車載HUD顯示受環境影響分析

彭德淵

(重慶矢崎儀表有限公司，重慶 401123)

0 引言

車載HUD(Head Up Display)將駕駛所需的重要信息投影在駕駛者正前方，使駕駛者視線不離開路面也能夠讀取顯示信息，避免視線離開路面帶來的安全隱患。顯示信息清晰明了、駕駛者能在瞬間讀取信息是車載HUD顯示的基本要求[1]。

車載HUD采用特殊處理的擋風玻璃或半透顯示板作為顯示介質[2]。從駕駛者視角看，HUD顯示圖像疊加在前方的風景上，前方的風景成為HUD顯示圖像的背景。背景可能是灰色的路面，也可能是前方的車輛。這些都會影響HUD的顯示效果，同時還會受到環境亮度變化的影響。為此，作者分析了作為背景的路面和車輛以及周圍環境對HUD顯示的影響，這些影響關系到駕駛者能否瞬間讀取清晰明了的信息[3]。

文中采用CIE1976L*u*v*色度空間[4]進行探討(CIE1976是國際照明委員會制定的一種較均勻、更接近眼睛視覺感受結果的色度空間)。

1 環境數據測定

車載HUD顯示信息與前車尾部重合的情況下，HUD圖像會受前車車體顏色的影響。作者測定了3臺顏色較典型車輛的輝度、色度。3臺車的顏色分別為深藍色、白色、紅色。

在每臺車后方5 m遠、0.8 m高的位置進行測定，車尾無直射太陽光，如圖1所示。柏油路面測定點設定為20 m遠方路面。輝度、色度采用色彩亮度計(Konica Minolta CA2000)測定；環境照度測定采用照度計(Topcon IM-5)。

圖1 測試場景

3臺車的色坐標和環境照度、車體輝度測定數據如表1所示。

表1 實際測定數據

2 HUD圖像顏色設定

HUD圖像的顏色設定為綠、紅、藍3種顏色，參數如表2所示。

表2 HUD顯示顏色參數

3種HUD色度和4種背景(3臺車和路面)匯總于常用的CIE1931xy色度圖，如圖2所示。

圖2 背景色和HUD顏色匯總(CIE1931)

數據的測試和設定一般采用CIE1931(x,y)色度空間，需將其換算為文中分析用的CIE1976(u′,v′) 色度空間,換算公式如下：

換算后的色度如圖3所示，圖中的標記與圖2是一一對應的。

圖3 背景色和HUD顏色匯總(CIE1976)

3 混色計算

將背景和HUD進行加法混色。進行計算時，考慮環境的明暗變化，設定環境照度分別為10 000 lx(相當于陰天)、25 000 lx(相當于多云)、50 000 lx(相當于非夏季晴天)、100 000 lx(相當于夏季晴天)。通常HUD設計為環境變暗時自動調暗，環境亮度低于10 000 lx的情況文中不討論。

混色的組合方式：背景4種景顏色(分別在4種不同的環境照度條件下)與3種HUD顯示顏色進行混色。

加法混色相關公式：

Y=L1+L2

HUD的信息顯示采用的器件是TFT液晶顯示器，液晶顯示器通過白色背光和濾色片實現彩色顯示，濾色后呈現的綠色、紅色、藍色的輝度值是不同的。以作者采用的一款典型液晶顯示器為參考，設定綠色為7 000 cd/m2、紅色為3 000 cd/m2、藍色為1 000 cd/m2。按設定輝度值的綠色HUD、紅色HUD、藍色HUD與背景混色計算并換算到CIE1976(u′,v′) 色度空間，分別如圖4、圖5和圖6所示(為便于查看進行了局部放大表示)。

編號標識的由小到大體現環境照度的由小到大，即10 000、25 000、50 000、100 000 lx。

從混色計算結果可以看出：混色后藍色、紅色HUD的顏色變化較大，綠色HUD的顏色變化較小。環境照度越低，混色結果越接近HUD本來的顏色。即：車載HUD的顏色，綠色比紅色和藍色更不容易受背景影響發生變色；環境越暗，HUD顯示的顏色越不容易受背景影響發生變色。這與作者測試中的實際視覺感知是相一致的，如圖7所示。

圖4 綠色HUD(7 000 cd/m2)混色計算結果

圖5 紅色HUD(3 000 cd/m2)混色計算結果

圖6 藍色HUD(1 000 cd/m2)混色計算結果

圖7 實際HUD顯示受環境影響場景

4 結束語

采用了一些典型的車體和路面顏色和HUD顯示顏色、基于CIE1976L*u*v*色度空間進行了環境對HUD顯示的影響的分析，為HUD圖案色彩的設計提供了一種實用的分析方法。在實際設計中，可以結合客戶要求，采用文中的方法進行HUD顏色的分析和設計。

參考文獻:

[1]全國顏色標準化技術委員會.中國顏色體系:GB/T 15608-2006[S].北京:中國標準出版社,2007.

[2]王建美,羅衛東,曹博,等.車載HUD的人機界面設計[J].自動化儀表，2015,36(7):85-87.

WANG J M,LUO W D,CAO B,et al.Design of the Human-machine Interface for Automobile HUD[J].Process Automation Instrumentation,2015,36(7):85-87.

[3]陳浩.車載平視顯示器HUD系統[J].輕型汽車技術,2009(Z2):34-35.

[4]MORITA K，SEKINE M，TSUKADA Y，et al.Consideration on Appropriate Display Area for HeadUp Displays[R].SAE Technical Papers,2007:1-9.