS 导航仪以及行车雷达的配合，在前档玻璃上镀膜，或者贴膜，来得到HUD需要的显示屏，以此来显示包含导航、车速等多样信息。

AR-HUD系统开始于对前方障碍物的识别，包括前方的车辆、行人、交通信号、车道等。进一步的，对系统识别的信息进行有效筛选，做出相应提示，并投影到前挡风玻璃上。

图源网络 车载HUD系统示意图

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HUD的原理类似于幻灯片投影。由汽车行车电脑、GPS 导航仪以及行车雷达等发出光信息，经过折反射后，投至“挡风玻璃”上，于是人眼可以看到位于眼前2-2.5米处的虚像，给人的感觉就是信息悬浮在前方路上。

图源网络 车载HUD系统示意图

日本 Pioneer 公司运用 AR 技术，研发了一款概念级的HUD产品，该HUD结合各类传感器，GPS 定位和计算机数字图形学等技术将道路的导航轨迹显示出来。

在这款产品和现有的 HUD 不同，界面位置移动到了驾驶者平视视野的上方。同时，该产品还通过 HCS 的视觉交互界面呈现地图信息，对导航信息进行补充说明，使驾驶者能够更为直观的获取导航信息。

图源网络 Pioneer 研发的概念级 HUD

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德国 BMW公司开发的 HUD是目前市面上最为先进的产品级 HUD。在该 HUD 主要显示导航信息，车速信息和一些警示信息等。

该款产品最优秀的方面在于能够真实还原道路样式。真实的道路环境是复杂的，有的路口会出现高架桥交叉，通道繁多的现象。一般的导航设备很难显示出具体的道路情况。当驾驶者行驶到这种路口时，很难判断哪一条车道才是通往目的地的。

图源文献2 BMW 研发的产品级 HUD

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目前市场上的HUD 产品分为汽车品牌自主研发型和配件加装型两种，由于HUD的界面设计没有统一的规范和表准，因此市面上出现了形式多种多样的HUD。

这些HUD的视觉交互界面设计存在着诸多问题：字体选择不恰当、图形不直观，辨识度低下、颜色或繁杂，或单一、信息需求不明确、界面排布不合理，车载信息位置缺乏研究。

例如：只有当图标辨识度高时，才能够起到使驾驶者通过扫视便能准确获取车载信息的作用。图形信息辨识度低下，不但不能良好传递信息，反而会引起误判，占用驾驶者更多的视觉资源和认知资源，造成严重的驾驶分心行为。

图源文献2 形形色色的HUD显示画面

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研究建议：HUD显示颜色、图标形状，不仅要起到区分信息的作用，还应当起到警示作用。

汽车中的各类视觉交互界面的设计多基于美学来考虑颜色的运用，同时，设计师采用不同的颜色对不同类型的车载信息加以区分，这种设计方法往往忽视了视觉交互界面的认知性。

同时，视觉交互界面传达的信息应当具有优先级次序，这些信息应当根据其类型进行排布和规划，这都需要在接下来的HUD技术研究中重点研究和解决。

参考：

1. https://www.headupdisplay.in//

2. 张国伟，华南理工大学，车载平视显示器ＨＵＤ视觉交互界面设计研究

3. 李卓，武汉理工大学汽车工程学院，基于AR-HUD的汽车驾驶辅助系统设计研究

4. Head-Up Displays (HUDs) Put the Essentials in Your Line ofSight—Progressive Auto Insurance Articles & Blogs. Progressive.com. 2008-07-29.