AR HUD中陽光負(fù)載建模的重要性

作者：德州儀器Michael Firth

通過將關(guān)鍵駕駛信息疊加到真實(shí)世界中，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)抬頭顯示(HUD)將徹底改變駕駛體驗(yàn)。如今，AR顯示的最佳示例是用于戰(zhàn)斗機(jī)，可在飛行員的直接視線中置放大量關(guān)鍵信息。

在汽車環(huán)境中，圖形直接置放于駕駛員視線內(nèi)取代了基本警告音或符號(hào)，通過這種方式可以傳達(dá)信息并識(shí)別駕駛員視野中的威脅，使其能夠立即采取行動(dòng)。圖形表現(xiàn)為真實(shí)世界的自然保形延伸;它們不僅僅是現(xiàn)今HUD中的二次信息顯示。

正如我之前在關(guān)于陽光負(fù)載的博客文章中所討論的，太陽輻照度對(duì)AR HUD設(shè)計(jì)提出了重大挑戰(zhàn)。與傳統(tǒng)的HUD不同，AR HUD具有寬視場(chǎng)和長虛像距離，并且需要將車輛的傳感器數(shù)據(jù)與HUD顯示進(jìn)行實(shí)時(shí)集成。長虛像距離(>7m)及較小程度上的較寬視場(chǎng)(至少水平10度角x垂直4度角)導(dǎo)致太陽能集中度顯著提高，并在成像儀面板上發(fā)生相應(yīng)的熱升。為了防止太陽輻照度造成的熱損傷，您必須仔細(xì)設(shè)計(jì)AR HUD并運(yùn)行詳細(xì)的陽光負(fù)載模擬以驗(yàn)證操作是否可靠。

在模擬陽光負(fù)載對(duì)AR HUD設(shè)計(jì)的影響時(shí)，需要考慮以下幾點(diǎn)。

陽光負(fù)載模型的準(zhǔn)確性

雖然看起來很明顯，但我不能夸大模型元素中準(zhǔn)確性的重要性。AR HUD陽光負(fù)載模擬需要精確的陽光光源模型(具有適當(dāng)?shù)慕嵌取⒐庾V和輻照度特性)，以及針對(duì)汽車中光學(xué)元件的精確光譜透射曲線，包括(但不限于)擋風(fēng)玻璃、眩光陷阱和熱/冷鏡。

離軸太陽輻照度的影響

在日常駕駛條件下，當(dāng)車輛轉(zhuǎn)彎及上下坡時(shí)，各種角度的日照均會(huì)射入車內(nèi)。因此，重要的是在適當(dāng)?shù)慕嵌确秶鷥?nèi)掃描入射的太陽光，如圖1所示。TI發(fā)現(xiàn)，在采用TI DLP®技術(shù)的AR HUD原型中，離軸峰值太陽輻照度比主光線水平差2.7倍，導(dǎo)致熱負(fù)荷顯著增加。模擬的峰值太陽輻照度如圖2所示。如果您的系統(tǒng)設(shè)計(jì)無法處理最壞情況下的離軸太陽輻照度，那么您將面臨因受損成像儀面板造成的不可接受的現(xiàn)場(chǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)。

圖 1：在一系列輸入角中模擬太陽光

圖 2：散射屏上的峰值輻照度作為輸入陽光角度的函數(shù)。

太陽輻照度的熱效應(yīng)

模擬峰值太陽輻照度只是預(yù)測(cè)和避免熱失效的第一步。太陽能根據(jù)其所射入材料的光譜吸收轉(zhuǎn)換為熱量。例如，在我們的測(cè)試中，如圖3所示，由于陽光負(fù)載導(dǎo)致的薄膜晶體管(TFT)面板的溫升比基于DLP技術(shù)的系統(tǒng)中所用的透射式微透鏡陣列散射屏快6倍，從而使TFT面板更易受到太陽輻照度的損害。

在85°C的環(huán)境溫度下，由于其低光譜吸收和高工作溫度的特性，HUD系統(tǒng)中采用DLP技術(shù)的Kuraray散射屏可以承受高達(dá)82kW/m2的太陽輻照度。這種熱性能使DLP技術(shù)能夠支持AR HUD中的長虛像距離。

圖 3：溫升與太陽輻照度

AR HUD的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)與當(dāng)今HUD設(shè)計(jì)中的挑戰(zhàn)有很大不同。AR HUD中的陽光負(fù)載明顯較高，您必須運(yùn)行詳細(xì)的熱模擬并考慮設(shè)計(jì)中的離軸太陽輻照度。有關(guān)陽光負(fù)載建模的更詳細(xì)討論，請(qǐng)參閱白皮書“DLP技術(shù)：加載在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)抬頭顯示系統(tǒng)中的太陽能。”