Чому можна відчути себе пілотом з HUD проекцією на скло?

Систему HUD (проекція на лобове скло) встановлюють на всі преміальні автомобілі. Зараз її почали ставити навіть в дорогі комплектації простіших машин, але зустріти її в бюджетному сегменті все одно велика рідкість.

Спочатку HUD була запозичена у військової авіації. Вона призначалася для оптимізації наведення прицілу. Пілоти штурмовиків бачили всю інформацію на прозорому екрані і, не відволікаючись, продовжували виконувати свою роботу.

У 1988 році систему HUD вперше встановили на серійний автомобіль. Цим щасливчиком став седан Oldsmobile Cutlass Supreme. Він отримав екран в монохромному варіанті, пізніше в преміум-моделі почали встановлювати і кольорові.

У більшості сучасних автомобілів проекційних дисплеїв немає. Така опція в більшості випадків додається саме в топові комплектації автомобілів.

Переваги проекції на скло

Проекційний дисплей – вкрай корисний пристрій. Водієві не потрібно переводити погляд і дивитися на спідометр, відволікаючись від того, що відбувається на дорозі. Вся інформація знаходиться прямо перед очима. Залежно від моделі авто опція виводить інформацію про швидкість автомобіля, запас ходу, перешкоди та інші параметри. Це підвищує комфорт і безпеку.
Деякі моделі оснащуються датчиками світла і звуку. Завдяки проекційному дисплею і сучасним технологіям можна виставити круїз-контроль і спокійно їхати по автодорозі.

Як працює проекція

AR HUD накладає шар віртуального зображення на реальність, яку ми бачимо через скло. Звідси і доповнення – AR (Augmented Reality). Але щоб це зображення було якісним, потрібно побудувати оптичну систему, підібрати компоненти, «подружити» систему з оточенням і налаштувати їх спільну роботу.

Базові поняття, без яких нічого не зрозуміло

Eyebox – прямокутна зона, перебуваючи всередині якої очі спостерігача бачать віртуальне зображення. По суті, це перша умова видимості проекції. Розробники HUD запевняють: навіть якщо спостерігач дивиться всередину цієї зони одним оком, він все одно бачить зображення, хоча і з деякими втратами в якості картинки і ефекту 3D.

Розмір Eyebox визначається 130 х 50 мм, де перше число – довжина, а друге – висота прямокутника.

Тут виникає резонне запитання: «Якщо я підніму сидіння і мої очі вийдуть за межі Eyebox, то я перестану бачити проекцію?»

Для цього існує регулювання положення Eyebox по висоті. Прямокутну зону можна відрегулювати відносно центрального положення, наприклад, на 50 мм або, навпаки, настільки ж опустити. За цю функцію в HUD відповідає електромотор, що повертає дзеркало і змінює напрямок проекції.

FoV (Field of View) – поле зору. Це один із основних параметрів HUD — саме він визначає область на склі, на яку виводиться віртуальне зображення. Бувають HUD з різними значеннями FoV, наприклад, 9 х 3 градусів або 10 х 5 градусів. Перша цифра означає горизонтальну складову, друга — вертикальну.

VID (Virtual Image Distance) – відстань від Eyebox до віртуального зображення. Цей параметр визначає 3D-ефект. Припустимо, що HUD передає на вітрове скло зображення. При VID = 0 ми маємо ефект 2D, тобто око розуміє, що зображення знаходиться на площині скла. При збільшенні показника площина віртуального зображення зміщується від скла у зовнішній вимір, розмір віртуального зображення збільшується, тобто зростає AR-ефект.

Малюнок нижче наочно показує, як параметри FoV і VID впливають розмір зображення. У лівого автомобіля — найменше віртуальне зображення і швидше за все не відчувається ефект доповненої реальності. На відміну від двох автомобілів у правій частині.

LDA (Look Down Angle) – кут відхилення напрямку проекції від горизонталі. Зазвичай цей параметр лежить у діапазоні від –3,5 до –1,5 градусів і залежить від конструктиву автомобіля та завдання HUD. Наприклад, якщо ми хочемо виводити лише миттєву швидкість, то можна витримати нахил ближче до –3,5 градуса, наскільки дозволяє капот. А якщо хочемо підсвічувати смуги руху, пішоходів, то проекцію краще направити вище.

Після параметрів, визначальних розмір проекції, розглянемо специфічні параметри, що характеризують якість зображення.

Ghost Image – Задвоювання зображення. Це витрата конструкції вітрового скла, яке фактично складається з двох стекол і PVB-плівки між ними, і проекція відбивається від кожного з них. Проблема вирішується застосуванням клиноподібної PVB-плівки: вона мінімізує побічний ефект настільки, що людське око вже не помічає його.

Distortion – спотворення оптичних систем, при якому коефіцієнт лінійного збільшення змінюється в міру видалення об’єктів, що відображаються від оптичної осі. Іншими словами: це зміна форми зображення, що проектується, і виникає через кривизну скла та мікровідхилень положення.

Збільшення FoV призводить до збільшення вікна в панелі приладів, через яке проекція від HUD доходить до скла.

Зображення HUD проекції погано видно, якщо дивитися на неї в поляризаційних окулярах. Це проблема всіх HUD. Справа в тому, що природне світло не поляризоване, а поляризаційні окуляри пропускають світло тільки в одній площині – по суті вони відфільтровують відблиски, зменшують навантаження на зір, роблять картинку чіткішою при яскравому світлі.

Як влаштований HUD

• Джерело світла (LED, Laser RGB-діоди).
• Розсіювач.
• PGU (Picture Generation Unit) – компонент, що генерує зображення на основі отриманого по проводах відеопотоку (для PGU застосовують різні технології: LCoS, DLP, TFT).
• Вигнуте дзеркало, що масштабує проекцію.
• Поворотне дзеркало. Саме воно відображає, збільшує зображення, що проектується, і відповідає за положення проекції на склі.
• Електродвигун для поворотного дзеркала. Водій натискає кнопку “Підняти/опустити проекцію” і, повернувши дзеркало, зображення проектується на іншу область вітрового скла.
• Пилозахисна плівка.
• Корпус. Збірний, зазвичай складається з пластикової та алюмінієвої частин. На алюмінієвій також є ребра охолодження.
• Датчик зовнішнього освітлення, за показаннями якого регулюється автоналаштування яскравості проекції. Можливо, тоді показання передаються з бортової системи.

HUD працює приблизно так само, як і офісний проектор. Функціонал як опція доволі цікава, тому добре, коли ваш автомобіль має її, адже це запорука вашого комфорту та безпеки за кермом.