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Meta 和 MOFAD 让您在增强现实中参观 Ebony 测试厨房 虚拟现实技术知识点总结

HUD日渐成为汽车人机交互的重要组成部分。抬头显示(HUD)是一种光学器件,其工作原理与投影仪基本相同,将需要显示 的信息投影到驾驶员前方的透明介质上。HUD最早被应用在军用飞机上,随着技术的发展,HUD技术逐渐渗透至汽车产业。HUD 提高了驾驶安全性,缓解驾驶员疲劳,而随着AR技术的应用HUD也逐渐成为汽车人机交互的重要组成部分。

需求驱动下的车载HUD技术发展。HUD产品根据实现方式和产品形态不同大致可以分为三类:1)C-HUD 由于成像效果差、成像 尺寸有限且存在安全隐患,正逐步被淘汰;2)W-HUD 相比 C-HUD 在成像尺寸、成像质量等方面均有所提升,技术相对成熟, 是目前主流的HUD方案;3)AR-HUD利用了增强现实技术,极大扩展了HUD的使用场景,比如行车时可以将导航的道路信息显示 到HUD上,并融合周围实际的路况场景进行显示,也能结合ADAS功能,提供前向碰撞预警、车道偏离预警及交通标志线识别等 提示,及时预告路况和行人预警信息,此外还可将行车电脑中的车辆数据与道路实景有机结合,进行AR呈现。我们认为ARHUD的使用场景更加丰富,未来HUD将逐步由W-HUD向AR-HUD过渡。

AR-HUD将与智能网联技术深度融合,显示内容极大丰富。C-HUD 只是车辆仪表信息简单的图形和文本显示,W-HUD 则是简单 图形显示;AR-HUD 则是利用增强现实技术,与智能网联数据深度融合,实现虚拟图像与现实的叠加显示。而未来HOLO HUD结 合3D技术和AR显示,可实现内容更加丰富,形式更加生动的全视场显示。价格方面,根据未来黑科技创始人徐俊峰透露,目 前普通的W-HUD大概在1000元区间,2D AR-HUD可能达到2000-3000元。

长虚像距离和大视场角是AR-HUD发展重点。AR-HUD主要技术模式是将图像与现实事物拟合叠加,为实现深度融合,AR-HUD要 求在驾驶员前方至少7.5m处投射虚像。当VID>7.5m且FOV>10°,AR-HUD会输出更大的显示范围以及更丰富的显示信息。但 我们认为仅从光学参数的角度无法完全定义AR HUD,未来黑科技首席科学家吴慧军认为,AR增强现实的定义包括三个要素: (1)真实和虚拟物体形状、位置等关键要素被精确地感知和呈现;(2)真实和虚拟世界的完美融合;(3)实时交互。

软件的持续升级是AR-HUD发展的重要一环。相比于传统的W-HUD,AR-HUD需要整合摄像头、雷达、高精度地图等车辆获取的信 息,继而在前挡风玻璃上实现箭头导航、人像指引等功能,这就要求AR-HUD在获取图像后,在毫米级时间内生成图像,对软 件算法以及硬件要求均较高。此外AR-HUD需要保证实时渲染的稳定性,对软件算法及光学成像要求非常高。亿欧智库认为ARHUD软件升级主要在显示信息量、内容可读性以及人机交互性中体现。

TFT-LCD显示技术:TFT是LCD液晶显示的一种,指图像是由集成在LCD面板每个像素点背后的薄膜晶体管(TFT)驱动改变光源偏 振状态进行显示的。TFT-LCD抬头显示的原理是背光光源照亮LCD,并由TFT驱动像素点的光源偏振状态改变,呈现不同的明暗 度,然后通过RGB滤色片呈现彩色的图像。TFT-LCD是最常见且应用最广泛的抬头显示光机类型,具有技术成熟、成本低的优 点,但是同时也存在热管理难度大、亮度对比有限、清晰度有限的问题。

DLP显示技术:DLP的核心是DMD即数字微镜芯片。在DMD中微反射镜是最小工作单位,微反射镜可以在-12°和+12°之间倾 斜,从而实现信号投影的开关。当DLP光机工作的时候,需要进行投影的图像最终转化为二进制信号输入到DMD,图像的每一 个像素将会由反射镜进行精确的控制和映射。一块DMD通常是由数百万个铰链安装的微反射镜组成的矩形阵列,每一个微反射 镜对应一个像素,通过倾斜角度的方式控制像素的显示效果。DLP相较于TFT方案显示效果更佳,同时可有效解决阳光倒灌问 题。但DLP是TI(德州仪器)的专利技术,因此下游厂商的议价权有限,成本也较高。

