2022年汽车HUD行业专题研究 AR
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1、 HUD 是行车安全守护者、人机交互新桥梁
避免盲驾隐患，构建人机交互新桥梁。随着汽车智能化程度的提升，汽车成为 能够独立感知外部环境的智能体，汽车需要传达给驾驶员的信息日益丰富，传统仪 表盘已经难以满足多维度的人机交互需求。驾驶员的注意力优先专注于驾驶，频繁 转换视角关注仪表盘、中控、手机的信息会带来诸多盲驾隐患，研究显示1，如果驾 驶员的视线离开前方路面超 2秒，事故发的可能性会急剧上升。由此HUD应运而生， 它将虚拟的图像和实景贴合，一方面可以让驾驶员和乘客无需转移视线，直观的感 受到行车状态、导航、辅助驾驶（如车道偏离预警）等信息，大幅提升安全性；另 一方面随着成像面积的不断扩大，HUD 能够进一步把生活娱乐的信息显示其中，实 现观影、地图 POI 推送等功能，给乘客以沉浸式的交互体验，成为链
接虚拟和现实 世界的桥梁。
HUD 诞生超过 30 年，海外车厂广泛配套，但整体配置率并不高。1988 年，通 用汽车在其旗下的 Oldsmobile Cutlass Supreme Indy 500 Pace Car 上首次采用了抬头显示器（HUD），产品采用风靡战斗机领域的 C-HUD，只能以单成像。1991 年丰 田在其皇冠车型上首次搭载 HUD。1998 年福特在其高端跑车雪佛兰 C5 科尔维特 （Corvette）中首次搭载了彩显示的 HUD 系统。2003 年宝马成为欧洲第一家使用 HUD 的车企，并在其入门级 1 系之外全系标配或选配 HUD。戴姆勒 2014 年也将 HUD 引入自家车型。
供给需求齐推动，产品进入快速渗透期。可以看到 HUD 并非新鲜事物，但起初 它几乎只是豪华车的代名词。近年供需格局发生显著变化：需求端，传统的汽车状 态+导航的内容传递已经逼近仪表盘+中控所能呈现信息的极限，随着更多 ADAS 功 能的诞生，HUD上车已经成为必然趋势；此外随着本土智能汽车的崛起和竞争加剧， HUD 成为整车厂提升乘车体验打造差异化的有利武器。供给端，奔驰在 2020 年推 出全球首个 AR-HUD 产品，凭借优异效果刷新了人们对 HUD 的认知；以华阳集团 为代表的本土零部件厂商崛起让此前昂贵的 HUD 产品走向平民化。从选装价格来看， 传统 BBA 豪华车型的选装价格通常在 8大众id4纯电动车价格图片
000 元以上，部分甚至冲击 20000 以上，而 近年新发布的车型如大众 ID4、长安福特旗下的林肯 Z、以及哪吒 S、问界 M5、广 汽传祺 GS8、长城哈弗 H6 等，产品选装价格已经降低至 5000 元左右甚至 2500 元级 别，这表明 HUD 的成本已经大幅下降，伴随而来的就是 W-HUD 渗透率迅速提升， AR-HUD 车型亦如雨后春笋般涌现。
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2025年中国 HUD市场规模有望超过 260亿元，渗透率达到 48%。据中汽协2022 年上半年汽车工业经济运行情况数据测算，2022 年国内乘用车销量预计为 2300 万辆；而据天津大学中国汽车战略发展研究中心测算，2025 年国内乘用车销量将达 到 2526 万辆。我们预计基于 2022 年补贴抢购等因素影响，2023 年国内汽车销量增 速相对趋缓，2024-2025 年重新回归稳健增长通道。HUD 渗透率方面，依据高工智 能汽车数据，2021 年新车搭载 HUD 上险量为 116.72 万辆，其中 W-HUD 和 AR-HUD 上险量合计为 109.45 万量，ARHUD 搭载量超过 5 万辆。而根据亿欧智库数据，2025 年 W-HUD 和 AR-HUD 渗透率分别达到 27%和 18%，我们认为基于现有良好的产业 发展态势渗透率有望实现更高水平。价格上随着产品渗透率快速提升呈现下降趋势。 我们预计到 2025 年，中国 HUD 总体渗透率将达 48%，其中 AR-HUD 渗透率将达到 19%，总体市场规模将超过 260 亿元，并仍然保持 65%以上的行业增速。
