车载抬头显示技术的发展

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（广东科技学院，广东 东莞 523083）

【摘要】

随着社会的不断发展，汽车、火车、飞机等交通工具的不断普及，人们对交通安全的关注不断加深。驾驶员驾驶汽车时，80％信息的获取都是通过视觉获取的，因此相关视觉的汽车安全技术乃是汽车安全研究的重中之重。

本文介绍的是抬头显示系统HUD，它作为一项视觉辅助安全驾驶技术，近几年来获得国内外汽车业界的广泛关注。

【关键词】

抬头显示系统；HUD；安全技术

随着社会的不断发展，汽车已经成为人们日常生活不可或缺的交通工具，随之而来的交通安全问题越来越引起人们的注意，交通事故已经成为当今社会人民生命财产的第一杀手。因此，汽车安全成为未来汽车发展的一个主要方向。车载抬头显示器系统是一种汽车辅助视觉安全驾驶系统，将驾驶时驾驶员需要的一些重要信息通过此系统投影到汽车前风窗玻璃上，投影光线经过反射射入驾驶员眼睛，使驾驶员看到悬浮在发动机盖上方的虚像。这样，驾驶员不需要低头查看仪表板，眼睛始终注视前视野，不会存在因低头而产生的视觉盲区。

HUD（Head Up Display）抬头显示器系统又称平视显示系统，最初作为飞行员辅助驾驶的显示系统出现在上世纪60年代的战斗机上。这种飞行员辅助驾驶显示系统可以将飞行员驾驶时所需要的飞机状况及外部重要信息如飞机飞行参数、瞄准攻击等信息通过投影单元投射到飞行员前方的组合玻璃或飞行员头盔等显示装置上，投影显示的图像主要以数字、标准图像、指示标志等内容为主。飞行员透过组合玻璃观察飞机前方驾驶环境时，不用调节眼睛的焦距就可以随时看到投影单元投影出来的飞机飞行参数，这些字符、图像等信息与飞机前方景物叠加在一起并以此为背景。因此飞行员可以很方便的观察飞机飞行的实时信息，而且日光照射对投影显示的可视度影响很小。

目前汽车上的车况信息显示装置主要有抬头显示器（HUD）和低头显示器（HDD）。低头显示器（Head―Down Display）其设计和在汽车上的应用比较成熟，一般用在车载GPS导航系统或车载多媒体系统，显示车况信息的仪表在某种程度上也属于低头显示器。抬头显示器（Head．Up Display），其设计和在汽车上的推广应用远没有低头显示器（HDD）成熟，尚处于开发、推广、完善阶段，不过在期望的未来，抬头显示器一定会占据车载显示的主流地位。

此外，仪表盘的形状、信息显示亮度、仪表颜色、显示内容理解难易程度、驾驶员心理、生理等因素都会对驾驶员的视认时间产生影响。据统计资料显示，驾驶员视线从前视野转移到目标仪表读取信息然后视线重新转移到自订视野这一过程需要4s～7s左右，在这一过程中驾驶员会有3s～5s左右的时间是低头查看仪表盘的。这段低头的时间属于驾驶盲区时间，非常危险。据统计资料显示：道路交通事故中约有20％左右与这段驾驶盲区时间有关。

在行车过程中，尤其是高速行驶时，3S~5s的驾驶盲区时间是非常危险的。例如一辆时速lOOkm／h的汽车，3s～5s驾驶盲区时间汽车行驶距离再加上紧急制动距离大约200m，因此，缩短驾驶盲区时问显得尤为重要。抬头显示器系统可以使驾驶员不需在汽车行驶过程中低头查看仪表盘获取汽车行驶状念信息。这样就不会产生驾驶盲区时问，使得驾驶尤其是高速驾驶和夜间驾驶更加安全，因此研究抬头显示器系统具有重要的安全意义。

研究抬头显示器系统的另外一个重要的原因是一个成熟的抬头显示器系统对汽车的智能化和轻量化具有重要的意义。随着智能交通的快速发展，汽车的智能化成为今后的主流方向，而基于节能环保和提高汽车动力性能的汽车轻量化也一直是汽车界关注的焦点。抬头显示器系统的出现给汽车智能化和轻量化提供了一个崭新的思路。

车载抬头显示器系统作为汽车显示仪表的发展在美国、欧洲、日本等地正在如火如荼的开展，在这些国家的很多车型都装配了抬头显示器系统。早期的抬头显示器得到了很好的改进，尤其这些年的发展更加迅速。从起初的阴极射线管到真空荧光显示到液晶显示，发光二极管到当日订最新的激光投影显示，投影亮度、对比度等性能得到飞速的发展。抬头显示器系统作为路线指引系统，现在正作为汽车路线指引系统在伦敦和柏林使用。这些系统基本采用液晶显示器件作为发光源加上语音警告设备。

抬头显示器系统只需要仪表的技术束实现他的功能，在城市驾驶的驾驶员也会从此系统获得很大的益处。用于导航或相关功能的更加复杂的抬头显示器系统是普罗米修斯这项工程的研究课题，旨在提高交通安全和效率，一系列相关导航、防碰撞、视觉增强等在此变成现实。

在夜间或者视线较差的地方使用的视觉增强辅助驾驶系统的发展随着类似系统在航空领域的良好发展而得到飞速的发展。普罗米修斯计划中一项主要研究工作就是论证加入导航设备和红外摄像头用于视觉增强的可行性。此外，在背景环境对抬头显示器系统易读性的影响，抬头显示器系统投影视差对驾驶员的影响，结合汽车人机工程学的抬头显示器系统投影信息界面的样式、颜色、对比度、亮度、投影虚像距离等的选择，投影虚像俯仰角及其位置的影响，视觉增强抬头显示器系统，投影单元发光源，全息投影等方面，国外汽车界对这些问题都进行了深入的研究。