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虛虛實實盡收眼底 擴增實境HUD 當駕駛的安全車掌

文/劉珈均

隨著科技進步,車輛配備的輔助系統愈來愈多,如導航、行車紀錄器、倒車顯示等等,但琳瑯滿目的資訊與大小螢幕充斥駕駛座附近,有時此起彼落的嗶嗶聲提醒反而使駕駛容易分心。車輛研究測試中心研發「擴增實境式抬頭顯示系統」(Augmented Reality Head Up Display, AR HUD),整合車道偏移、前方防撞、駕駛狀態偵測、儀表板等多項行車資訊,透過光學鏡片投影到眼前的擋風玻璃上,讓駕駛更舒適、直覺地判讀重要資訊,同時兼顧實境路況。

車電系統發展處光學設計中心、負責光學系統開發的鄭舜文說,據研究,未注意車前狀況而發生事故的比例達18%,而駕駛的視線偏移前方超過2秒,發生事故的機率便會大幅提高,而HUD將資訊投影在眼前,可減低駕駛的視覺分心。

車輛中心團隊研發的HUD可裝設於儀表板的上方及遮陽板下方,以高顯色、低耗能的雷射投影機作為影像來源,將重要的資訊經HUD鏡組投射至特殊玻璃上,而影像將呈現於擋風玻璃前方,虛像畫面距離駕駛約2.5公尺,大小約26吋。系統會根據人眼的位置自動校正影像,讓成像位於駕駛開車時的平視角度。資訊內容涵蓋車身基礎資訊,並偵測車道是否偏移、與前方安全距離、駕駛視線是否轉移太久(例如轉頭超過30度,久於5秒)。

此技術亮點之一在於虛像光學,團隊透過光學技術把虛像距離拉到遠處,讓資訊圖表具有「景深」,「我們開車時,焦點是放在遠處的。」鄭舜文說,將成像拉遠可讓駕駛判讀時更貼近直覺。另一個技術核心在於系統會計算、結合人眼與前方道路座標,將資訊與前方道路實景疊合,例如道路偏移偵測系統,在屏幕上呈現為宛如鐵路般向前延伸的平行線,線條貼齊實景道路的車道線,呈現相同的距離感,讀取資訊無視差。此前瞻技術獲得2011紐倫堡發明展金牌獎。

精巧的抬頭顯示器整合許多資訊,讓駕駛一眼掌握重要資訊與路況。

精巧的抬頭顯示器整合許多資訊,讓駕駛一眼掌握重要資訊與路況。

為了整合眾多資訊,而軟體也運算順暢,研究團隊設想了各種駕駛情境以及所需的輔助影像,依據該情境的主要與次要需求設定啟動條件,例如車速達時速50公里才會啟動駕駛狀態偵測、車速達60公里,系統才會觸發前方防撞偵測。

研發始於四年前,當時HUD還只是概念性產品,尚不普及,團隊認為HUD對車用安全幫助很大,加上車輛中心自有影像與車用安全資訊技術,因此結合影像顯示與車用安全系統,開發了AR HUD。現今舉目所見市場上的HUD產品則功能有限,日本用電子大廠Pioneer的上置式HUD首重導航;目前國內常見的HUD顯示器資訊不多,大致只將儀表板的資訊搬到眼前的擋風玻璃上。

研發過程也曾有小插曲,一開始團隊並未考量體積,只著重於大畫面顯示及整合多功能,結果成品體積龐大,鄭舜文笑著說:「車輛驗證測試時還必須把儀表板挖空才能擺進HUD系統。」而要在兼顧功能完整的條件下縮小HUD的體積以符合車內空間,正是技術的困難處,考驗光路設計能力。

人類對資訊的接受度有限,團隊事前曾與大學合作人因研究,在受試者眼前模擬行車畫面,投影不同型態的資訊,研究人對資訊的接受情況,據此設計HUD投影的資訊內容。未來,團隊預計繼續整合幾項車用安全資訊,例如導航、盲點偵測系統,讓系統更完備。

研發AR HUD的車輛中心團隊。

研發AR HUD的車輛中心團隊。

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