AR 这一概念最早由波音公司研究员 Tom Caudell 于 1990 年提出。经过这些年发展，AR 在很多领域都已得到了相应的应用，比如《Snapchat》引入 AR 滤镜，为我们的社交娱乐增加了一种新的可能性；亚马逊加入 AR 购物功能，增强了我们的购物体验。此外，AR 在汽车领域也展示出了极大的发展潜力。

一、AR专利申请量逐年增长

在incopat专利库中，笔者以“增强现实”以及“augmentedreality”索引，可以得到增强现实技术的相关专利数据。根据专利统计结果的分析，我们可以从宏观层面把握分析对象在各时期的专利布局变化，专利公开和专利申请相比有一定滞后。在2017年至2018年间相关专利申请量达到顶峰，这也表明在此期间，增强现实技术发展最为火爆。

根据分析对象在不同技术方向专利申请量的分布情况和发展趋势来看，在国际专利分类号g06f下，电数字数据处理领域增强现实技术相关申请数量占比最大，达6.586万件。

根据分析对象的各主要技术方向在不同国家或地区的数量分布情况，通过对比分析，我们可以掌握重要技术方向在全球范围内的主要技术来源国。在全球增强现实技术的专利申请中，我国位列第二，可见，我国紧跟时代步伐，发展新兴热门科技。根据检索数据，当前中国的增强现实技术相关专利申请人中，华为技术有限公司提交的专利申请量最大，约6500件。

二、光场AR：理想中的“真AR HUD”

近年来，高级驾驶辅助技术(简称ADAS)和增强现实(简称AR)交互技术的发展，让国内外一些头部主机厂考虑开发虚拟和现实融合的AR HUD产品，进一步推动了HUD技术革新。由此，衍生出HUD第三代产品AR HUD(Augmented Reality Head Up Display)增强现实型抬头显示。

但虚拟和现实融合的AR HUD技术实现难度远大于WHUD，不但需要开发多传感器的融合算法，还需要空间融合算法和极致的系统延时控制，以及真正有空间纵深距离的3D光场显示(类似3D全息显示)技术。

理想中的光场AR显示技术，可以在驾驶者视野前方的现实世界中，连续投射出适应不同远近对焦距离的三维虚拟信息，从而将虚拟世界的信息和现实世界的相关物体在同一空间位置进行展示，实现虚拟与现实的完美融合，不仅能够呈现真正意义上的AR增强现实显示效果，还可以彻底解决视觉辐辏造成的眩晕问题。也就是说，只有这种AR虚拟成像和道路实景完美融合的“真AR HUD”，才能在不影响驾驶安全的前提下为用户创造更多价值。

三、3D动画：现实里的“假AR HUD”

业内普遍认为2021年是AR HUD的元年，尽管奔驰(S级，含迈巴赫)、大众、奥迪等众多国内外主机厂也陆续推出了带有AR HUD功能的量产车型，但因供应商的技术限制，基本都放弃了最初虚拟和实景完美融合的“真AR HUD”技术构想。

现在市场中的AR HUD产品，在功能和效果上都退而求其次，采用了基于普通WHUD硬件基础上进行开发、再叠加2D或3D UI动画的形式，把画面投射到视线前方7到10米左右(个别车型4.5米或10+米)，根据车辆的位置，实时播放导航、ADAS等动画和UI图标。

具体来说，过场动画的表现形式又稍有不同：(1)奔驰的过场动画，采用了稍复杂的3D透视效果更好的实时渲染，有简单的低频光学防抖;(2)而国内的HUD产业刚刚起步，受技术、成本和认知的局限，虽然很快地对国际上的“假AR HUD”的硬件参数进行了简单复制，但采用了更加简陋的过场动画，没有光学防抖。

这种“假AR HUD”最终交互体验的表现形式，就是飘在驾驶员视线前方的各种UI动画，一定程度上会对驾驶产生干扰，背离了HUD产品诞生的初衷。

四、 AR-HUD面临的技术难点

当前 AR-HUD 面临着以下几方面技术难点：

1、画面调整

AR 眼镜用户都知道，当我们佩戴眼镜时，视线需要放到某一个合适的范围，这样才能看清楚显示画面（该参数为 EyeBox）。同样，AR-HUD 也有这一问题。由于驾驶员的身高各不相同，导致每个人的行车视角都不一致。如何调整 AR-HUD 投射的画面，使之避免出现画面发虚、错位等问题，比较考验 HUD 厂商的能力。

据了解，华为 AR-HUD 的解决方法是利用 IMU（惯性传感器）以及 DMS（驾驶员监控系统）来监控行车状态，然后实时对显示画面进行调节，以达到画面稳定的目的。

松下在 CES 2022 上发布的 AR HUD 2.0 版本，里面新增了眼动追踪系统，美国松下汽车系统公司首席技术官 Andrew Poliak 说道：

" 松下 AR-HUD 2.0 延续了将集群和 HUD 等显示域向上集成到中央信息娱乐计算模块的趋势。通过将我们专有的眼动追踪技术整合到 AR-HUD 中，我们可以了解驾驶员的正在注视的位置，然后将 AR 图像与现实世界更准确地匹配和聚焦，从而提高驾驶员视野中图像的保真度。"