LCoS显示技术:LCoS(Liquid Crystal on Silicon)是一种新型的反射式投影技术。LCoS光机工作时,需要对入射光做启偏处 理形成偏振光(比如S光),光线进入LCoS面板到达反射层后全部原路返回。控制LCoS背板的电极可精确控制经过每个液晶像 素中的S光转换为另一偏振方向的线偏振光(例如P光)的比例,成像光路中仅处理P光最终实现可是图像生成。相较于TFT和 DLP方案,LCoS方案发展成熟的方案较短,目前有华为、一数科技等企业布局。2022年搭载华为AR-HUD的飞凡R7正式上市,代 表着LCoS方案正式实现车规级量产。

LBS显示技术:激光扫描投影 (LBS)是将RGB三基色激光模 组与微机电系统(MEMS)结合 的投影显示技术方案,其方案 结构包括三色激光模组+MEMS 振镜+滤光片。其优点是成本 低,对比度好,无光窗问题, 主要缺点是该方案成熟度较 低,激光二极管中的红色激光 器对温度较敏感,实现车规级 较难,目前日亚的激光光源较 为成熟。此外LBS方案存在散 斑问题。目前国内以LBS为主 攻方向的Tier1厂商是锐思华 创,成像芯片较为成熟的国内 厂商是龙马璞芯。

DLP、LCoS方案渗透率逐渐提升。目前TFT/DLP和LCoS方案都已经实现量产落地,LBS方案由于成熟度不高暂时不是主流的技术 方案。对比来看,TFT-LCD的显示效果一般,温升控制表现不佳,但其成本较低;DLP方案可以较好地解决温升问题,但DLP由 于其固有的技术特性,在图像分辨率提升上具有一定的局限性,同时成本相对较高;LCoS实现了图像分辨率的提升以及成本 的一定程度降低,并且已实现量产装车。

消除画面畸变——自由曲面镜。HUD的第二个技术壁垒在于内置的自由曲面反射镜,挡风玻璃由于是不规则的自由曲面,正常 投射的影像经过挡风玻璃反射后会形成画面畸变,这时候就需要自由曲面镜匹配汽车挡风玻璃面型以消除静态畸变、动态畸 变、双眼视差等问题。自由曲面镜模具需要用精密仪器制造,做成纳米级,非球面镜需要一次成形,材料一般为为PC或者COC 塑料材质,要求高面型精度,高反射率,良好的耐候性能。目前国内具备自由曲面镜生产能力的供应商如舜宇光学、亮宇光 学、福建富兰光学等。

光波导技术减少AR-HUD的体积要求,是未来HUD重要的发展方向。AR-HUD大视场角、长投影距离带来了体积过大的问题(自由 曲面反射镜尺寸变大),而光波导技术凭借平板超薄结构和极大的二维扩瞳能力可以简化传统HUD内部的机械光学机构,直接 将光源信息投射到风挡玻璃之上。其占用体积可以是传统机械方案的1/10。此外,光波导方案还具有透光度高、视场角大、 显示效果好等优势。光波导技术分为几何光波导和衍射光波导,其中衍射光波导技术是AR-HUD发展的主要方向。目前国内本 土厂商如苏大维格、至格科技等均在布局光波导技术方案。

HUD目前渗透率仍低,未来增长空间较大。根据高工智能汽车数据显示,2022年中国市场(不含进出口)乘用车前装标配搭载 W/AR HUD交付150.04万台,而如果考虑选装数据,2022年全年HUD总出货量预计超过200万套,渗透率不足10%。具体到AR-HUD 方面,2022年中国市场(不含进出口)乘用车前装标配搭载AR-HUD达到10.96万套,同比增长115.75%,呈现高速增长态势, 但渗透率仍然很低。 不同品牌的HUD搭载率有较大差异。目前日系车型的HUD装配率最高,2022年中国市场丰田前装标配HUD的销量达到37.6万台, 搭载率达到20.75%,国内自主车企中哈弗、红旗、极氪、吉利、理想、比亚迪等品牌搭载HUD的销量较高。