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不止于 AR-HUD，技术泛化打开更广阔市场。AR-HUD 融合了畸变矫正、AR 虚实 贴合、以及未来的全息成像等技术，这些技术的应用场景远不止 AR-HUD。如投影、 全息技术可应用于侧窗投影、全息助手等领域，而将 ADAS 信息融合实景并向客户 显示的内容形式，不仅可以通过 HUD 在挡风玻璃上显示，也可以通过电子外后视镜、 透明 A 柱等方式呈现。AR-HUD 的技术泛化将带来更广阔的发展空间。
2、 汽车元宇宙之窗徐徐开启，技术升级永不眠
2.1、 AR-HUD 是车上的 AR 设备，显示面积扩大和景深显示尤为重要
2.1.1、 FOV 和 VID 持续扩大，带来更好的显示效果
最大幅度扩大成像尺寸是目前抬头显示追求的核心目标。FOV（Field of View，视场 角）和 VID（Virtual Image Distance，虚像距离）扩大是提升当前 HUD 用户体验的关键指标，更大的 FOV 和更远的 VID 可以定义 HUD 的功能。在 W-HUD 时代，FOV 通常在 5-9°左右，VID 最远在 5m 左右，这样的显示范围下，通常只能覆盖车速等 简单信息，导航甚至难以实现多车道覆盖，难以显示更多 ADAS 的功能。据华阳集 团多媒体产品总监描述，当
FOV 达到 11°*4°，VID 达 10m 左右时，人眼可以舒 适的实现近似三车道的覆盖。而要实现更好的 AR 实景贴合，需要进一步扩大 HUD 的成像面积，提升 FOV 和 VID，让视角内可以容纳更多的信息，并给车载显示系统 提供更多的发挥空间。
哪吒汽车2.1.2、 3D 景深显示成为下一步 AR-HUD 追求目标
AR-HUD 显示效果升级对景深呈现提出要求。据南京睿维视的研究，人眼的 3D 视 觉主要来自于生理和心里两个层面的因素决定，生理层面，人眼观察不同距离的物 体时晶状体会产生不同的屈光度来实现聚焦；同时双眼视线的夹角（辐辏）也有所 不同；此外由于双眼观察物体的角度不同，左右眼之间也会存在视觉差异。心理层 面，线性透视效应、不同的遮挡关系（间位）、阴影、以及其他经验值都会帮助人眼 和大脑形成 3D 视觉。因此人眼观察 3D 物体是系统工程，一旦有因素相互矛盾，就 会产生眩晕感。如在原本成像在远距离处的 AR-HUD 指示信息被近距离的前车遮挡， 会让大脑感到不适，久而久之产生眩晕感。因此要想实现更好的 3D 贴合效果要求 HUD 拥有 3D 显示功能，即虚拟图像可以根据现实情况实现灵活变焦，对应到 HUD 上，现有的 W-HUD 拥有较小的 FOV 和 VID，AR-HUD 具有较大尺寸的 FOV 和 VID 同时软件可配合实景显示，而未来真正的 AR-HUD 则
能够做到在视野范围的光场内 实现 3D 显示，自由变焦，让远近实景和虚像完美贴合，给人以身临其境的体验。
景深显示——不仅是舒适的需求，更是安全的守护者。研究表明2，HUD 深度感缺 失和焦距不足是一个影响安全的重要问题，一方面会导致驾驶员视觉不适和注意力 无法集中，仍需转换焦距来感知虚像和实景，另一方面，HUD 显示错误距离会影响 驾驶员对障碍物真实距离的感知，这会来带潜在的危险。尤其在雨雾天气的时候， 外部参照物减少，HUD 投影对视觉的判断会产生更多的影响。因此无论从安全还是 体验的层面考虑，3D 景深显示都是 HUD 进阶的必然方向。
2.1.3、 三大环节同步升级，共同推动 HUD 产品效果提升
图像生成单元、光学部分、软件环节三大环节决定 AR-HUD 核心显示效果，每个环 节均具有广阔的升级空间。AR-HUD 的功能是将需要呈现给驾驶员的信息与 ADAS 回传的外部道路状况融合，由图像生成单元（PGU，Picture Generation Unit）产生图 像，通过光学部分的放大和转换投影到挡风玻璃上，经过挡风玻璃的反射进入到人 眼形成虚像。在 AR-HUD 中，三大环节尤为关键：（1）图像生成单元：相当于显示 器屏幕，是影响成像对比
