作者: 帅文
背景知识 HUD工作的基本原理就是依靠镜面反射将位于非视线区域的图像反射到视线可视区范围，加上反射区域本身透明的特性最终给用户的感受是图像叠加到前方的景物上。最简单的hud就是你把手机放在汽车前挡下面，手机画面通过前挡玻璃反射进入眼睛就是一个最原始的hud投影原型。如果你仔细观察一下就会发现这个简陋的hud有下面问题：1 不够亮也不够大 2 图像变形 3 投影距离太近 4 有很强的重影 5 投影的位置不理想。这些因素导致你对这种儿童游戏的反射影像方式毫无兴趣。
但是在开车过程中发现下面这些细节有些影响驾乘体验。 1 开车过程中时不时要盯一下车速表 2 导航的时候会频繁的看手机或导航屏幕。 3 有的司机换档的时候还低头看一下档位。 这些短暂的视线脱离驾驶前方会引起短暂的视觉盲区，如果车速快而且脱离时间较长，就像闭着眼睛开车，事故风险急剧增大。另外一个需要考虑的因素就是视线在前方和仪表盘之间来回切换还会导致眼睛需要重新调整焦距（仪表盘距离眼睛一般也就60cm左右，而我们看路面的时候一般都是10m以上的距离），当外界阳光强烈时候我们的瞳孔可能也要不停变换；眼睛的这种频繁切换很容易引起视觉疲劳（你可以自己尝试眼睛交替看近景和远景切换感受一下）。
Hud在利用上面介绍的反射原理来改善驾乘体验为目的下解决上面反射光路提到的问题。
那么如何解决？
亮度问题： 简单粗暴的方法就是提高投影图像的亮度。普通hud就是提升背光的功率来对抗电光转换效率问题。
图像变形：图像变形的原因是前挡风玻璃并非平面玻璃一块，导致枕形等畸变。此外受玻璃加工工艺的影响，玻璃表面型面的波动也会导致局部的变形，比如直线扭曲。对于第一种形变，hud厂家在内置的曲面镜会针对玻璃的曲率进行预反向畸变，到前挡玻璃后再正向畸变一下相互抵消恢复原图。对第二种变形，前挡玻璃厂家会对投影区域进行重点控制，将波动控制在一定的范围内。
距离太近：这个需要投影仪厂家内部进行光路设计，将虚像投影到比较远的距离，就像我们做视力检查时，医院通过镜面反射将距离翻倍。
重影问题： 这个很影响人的视觉体验，重影的原因是玻璃上下表面都对图像进行反射形成两重像（对于镀膜玻璃可能还有三重情况），虽然理论上有偏振光、通过镀膜拟制下层反射等方式可以解决重影问题，但是玻璃厂家用楔形膜的方式比较多，通过在玻璃中间夹一层楔形膜，这样最终下层的反射光路也会被聚向驾乘位置，弱化了重影的问题。这种技术只是专门对驾乘位置做了优化，其他位置还是会看到重影。
Hud玻璃检测工装
Hud检测工装的基本思路就是在驾乘位置对投影图像进行观察，参数化各种检测指标如：笑脸、重影、畸变等等，通过检测hud投影生成的图像是否符合预期来验证hud和玻璃的指标是否符合车厂要求。为了实现这个目标，首先要能够完成一套模拟实车光路环境的装置，这就是检测工装台架。台架上可以固定hud投影玻璃，并在实车同样的固定位置安装有hud投影仪，在驾乘位置架设有相机。作为一套光学投影系统，hud、玻璃、查看位置三个量都会影响到最终图像的视觉效果，所以在量化检测指标时候对上面的信息都需要限定。具体为hud安装位置必须和最终车辆一致，hud成像区域的玻璃的型面波动需要控制在厂家限定的范围；为了剔除不同观察位置导致的检测差别，厂家会指定几个测量点和测量角度（一般模拟高中低三个不同身高的观察点）。
hud检测工装对于hud（里面光路是否正确）、hud玻璃（型面波动和楔形膜是否正确）和最终整车安装后效果（固定位置是否有错误）的检验都需要。
检测过程中的一些技术点：
标定 不进行标定相机不会知道像素和尺寸之间的关系、当出现检测不通过时无法确认是hud还是玻璃制造问题。 标定的原理很简单，就是在hud理论成像位置放一块实际的标定板，标定板上面的图案区域同fov区，标定板的中心也在理论投影中心。有了这个标定板，视觉相机就可以通过距离换算出像素和图像尺寸之间的关系，这个关系是后续测量各个虚像尺寸的基础。通过测量和记录fov区域以及中心位置，摄像头就可以对hud在玻璃上的成像进行比对和测量。需要注意的是标定后相机的焦距就不能随意调节，否则需要重新标定。理论上每个眼点位置都应该有一个对应的标定板，具体要看厂家的要求。标定一般只需在一些参数发生调整后才需要进行，并不是每次检测都要做，否则节拍太慢。
测量图案 hud检测图案要依据检测目标有差别，如果用于检测hud，那么颜色一致性、亮度这些hud相关的指标要检测，所以检测图案就需要出现全亮、全暗、纯色这样的图案，如果要检测hud玻璃，那么就要检测鬼影（重影），图案中就需要出现细线这样的图。以检测玻璃为例，简化的测试版本可以使用一张在覆盖显示区域的点线图来测量，其中点用来测量各种畸变，线用来测量鬼影。
检测识别过程 视觉相机对拍照的图片找到里面的点和线的位置，对点中心连线测量最大最小偏离点距离，对线进行检测鬼影线和主线之间的距离（有的厂家用夹角定义），这些测量指标和厂家给定的要求范围进行比对，如果在限定范围内就判定合格。普遍检测的指标包括：1 旋转 2 畸变 3 梯形 4 长宽比 5 笑脸 6 局部放大率 7 重影 8 整体偏移等。
小提示：hud的原理决定了最终的图像不可能出现低于外界环境亮度的颜色，比如黑色；我记得曾经看到过一个介绍hud的文档，里面的投影画面出现比外界还暗的背景，这个ps的痕迹就大了点。
来源：CSDN
作者：Ti-laser
链接：https://blog.csdn.net/shuaiff/article/details/103859230