某车型HUD设计

前面我介绍了一款国内某车型搭载的HUD设计，粉丝朋友们很喜欢，有好多人私信我咨询一些问题，还有人想让我讲得更细致一些，本着宠粉的原则，我今天再介绍一期HUD产品相关的内容。

我们知道HUD的成像原理是通过两块反射镜将PGU（图像生产单元）产生的图像经过折转最终投射在驾驶位前方风挡特定区域，在风挡前方若干米处形成虚像，最终被人眼所接收。

这里我简单介绍一下，虚像距离影响了我们的直观感受，理论上虚像距离越大效果越好，但是相对的，HUD模型也就会越大，汽车内部空间有限，且现在的汽车设计越来越精简紧凑，所以，如何在有限的空间里增大虚像距离是一只需要克服的设计要点。另外视场角也会影响我们的使用体验，理论上来说，W-HUD视场角会小一点，AR-HUD视场角会大一些。

那么W-HUD和AR-HUD有什么区别呢：

按照产品形态，HUD主要可以分为CHUD（Combiner HUD，组合型）与 WHUD（Windshield HUD，挡风玻璃型）。二者最大的不同在于CHUD的投影介质为一块放臵于仪表上方的透明树脂玻璃显示屏，而 WHUD 的投影介质则直接使用特殊的汽车挡风玻璃作为显示屏。技术上，CHUD光学结构简单，设计相对容易，但其显示尺寸与距离有限，且可能在在车辆碰撞时会对驾驶员产生二次伤害；WHUD显示效果更加一体化，且不影响车内内饰，但其光学结构相对复杂，设计与布臵难度较高。成本上，CUHD技术较成熟，一般采用后装方案，是一种标准件，在研发成本上只要一次性投入便可大规模实现量产；WHUD生产工艺复杂，且属于前装方案，需要根据不同车型进行调试，故其成本相对更高，主要出现在中高档车型上。在 AR（增强现实）技术日益火热的当下，AR-HUD 技术开始出现在市场上，其通过将 AR技术与 WHUD 技术融合，可以将投射的内容、位臵与现实环境相结合，在驾驶人视线区域内合理生动地叠加显示一些驾驶信息。AR-HUD本质上仍是利用挡风玻璃进行投影成像，只是其显示范围更大，且具有AR效果，可以看作是WHUD的升级强化版。

这里我做了一个详细的比对，看的出AR-HUD有更好的一眼，但是成本也会更高，未来AR-HUD将会是发展趋势。

今天我介绍一款W-HUD的设计，旨在介绍HUD相关基础知识：

HUD模型光路示意图

视场设置：

这里视场设置需要考虑归一化坐标，视场角设置需要采用矩形采样，有小伙伴该问了，为何要采用矩形采样而不是采用常用的径向归一化。因为考虑实际的使用情况，人眼在驾驶位的移动范围区域基本上是一个矩形范围（正常驾驶状态下），所以这里会有一个概念，叫做眼盒（eyebox），当然这里还要考虑身高以及位置的变化引起的人眼位置的不同，所以这里对人眼位置设置了三种状态划分，设计过程中，这三种状态都要考虑到，否则一旦人眼不在设计考虑的范围内就无法观测到图像。

我们知道人眼的两眼间距理论上大概在65mm左右，当然不同人群之间会有差距，所以这里考虑将人眼两眼连线中点位置设置为眼盒中心位置，左右移动范围设置为32.5mm空间，考虑实际使用情况，基本上足够用了。毕竟实际正常开车过程中脑袋不可能晃动幅度特别大。同理这里每个眼盒上下宽度50mm，三个眼盒宽度150mm。也就是说在HUD设计过程中人眼可能移动的范围为130mm*150mm，其实范围已经很大了

设置完优化好以后的大致光路：

这里基本上可以满足HUD成像的逻辑，但是由于人眼在不同的位置也要能够看得到，所以我们需要建立多重结构，将不同的位置的情况都考虑到，这里，每个眼盒采用9点法采样，总共三个眼盒共有27个位置需要考虑，这里我就不做过多的阐述了。

看一下27个状态下的光路图：

可以看得出人眼范围已经被全部考虑到位了，这是像面的细节展示：

可以看得出这里9个位置的的光线不是很聚拢，那是因为在27重结构下，每个位置的光线最终到达像面的角度以及位置会有差异，导致光线无法完美重合，而我们接下来要做的就是在保证位置以及参数满足使用需求的前提下，将这些光线的差异尽可能减小，这样实际的使用效果会提升很多。（当然这里也有不同的看法，这里我就不做过多的阐述，后期我会针对这个问题专门做一期讲解）。

MTF情况：