度、分辨率、亮度等显示效果的核心部分，目前以 TFT-LCD、 DLP 技术为主，此外 LCOS、MEMS 激光甚至 MicroLED 等技术仍然不断涌现；（2）光学部分：该部分将 PGU 产生的图像经过转换、放大后投射到挡风玻璃上，直接决 定人眼看到虚像的成像尺寸、成像距离、3D 景深效果等，同时也是影响整个模组体 积的主要环节，目前以离轴三反结构形式为主；（3）配套软件：是 AR-HUD 特有环 节，将外部信息进行坐标转换、畸变校正等并与实景贴合并呈现给乘客，随着 AR-HUD 包含的信息越来越丰富，软件的重要性日益凸显，界面美观度等直接决定 了产品客户体验。自 HUD 诞生以来，开发者们对三大环节进行了不懈探索，随着近 期行业进入快速发展期，新兴技术不断应用于其中，每个环节沿着自己的路径升级 迭代，投资机会不断涌现。
2.2、 图像生成单元：显示技术竞技场，TFT、DLP 领衔，LCOS 等新技 术天地广阔
HUD 显示效果提升的需求推动显示技术升级。前文提到，目前对于 HUD 的显 示性能主要来源于三个方面：FOV 和 VID 扩大；拥有高亮度、高对比度、高分辨率等更好的显示效果；实现 3D 景深显示。据德州仪器的数据，更大的人眼窗口和 FOV 要求 PGU 具有更高的亮度；分辨率方面，人眼正常情况下的分辨率约为 60PPD（Pixel Per Degree）因此当
FOV 扩大时要保持分辨率水平就需要成像单元的分辨率同步提 升；而在散热方面，由于光路可逆，更远的虚像成像距离和更大的显示尺寸反过来 加剧了阳光倒灌时带来的散热问题；此外，显示技术还应当适配裸眼 3D 显示的需要， 而保证其技术的延展性。 现有方案通常以 TFT-LCD、DLP 显示技术为主，LCOS 技术有望迅速落地，此 外 LBS、MicroLED 等技术亦摩拳擦掌： TFT-LCD：采用背光透射的方式，通过 TFT 基板控制液晶开闭实现成像，技术 成熟、彩分布可靠、成本低廉；但由于其采用透射方式成像，且液晶本身对温度 敏感，无法适应阳光倒灌；叠加其开口率较低，带来了其亮度低、分辨率低、对比 度低、光效低能耗高等问题。
DLP：通过数百万个铝制 DMD 芯片反射形成像素成像，具有高亮度、高光效、 高对比度、温度耐受性好等优势；但由于 DLP 技术的核心 DMD 芯片由德州仪器掌 控，厂商只能通过德州仪器采购芯片或模组，存在专利问题且成本较高。 LCOS：通过 CMOS 技术在硅芯片上加工而成，采用反射式成像，通过控制液 晶来调整光的偏转进而改变其在 PBS 棱镜中的透过率而实现灰阶的显示。LCOS 由 于电路在液晶背面，因此无需像 LCD 一样划定区域制作薄膜晶体管，具有较高的开 口率。性能优势明显：亮度高、分辨率高、画面细腻、无专利问题；但封装难度较 高，同时车规级产品成熟度不及 DLP 和 TFT-LCD 两类路
线。 LBS：激光二极管发出激光，通过 MEMS 振镜扫描叠加激光器调制实现成像。 由于直接使用激光扫描，该技术方案具有亮度高、彩好、光效高、视场角广、结 构简单等优势。但由于激光二极管对温度比较敏感，因此在车规稳定性上存在短板， 同时激光由于单性较好，会呈现出一定的颗粒感（散斑），需要采取特殊的方式来 提升显示效果。 Micro-LED：微型化 LED 阵列（1-100 微米级别），结构为微型发光二极管，通 过对其施加电压而发出单光，每一个 MicroLED 可视为一个像素。由于采用 GaN 等无机材料，并直接由 LED 发光，因此具有寿命长、工作温度范围宽、响应时间快、 亮度高、能耗低（理论上比 LCD 低 90%）等优势。MicroLED 被认为是下一代显示 技术，但目前成熟度有待提高，制备过程中的巨量转移等工艺稳定性、良率均有待 提高。