AR HUD 中阳光负载建模的重要性
时间:2018-12-05 16:43来源:21Dianyuan
摘要:通过将关键驾驶信息叠加到真实世界中,增强现实(AR)抬头显示(HUD)将彻底改变驾驶体验。如今,AR显示的最佳示例是用于战斗机,可在飞行员的直接视线中置放大量关键信息。
本文作者:德州仪器 Michael Firth
通过将关键驾驶信息叠加到真实世界中,增强现实(AR)抬头显示(HUD)将彻底改变驾驶体验。如今,AR显示的最佳示例是用于战斗机,可在飞行员的直接视线中置放大量关键信息。
在汽车环境中,图形直接置放于驾驶员视线内取代了基本警告音或符号,通过这种方式可以传达信息并识别驾驶员视野中的威胁,使其能够立即采取行动。图形表现为真实世界的自然保形延伸;它们不仅仅是现今HUD中的二次信息显示。
正如我之前在关于阳光负载的博客文章中所讨论的,太阳辐照度对AR HUD设计提出了重大挑战。与传统的HUD不同,AR HUD具有宽视场和长虚像距离,并且需要将车辆的传感器数据与HUD显示进行实时集成。长虚像距离(>7m)及较小程度上的较宽视场(至少水平10度角x垂直4度角)导致太阳能集中度显著提高,并在成像仪面板上发生相应的热升。为了防止太阳辐照度造成的热损伤,您必须仔细设计AR HUD并运行详细的阳光负载模拟以验证操作是否可靠。
在模拟阳光负载对AR HUD设计的影响时,需要考虑以下几点。
阳光负载模型的准确性
虽然看起来很明显,但我不能夸大模型元素中准确性的重要性。AR HUD阳光负载模拟需要精确的阳光光源模型(具有适当的角度、光谱和辐照度特性),以及针对汽车中光学元件的精确光谱透射曲线,包括(但不限于)挡风玻璃、眩光陷阱和热/冷镜。
离轴太阳辐照度的影响
在日常驾驶条件下,当车辆转弯及上下坡时,各种角度的日照均会射入车内。因此,重要的是在适当的角度范围内扫描入射的太阳光,如图1所示。TI发现,在采用TI DLP®技术的AR HUD原型中,离轴峰值太阳辐照度比主光线水平差2.7倍,导致热负荷显著增加。模拟的峰值太阳辐照度如图2所示。如果您的系统设计无法处理最坏情况下的离轴太阳辐照度,那么您将面临因受损成像仪面板造成的不可接受的现场故障风险。
模拟峰值太阳辐照度只是预测和避免热失效的第一步。太阳能根据其所射入材料的光谱吸收转换为热量。例如,在我们的测试中,如图3所示,由于阳光负载导致的薄膜晶体管(TFT)面板的温升比基于DLP技术的系统中所用的透射式微透镜阵列散射屏快6倍,从而使TFT面板更易受到太阳辐照度的损害。
在85°C的环境温度下,由于其低光谱吸收和高工作温度的特性,HUD系统中采用DLP技术的Kuraray散射屏可以承受高达82kW/m2的太阳辐照度。这种热性能使DLP技术能够支持AR HUD中的长虚像距离。
其他资源
• 下载DLP5530-Q1数据表。
• 在点亮创意:TI DLP®博客上了解有关DLP技术汽车芯片组的更多信息。
• 采用针对增强现实抬头显示参考设计的电子设备和LED驱动器参考设计开始设计AR HUD和DLP3030-Q1或DLP5530-Q1芯片组。
通过将关键驾驶信息叠加到真实世界中,增强现实(AR)抬头显示(HUD)将彻底改变驾驶体验。如今,AR显示的最佳示例是用于战斗机,可在飞行员的直接视线中置放大量关键信息。
在汽车环境中,图形直接置放于驾驶员视线内取代了基本警告音或符号,通过这种方式可以传达信息并识别驾驶员视野中的威胁,使其能够立即采取行动。图形表现为真实世界的自然保形延伸;它们不仅仅是现今HUD中的二次信息显示。
正如我之前在关于阳光负载的博客文章中所讨论的,太阳辐照度对AR HUD设计提出了重大挑战。与传统的HUD不同,AR HUD具有宽视场和长虚像距离,并且需要将车辆的传感器数据与HUD显示进行实时集成。长虚像距离(>7m)及较小程度上的较宽视场(至少水平10度角x垂直4度角)导致太阳能集中度显著提高,并在成像仪面板上发生相应的热升。为了防止太阳辐照度造成的热损伤,您必须仔细设计AR HUD并运行详细的阳光负载模拟以验证操作是否可靠。
在模拟阳光负载对AR HUD设计的影响时,需要考虑以下几点。
阳光负载模型的准确性
虽然看起来很明显,但我不能夸大模型元素中准确性的重要性。AR HUD阳光负载模拟需要精确的阳光光源模型(具有适当的角度、光谱和辐照度特性),以及针对汽车中光学元件的精确光谱透射曲线,包括(但不限于)挡风玻璃、眩光陷阱和热/冷镜。
离轴太阳辐照度的影响
在日常驾驶条件下,当车辆转弯及上下坡时,各种角度的日照均会射入车内。因此,重要的是在适当的角度范围内扫描入射的太阳光,如图1所示。TI发现,在采用TI DLP®技术的AR HUD原型中,离轴峰值太阳辐照度比主光线水平差2.7倍,导致热负荷显著增加。模拟的峰值太阳辐照度如图2所示。如果您的系统设计无法处理最坏情况下的离轴太阳辐照度,那么您将面临因受损成像仪面板造成的不可接受的现场故障风险。
图 1:在一系列输入角中模拟太阳光
图 2:散射屏上的峰值辐照度作为输入阳光角度的函数。
太阳辐照度的热效应模拟峰值太阳辐照度只是预测和避免热失效的第一步。太阳能根据其所射入材料的光谱吸收转换为热量。例如,在我们的测试中,如图3所示,由于阳光负载导致的薄膜晶体管(TFT)面板的温升比基于DLP技术的系统中所用的透射式微透镜阵列散射屏快6倍,从而使TFT面板更易受到太阳辐照度的损害。
在85°C的环境温度下,由于其低光谱吸收和高工作温度的特性,HUD系统中采用DLP技术的Kuraray散射屏可以承受高达82kW/m2的太阳辐照度。这种热性能使DLP技术能够支持AR HUD中的长虚像距离。
图 3:温升与太阳辐照度
AR HUD的设计挑战与当今HUD设计中的挑战有很大不同。AR HUD中的阳光负载明显较高,您必须运行详细的热模拟并考虑设计中的离轴太阳辐照度。有关阳光负载建模的更详细讨论,请参阅白皮书“DLP技术:加载在增强现实抬头显示系统中的太阳能。”其他资源
• 下载DLP5530-Q1数据表。
• 在点亮创意:TI DLP®博客上了解有关DLP技术汽车芯片组的更多信息。
• 采用针对增强现实抬头显示参考设计的电子设备和LED驱动器参考设计开始设计AR HUD和DLP3030-Q1或DLP5530-Q1芯片组。
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