车载HUD显示受环境影响分析

彭德渊

(重庆矢崎仪表有限公司，重庆 401123)

0 引言

车载HUD(Head Up Display)将驾驶所需的重要信息投影在驾驶者正前方，使驾驶者视线不离开路面也能够读取显示信息，避免视线离开路面带来的安全隐患。显示信息清晰明了、驾驶者能在瞬间读取信息是车载HUD显示的基本要求[1]。

车载HUD采用特殊处理的挡风玻璃或半透显示板作为显示介质[2]。从驾驶者视角看，HUD显示图像叠加在前方的风景上，前方的风景成为HUD显示图像的背景。背景可能是灰色的路面，也可能是前方的车辆。这些都会影响HUD的显示效果，同时还会受到环境亮度变化的影响。为此，作者分析了作为背景的路面和车辆以及周围环境对HUD显示的影响，这些影响关系到驾驶者能否瞬间读取清晰明了的信息[3]。

文中采用CIE1976L*u*v*色度空间[4]进行探讨(CIE1976是国际照明委员会制定的一种较均匀、更接近眼睛视觉感受结果的色度空间)。

1 环境数据测定

车载HUD显示信息与前车尾部重合的情况下，HUD图像会受前车车体颜色的影响。作者测定了3台颜色较典型车辆的辉度、色度。3台车的颜色分别为深蓝色、白色、红色。

在每台车后方5 m远、0.8 m高的位置进行测定，车尾无直射太阳光，如图1所示。柏油路面测定点设定为20 m远方路面。辉度、色度采用色彩亮度计(Konica Minolta CA2000)测定；环境照度测定采用照度计(Topcon IM-5)。

图1 测试场景

3台车的色坐标和环境照度、车体辉度测定数据如表1所示。

表1 实际测定数据

2 HUD图像颜色设定

HUD图像的颜色设定为绿、红、蓝3种颜色，参数如表2所示。

表2 HUD显示颜色参数

3种HUD色度和4种背景(3台车和路面)汇总于常用的CIE1931xy色度图，如图2所示。

图2 背景色和HUD颜色汇总(CIE1931)

数据的测试和设定一般采用CIE1931(x,y)色度空间，需将其换算为文中分析用的CIE1976(u′,v′) 色度空间,换算公式如下：

换算后的色度如图3所示，图中的标记与图2是一一对应的。

图3 背景色和HUD颜色汇总(CIE1976)

3 混色计算

将背景和HUD进行加法混色。进行计算时，考虑环境的明暗变化，设定环境照度分别为10 000 lx(相当于阴天)、25 000 lx(相当于多云)、50 000 lx(相当于非夏季晴天)、100 000 lx(相当于夏季晴天)。通常HUD设计为环境变暗时自动调暗，环境亮度低于10 000 lx的情况文中不讨论。

混色的组合方式：背景4种景颜色(分别在4种不同的环境照度条件下)与3种HUD显示颜色进行混色。

加法混色相关公式：

Y=L1+L2

HUD的信息显示采用的器件是TFT液晶显示器，液晶显示器通过白色背光和滤色片实现彩色显示，滤色后呈现的绿色、红色、蓝色的辉度值是不同的。以作者采用的一款典型液晶显示器为参考，设定绿色为7 000 cd/m2、红色为3 000 cd/m2、蓝色为1 000 cd/m2。按设定辉度值的绿色HUD、红色HUD、蓝色HUD与背景混色计算并换算到CIE1976(u′,v′) 色度空间，分别如图4、图5和图6所示(为便于查看进行了局部放大表示)。

编号标识的由小到大体现环境照度的由小到大，即10 000、25 000、50 000、100 000 lx。

从混色计算结果可以看出：混色后蓝色、红色HUD的颜色变化较大，绿色HUD的颜色变化较小。环境照度越低，混色结果越接近HUD本来的颜色。即：车载HUD的颜色，绿色比红色和蓝色更不容易受背景影响发生变色；环境越暗，HUD显示的颜色越不容易受背景影响发生变色。这与作者测试中的实际视觉感知是相一致的，如图7所示。

图4 绿色HUD(7 000 cd/m2)混色计算结果

图5 红色HUD(3 000 cd/m2)混色计算结果

图6 蓝色HUD(1 000 cd/m2)混色计算结果

图7 实际HUD显示受环境影响场景

4 结束语

采用了一些典型的车体和路面颜色和HUD显示颜色、基于CIE1976L*u*v*色度空间进行了环境对HUD显示的影响的分析，为HUD图案色彩的设计提供了一种实用的分析方法。在实际设计中，可以结合客户要求，采用文中的方法进行HUD颜色的分析和设计。

参考文献:

[1]全国颜色标准化技术委员会.中国颜色体系:GB/T 15608-2006[S].北京:中国标准出版社,2007.

[2]王建美,罗卫东,曹博,等.车载HUD的人机界面设计[J].自动化仪表，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]陈浩.车载平视显示器HUD系统[J].轻型汽车技术,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.