通过透视玻璃:汽车挡风玻璃抬头显示(HUD)测试案例研究

作者:
Shaina Warner & Anne Corning

抬头显示(HUD)最早是在20世纪40年代开发的,并在第二次世界大战中供军事飞行员使用。这种设备的基本概念现在并没有改变。对于飞机或汽车而言,HUD可以将半透明信息直接投射在操作员的视野中,这样他们就不必将视线从前方移开以查看仪表板。

但自那时起,投影方法和显示器技术已经取得了长足的进步。就汽车行业而言,从安装在仪表板上的小型2D屏幕,到可以将图像与车辆外部环境整合在一起的新一代3D增强现实抬头显示(AR-HUD)(例如:在驾驶员需要转弯的地方显示一个导航箭头),我们见证了该领域的快速发展。由于HUD可以使车辆更安全,确保驾驶员能够始终注视道路,因此该市场正在蓬勃发展。车载HUD市场规模现已达到约10亿美元,并且据预计,在2021年至2026年期间将以超过24%的复合年增长率(CAGR)持续发展。1  

Aftermarket HUD

汽车售后市场上常见的抬头显示(HUD):显示区域局限于安装在仪表板上的小型透明屏幕,一位行业评论家将其戏称为“仪表板瘤体”。(图片:© NAVDY)

挡风玻璃充当抬头显示(HUD)介质

如今的车载HUD系统将虚拟图像投影到车辆的挡风玻璃上,这些图像可以在数米远的感知距离下通过玻璃可视化。挡风玻璃充当HUD系统的光学组件。这意味着,除了图像投影技术的性能外,玻璃本身的特性也会极大地影响HUD的视觉性能。

挡风玻璃的形态、层压工艺、层厚和楔角变化可能会导致可见的缺陷,当通过玻璃观看时,这些缺陷会表现为HUD虚拟图像的尺寸失真或重影(重复)。在整个HUD生产生态系统中,从玻璃制造商到投影系统制造商,除了供应商必须满足的OEM制造商指定要求外,HUD测试需求还基于行业标准的测试参数和公式。

BMW Next 100 HUD Concepts

宝马(BMW)推出的未来主义 BMW Vision Next 100增强现实HUD,其延伸到整个挡风玻璃。(图片:BMW)

挡风玻璃层面的HUD测试需求

制造商们需要测试HUD玻璃是否存在一些主要类型的缺陷,比如:失真和重影。每种缺陷类型的测试要求可能会有所不同,但从根本上讲,通常包括通过玻璃投影的测试图像(通常为线条或点图案),以及使用图像中的坐标点来计算投影图案与理想图案之间偏差的几何测量结果的公式。

每种缺陷类型都涉及一些必须评估的质量特性,并且每种质量特性都使用特定的公式和方法(在行业标准或OEM制造商要求中指定)进行测量。举例来说,用于HUD玻璃检测的全面失真评估可能需要进行10-20种计算,以评估所有视觉质量,确保充分考虑到投影测试图像中的潜在偏差范围。

案例研究:CP Industries公司HUD玻璃测试

作为一家提供全方位服务的工具集成商,拥有数十年的业务经验,为汽车制造领域的各种应用(包括玻璃)提供量身定制的装配治具和测试系统。随着抬头显示(HUD)在汽车市场上的出现和增长,该公司已经做好了充分的准备,能够帮助客户解决挡风玻璃(作为HUD系统的一个不可或缺的组件)测试需求。

然而,对于传统的检测设备和软件而言,根据汽车行业标准和OEM制造规范报告HUD视觉质量的客观测量结果具有一定的挑战性。当该公司开始开发新的HUD玻璃测试系统时,CP Industries公司寻求优化组件,以解决新的HUD玻璃检测需求,并确保客户开箱即可解决更多的应用挑战。

该公司确定,瑞淀的 ProMetric® 成像系统TT-HUD™ 软件平台以及在该领域积累的丰富专业知识可以为他们的新一代“HUDSON”测试系统提供最佳解决方案。通过将亮度测量和色度测量成像系统应用于不同OEM制造商和供应商层级的HUD测试,瑞淀对HUD测量标准建立了基本了解。瑞淀的HUD测量解决方案结合了美国汽车工程师协会(Society of Automotive Engineers)指定的标准测试规范(SAE J1757-2)以及基于独特的客户应用需求开发的功能。

瑞淀的系统可用于测试亮度、色度和对比度等亮度特性以及执行失真、变形和重影等尺寸检查。通过配备高分辨率的科学级ProMetric成像系统,用户可以解决重要的数据处理和输出需求,并提供板载图像处理和先进计算功能,用于进行基于图像的测量。

CP Industries公司在其设计中使用瑞淀的 ProMetric Y 成像亮度计 取代传统的机器视觉相机,将其整合到他们的HUDSON测试系统中,用于进行图像采集和处理,以进行HUD玻璃检测,并使用瑞淀的TT-HUD测试套件和用户界面(专为车载HUD的自动化视觉检测而开发)对来自ProMetric系统的数据进行分析。TT-HUD测试套件提供所有数据采集和分析功能,并且不同于早期的测试系统中使用的机器视觉软件,其包含内置的计算功能,可以根据标准公式来测量HUD投影的质量。

CP Industries HUDSON testing system

来自CP Industries公司的HUDSON测试系统可以全面满足客户的HUD玻璃检测需求,其可以作为全自动化生产线的一部分使用,也可以用于生产线下测量。(图片:© CP Industries,经许可使用)

自从在HUDSON测试系统中实施瑞淀解决方案取代传统机器视觉相机以来,CP Industries公司实现了显著的收益和流程改进。由于瑞淀解决方案可以执行标准HUD测量计算,这显著缩短了HUD测试系统的开发时间,使CP Industries公司能够将客户的交货时间缩短大约10周。此外,他们还能够减少测试所需的设备数量,举例来说,他们消除了使用亮度计测试投影光源的需要(现在由ProMetric系统执行)。最后,周期时间也得到了改进,并且他们能够进行以前的系统无法进行的新测量,比如:动态几何测量。

这些优化使该公司能够向其汽车客户群提供更短的交货时间、更快的测试速度、更高的成本效率和更优异的测试能力。如需了解更多有关CP Industries公司和来自瑞淀的完整HUD测量解决方案的信息,请阅读我们的案例研究:“ CP Industries 公司使用 ProMetric® 成像亮度计和 TT-HUD™软件提供抬头显示(HUD)挡风玻璃总承包测试系统。其中,您将可以了解到以下信息:

  • HUD玻璃检测:几何测量,用于评估挡风玻璃形态、层压工艺、层厚和楔角所引起的失真、重影及其他视觉质量问题。
  • 瑞淀HUD测量系统相较用于HUD测量的传统机器视觉系统的优点
  • 瑞淀解决方案如何使CP Industries公司能够开箱即可满足所有HUD测试需求,并向他们的客户提供更短的交货时间和改进的功能。
     
Read the Case Study_CP Industries

 

 

 

 

 

引用文献
1.    Automotive Head-Up Display Market – Growth, Trends, COVID-19 Impact, and Forecasts (2021-2026), Mordor Intelligence, April 16, 2021. 

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