2、虚实融合

FUTURUS 创始人徐俊峰指出："AR-HUD 最难的就是通过 3D 光场显示技术呈现虚拟世界，以及虚实实时融合技术。"

想要实现画面虚实融合，首先就需要实现画面虚像的连续变焦，由于车辆处于实时运动状态，虚像与现实的融合效果也需要实时做出调整，这需要引入多种传感器进行协同工作，并且对于算法也有着很高的要求。

目前为了实现更好的显示效果，有些厂商推出了双焦面 HUD 产品。所谓双焦面，指的是把投影画面投射到两个不同的焦面当中，其中近距离焦面显示车速、行驶里程等信息，而远距离焦面用于显示导航指引、切线指引等信息。

此前大众 ID 系列纯电动车采用的就是双焦面 AR-HUD 方案，而近日，国内华阳多媒体宣布其 AR HUD 产品双焦面技术已经实现突破，采用的是单 PGU 设计方案。

值得一提的是，目前很多已量产的 AR-HUD 产品实际上仍无法很好实现虚实融合效果，前面所说的双焦面也只是一个过渡方案，所以也有人把这部分产品称之为 " 假 AR-HUD"。

如果想要实现 " 真 3D" 效果，目前主流的技术路线有两种：一是全息光波导技术，这一技术的代表企业有 DigiLens，二是激光投影技术，代表企业有松下以及 WayRay。

去年 WayRay 就展示了一款概念车型 Holograktor，该车型配备了全息显示技术 Deep Reality Display，可以实现 3D AR 的动画效果。

据悉，激光投影技术的主要原理为：当包含高透光聚合物薄膜的玻璃受到激光装置照射时，能生成明显的 3D 图像。WayRay 表示，它能做到比现有的 HUD 具有更大的视野，并且在零到无穷远之间的不同视觉深度下，信息可以显示得更亮。这意味着它在阳光直射的状态下，依然能很好地工作。

3、成本问题

据了解，宝马 5 系选装 AR-HUD 价格为 11600 元，奥迪 A6L 价格更是高达 18700 元。AR-HUD 成本较高，成为了限制它推广的重要原因之一，目前市面上搭载 AR-HUD 的量产车型有奔驰 S 级、奥迪 A6L、红旗 E-HS9、大众 ID4 等，以豪华车型居多。

AR-HUD 产品售价较高，究其原因，与制造工艺难度大、定制化程度高等因素有关。

国内汽车计算平台提供商布谷鸟科技指出：从光学的角度来看，挡风玻璃是自由曲面，而为了形成不失真的图像，就要求 HUD 中的凹透镜发出非常精确的图像。因此，在制造大镜片的过程中对容差的要求非常严格，大陆集团 HUD 非球面反射镜采用塑料注塑成形方法生产，整个表面的容差在 5 微米 ( 0.005 mm ) 以下，需要使用十万级或万级无尘室车间。

此外，国内 HUD 生产厂商 Futurus 表示，汽车生产研发期间，每一次车型的微小调整、挡风玻璃角度的变化，都需要相应地调整 HUD 光路设计方案，特别是核心部件光学曲面镜。如果车身传感器布局出现变化，HUD 的数据接入也需要相应调整。这也注定了 AR-HUD 很难实施批量化、模块化打造。

4、体积问题

前面提到要实现虚实结合的效果需要保证 HUD 产品提供比较大的 FOV 以及 VID。但随着显示尺寸变大，成像设备的尺寸也会随之增大。比如装配在奔驰 S 级车上的 AR-HUD，体积就达到了 27L，而相较之下，W-HUD 等传统产品的体积只有 4-6L。

为了缩小 AR-HUD 体积，目前主流的方法是优化光路设计，如缩小 PGU 与反射镜距离，又或者引入新的波导技术等。

有意思的是，也有厂商设想过在汽车中引入 AR 眼镜以完善导航体验。三星曾经在美国专利商标局发布了一个关于增强现实眼镜的专利申请：驾驶员佩戴 AR 眼镜，通过内置的导航应用程序，可实现变道提醒、目的地导航等功能。此外，该专利中内部车载摄像机可以识别用于控制用户界面或向系统发送命令的用户空中手势。

华为在去年也公开了一件智能穿戴设备相关专利，专利公开号为 CN113686350A，专利中提到可以利用 AR 眼镜设备补充显示时间、车速以及油耗等信息。

最后

AR-HUD 目前体验仍不算完美，还有前面所提到的众多问题需要解决，但是它的技术以及市场潜力不言而喻。

根据高工智能汽车研究院发布的数据，2019 年国内新车 HUD 搭载量为 28.51 万台，2020 年则增长近 1 倍至 58.01 万台；预计到 2022 年 HUD 前装搭载率将超过 10%，2025 年国内前装渗透率将达到 25%，市场空间近 100 亿元。

目前，HUD 赛道吸引了国外伟世通、日本精机、日本电装、德国大陆以及国内的华阳集团、江苏泽景、Futurus、瑞思华创等厂商入局。

文章来源： VR 陀螺，天极网，上观