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作者：Alan Rankin，德州儀器DLP產(chǎn)品事業(yè)部業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理；Jason Thompson，德州儀器DLP產(chǎn)品事業(yè)部應用工程經(jīng)理 2015年2月7日，在美國電影藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院第87屆科學(xué)技術(shù)獎頒獎典禮上，德州儀器 （TI）DLP芯片發(fā)明者Larry Hornbeck博士榮獲奧斯卡獎。 DLP芯片組已經(jīng)從根本上改變了電影制作、發(fā)行和觀(guān)影的方式，現在全球超過(guò)80%的電影院都采用了此芯片組。 與DLP 技術(shù)對電影業(yè)的影響類(lèi)似的是，這種技術(shù)現在也通過(guò)新的顯示和車(chē)載照明燈等應用，準備變革汽車(chē)行業(yè)。（表1） 表 1 在新應用中采用DLP技術(shù)
HUD2.0的發(fā)展動(dòng)力 現有的平視顯示（HUD）系統往往只能顯示冗余信息，即車(chē)中其他位置也可以獲得的信息。而此技術(shù)的新一代，即HUD2.0，能夠顯示高級駕駛員輔助系統（ADAS）信息。除了車(chē)載傳感器、攝像頭和車(chē)輛對車(chē)輛/基礎設施通信（V2X），車(chē)輛所了解的其周?chē)男畔⒘恳渤手笖导壴鲩L(cháng)。我們面臨的挑戰在于如何有效地溝通什么重要信息是車(chē)輛“已知的”，并將其傳遞給駕駛員，但只有當我們向半自主和自主駕駛功能遷移時(shí)，這些信息才會(huì )增多。 采用HUD2.0將以自然、直觀(guān)的方式傳達這類(lèi)信息，增強駕駛員的全局固定視圖，以正形投影圖形顯示車(chē)輛已知的信息。導航指示、車(chē)道偏離告警（LDW）和自適應巡航控制（ACC）指示燈功能將從駕駛員的視角以自然的圖像距離來(lái)顯示。如圖1所示，此圖顯示了如何‘增強’駕駛員視圖的現實(shí)，實(shí)時(shí)提供有用的信息。在這里我們可以，圖像以鮮亮、栩栩如生的色彩來(lái)顯示，并以自然距離疊加在實(shí)物上，因此駕駛員可以最小的干擾輕松地使用信息。 
圖1 AR HUD的正形投影圖形 此外，與用戶(hù)界面范式中用作“輔助”顯示系統的現有HUD不同的是，HUD2.0位于人機界面（HMI）策略的中心，并將作為主信息顯示系統。 同樣，新一代HUD也期望在不同日照條件下獲得出色的圖像質(zhì)量和一致的可讀性。
圖 2 FOV和VID影響感知的HUD圖形大小 面臨的挑戰 HUD 2.0要求在傳統HUD設計的基礎上獲得許多新的方面的內容。雖然HUD設計的詳細說(shuō)明超出了本文范圍，但仍有必要查看一些關(guān)鍵參數。 如圖2所示，視野（FOV）和虛擬映像距離（VID）在確定感知圖像尺寸方面有重要作用。雖然傳統的HUD視野僅涵蓋了一個(gè)車(chē)道，但擁有更大視野和更長(cháng)虛擬映像距離的HUD2.0使駕駛員能夠看到超出一個(gè)車(chē)道車(chē)流的圖像。在視野和虛擬映像距離方面的這些增強要求更高的亮度、更飽和的色彩、更高的功效和更強的日照耐受度。此外，需要符合這些新參數，同時(shí)滿(mǎn)足所有傳統汽車(chē)的環(huán)境條件。下表2列出了HUD2.0的一些參數，與傳統HUD系統對比。 表2 新一代HUD2.0的關(guān)鍵參數與傳統HUD關(guān)鍵參數對比
亮度與功效 更大的視野和更高的亮度水平為駕駛員提供易于瀏覽的圖像。 為了確保各種光線(xiàn)條件下的可讀性，HUD應當能夠在指定的15,000cd/m2和30,000cd/m2之間生成虛像。 然而，需要創(chuàng )建此圖像的絕對功率應保持較低，這樣不僅能最大程度降低熱管理所需的容量，也能在可行的光源（LED）范圍內保持光通量。為了擴大視野并提高亮度，同時(shí)不增加功耗，更高效的成像器十分必需。 德州儀器DLP 0.3” WVGA類(lèi)A100數字微鏡器件（DMD）的效率高于66%，顯著(zhù)提高了系統效率，以符合以上參數。 借助效率提升，基于DLP技術(shù)和RGB LED的HUD系統可以實(shí)現所需的亮度并擴大視野。 例如，采用 .3” WVGA DMD和OSRAM Q8WP RGB LED[2]設計的系統僅使用6.0 W的LED功率，就能以10度視野實(shí)現超過(guò)15,000 cd/m2亮度，甚至比目前更小的輔助HUD系統的功率還要低。 