HUD或将取代前仪表屏成为下一代的主要交互窗口。我们认为AR技术的应用将是催化HUD成为下一代主要交互窗口的关键技术。 传统的W-HUD仅是仪表内容的重复显示,对用户体验提升有限。而具备“充分信息展示+沉浸式体验”的AR-HUD或将成最终解 决方案,AR-HUD实现了更远距离和更大画幅的显示,信息更加丰富,在汽车智能化发展的进程中,AR-HUD将成为更多信 息的显示载体,成为车内信息显示最主要的方式之一。而随着智能即使技术的进步,整个风挡玻璃可能会成为交互载体,可 以提供游戏、观影等娱乐需求。

未来AR-HUD可能会进入千元机时代。当前制约AR-HUD应用的另一大因素是成本,但随着HUD渗透率提升、产业链成熟稳定,其 成本会有较大的下降空间。根据锐思华创CEO卢睿的观点,AR-HUD与W-HUD并没有很大的硬件结构差别,在未来AR-HUD会进入 到千元机时代。我们认为如果AR-HUD在未来降到千元左右,其渗透率有望加速增长。 标杆车型的热销可能会成为加速HUD替代传统仪表的另一重要因素。理想在L9上率先利用HUD取代了传统仪表,深蓝S7则同样 采用了类似L9的技术方案。此外宝马官方也发布了全新一代HUD(BMW Panoramic Vision全景视觉),将会在宝马NEUE KLASSE新世代车型上配备,宝马CEO在23年CES展上更是直言未来宝马车型将取消车内的大屏。

到2025年国内HUD搭载量有望达到800万套。根据佐思汽研《2023Q2 HUD数据与公司跟踪分析报告》预计中国乘用车2025年标 配HUD将达到486.5万套(不含选配),但若考虑实际选装,我们预计实际出货量有望达到800万套,以2025年2500万台乘用车 销量计算,渗透率有望达到32%(高工智能汽车研究院预测到2025年W/AR-HUD搭载率将突破30%)。以800万套出货量、AR-HUD 占比达到30%测算,到2025年我国HUD市场规模有望达到100亿元,相比2022年市场规模增长约3.5倍,年复合增速达到65%。

日系供应商具备技术先发优势,国内本土厂商受益于自主车企崛起上量迅速。日系供应商在HUD领域具备技术先发优势,根据 高工智能汽车统计数据,2022年日本电装以32.3%的市场份额居第一位,国内HUD供应商近几年受益于自主车企崛起也逐渐崭 露头角,华阳、泽景、怡利、水晶光电、未来黑科技等厂商已实现量产供货,在国内HUD厂商中处于领先地位。

自主供应商有望凭借AR-HUD实现超车。根据佐思汽研数据显示,2023年一季度中国乘用车市场(不含进出口车型)共有10家 供应商向14个汽车品牌20余款车型落地了2.5万台AR-HUD。华阳多媒体、怡利电子及重庆利龙科技为前三位。从供应关系 来看,自主品牌车型搭载的AR-HUD也基本由本土供应商进行供应。从技术方案和量产配套情况来看,华阳集团(华阳多媒体) 目前覆盖多种技术路线,出货量领先国内其他厂商,其他厂商如水晶光电、未来黑科技、泽景受益于下游配套客户搭载HUD 车型的销量增加,HUD出货量也实现快速增长。

HUD交付量累计已超过60万套。泽景成立于2015年,主要产品包括W/AR-HUD、 CMS、透明A柱、透明窗口显示等智能座舱相关 产品,目前拥有理想(HUD产品供货理想L7)、蔚来、吉利、北汽、奇瑞等量产客户。公司总部和制造中心位于江苏仪征,21 年其HUD出货量达到95553套,23年5月其单月HUD出货量超过4万套,目前泽景HUD产品累计交付已超过60万套,预计到2023年 底其HUD累计装车将超过100万台。2023年泽景将量产交付一款大画幅AR-HUD,采用了TI DLP5530,具备130万像素。

基于DLP方案的AR-HUD将于2023年量产供货。经纬恒润是一家综合型汽车电子服务商,主营业务包括汽车电子、研发服务和 高级别智能驾驶整体解决方案。经纬恒润ADAS市占率处于国内供应商第一梯度,且已实现多项域量产,HUD则是经纬 恒润在智能座舱领域的主力产品之一,经纬恒润基于DLP技术方案开发了AR-HUD产品,预计在2023年将在吉利领克、上汽大 通两家客户中量产落地。经纬恒润的AR-HUD视场角最大可达到13°×4°,可涵盖多个车道,图像距离可以达到10m以上, 预计售价约2000-3000元左右。