此系統的功效為10.6 lm/W(每瓦的流明數）。 色彩飽和度 很多傳統TFT/LCD HUD設計使用白色LED，通過(guò)濾鏡產(chǎn)生紅色、綠色和藍色。 相比之下，基于DLP技術(shù)的HUD系統則使用紅色、綠色和藍色三種LED，提供更飽和的色彩，這增強了HUD顯示器上圖像的可讀性[3]。 一些關(guān)鍵性能指標可被用來(lái)判斷系統的色彩表現，包括比較其色域和NTSC色域所測量的色域大小、主波長(cháng)和色彩飽和度所定義的每種色彩的色調。 表3比較了TFT/LCD白色LED架構[1]與基于DLP技術(shù)采用RGB LED 的HUD架構。與NTSC相比,RGB LED色域更大，紅色和藍色飽和度更深。 表3 HUD色彩表現
* 測量和建模的數據 日光熱負荷 隨著(zhù)HUD系統視野的擴大，HUD光學(xué)儀器收集的太陽(yáng)能也增加了。此外，隨著(zhù)虛擬映像距離增大，駕駛員可以采用與現實(shí)世界固定視圖相比正常的角度瀏覽圖像，太陽(yáng)能更多聚焦到HUD的內部成像器上。收集更多陽(yáng)光和將這種能力聚焦到內部成像的更小光斑內的效果可能會(huì )帶來(lái)?yè)p害。 基于DLP技術(shù)的HUD系統使用漫射屏材料創(chuàng )建HUD系統的內部圖像。對于傳統HUD系統，成像器(一般為T(mén)FT面板）直接發(fā)射HUD圖像。 漫射屏是無(wú)源元件，它具有兩個(gè)主要優(yōu)勢： 1）它不吸收太陽(yáng)能能量 – 它擴散光線(xiàn) 2）它本身不是熱源。借助這些屬性，基于DLP技術(shù)的HUD系統更容易擴展到增強現實(shí)的HUD系統所需的大視野和更長(cháng)的虛擬映像距離。 偏光太陽(yáng)鏡 除了足以在各種環(huán)境光線(xiàn)條件下看見(jiàn)的亮度外，當駕駛員戴上偏光太陽(yáng)鏡時(shí)，HUD虛擬映像也是可讀的。由于DLP技術(shù)投影為非偏光，這使原始設備廠(chǎng)商能夠優(yōu)化偏光太陽(yáng)鏡所用的HUD。 環(huán)境條件 ¬汽車(chē)HUD系統所用的成像技術(shù)必須能夠在惡劣的環(huán)境條件下可靠地運行，比如高濕度、劇烈溫度變化的極端溫度、沖擊和震動(dòng)等環(huán)境。DMD是微機電系統，它應對汽車(chē)中所體驗的溫度循環(huán)、沖擊和震動(dòng)的能力令人感到驚嘆。DLP 0.3” WVGA類(lèi)A100 DMD滿(mǎn)足這些條件。當視鏡諧振頻率遠高于100 kHz時(shí)，它的機械結構在<5 kHz范圍的沖擊和震動(dòng)下是堅固耐用的。表4列出了在.3” WVGA類(lèi)A100 DMD上成功完成的一些關(guān)鍵測試。 表4 汽車(chē)測試完成
結論 隨著(zhù)ADAS技術(shù)在汽車(chē)中的應用越來(lái)越普及，HUD對車(chē)輛HMI策略也愈發(fā)重要。隨著(zhù)HUD從小型輔助顯示器向大型主用顯示器逐漸過(guò)渡，人們對圖像質(zhì)量、可讀性和可靠性的期望也越來(lái)越高。DLP技術(shù)已在消費電子和商業(yè)應用中廣泛采用了近二十年，為汽車(chē)級芯片奠定了堅實(shí)的基礎。如圖3所示，DLP 0.3” WVGA類(lèi)A100 DMD專(zhuān)門(mén)滿(mǎn)足新一代汽車(chē)HUD的環(huán)境要求。 如需了解更多信息，敬請訪(fǎng)問(wèn)www.ti.com/dlpautomotive。
圖 3 – DLP 0.3” WVGA類(lèi)A100 DMD 參考資料 [1] E. Buckley, "Pixtronix DMS(tm) technology for head-up displays," in SID Vehicles and Interfaces Conference, Dearborn, MI, 2011. [2] OSRAM Opto Semiconductor. [Online]. Available: http://www.osram-os.com/osram_os/en/products. [3] K. I. R. S. D. a. B. E. Blankenbach, "Comparison of the Readability of Colour Head-up Displays Using LED and Laser Light Sources," in SID, Symposium Digest of Technical Papers, 2010. 1 除非另有說(shuō)明，本文數據由TI提供 。 |
