HUD虛像距離測試介紹

原創 2025-09-28 09:43:41

在HUD的成像質量評估中，虛像距離是一個重要的參數，會直接影響使用效果和用戶體驗，因此，準確的測試方法對評估性能具有重要意義。在下文中，我們將分析目前常用的兩種測量原理和影響因素，并對比其適用的場景。

HUD（Head-UpDisplay，抬頭顯示）是一種將關鍵信息投射到用戶視線前方，使其無需低頭即可查看的技術設備。其核心原理是通過光學系統將圖像投射到半透明屏幕或擋風玻璃上，形成虛擬影像，讓用戶能同時看到現實場景與疊加的信息。

早期HUD主要用于軍用飛機（20世紀60年代），幫助飛行員實時獲取飛行數據；后逐步應用于汽車、工業等領域。在汽車上引入HUD，主要目的是使駕駛員不用轉移視線就可以看到行駛關鍵信息，從而集中注意力觀察路面情況，減少眼睛離開路面的時間，提升駕駛安全。同時，可以有效避免眼睛焦點在汽車儀表與前方道路之間頻繁切換，從而減少瞳孔調整頻率，緩解眼睛疲勞。

目前在汽車HUD市場，W-HUD（Windshield Head-Up Display）和AR-HUD （Augmented Reality Head-Up Display）是當前主流方案。

HUD結構示意圖

在HUD的成像質量評估中，虛像距離是一個重要的參數，會直接影響使用效果和用戶體驗，因此，準確的測試方法對評估性能具有重要意義。

在下文中，我們將分析目前常用的兩種測量原理和影響因素，并對比其適用的場景。

方法1 - 單目調焦原理法

原理：單目調焦法利用相機清晰成像時遵循的物像關系來計算 HUD 虛像距離。上圖為對比度檢測對焦的原理，通過調節鏡片或者相機靶面位置，使 HUD 虛像在相機成像平面上清晰成像，依據鏡頭焦距、像距等參數之間的幾何光學關系，結合相機標定參數（如已知的焦距等），推算出虛像到相機的距離，也就是虛像距離。

優勢：僅需一臺相機即可完成測量，相比雙目或多目測量方法，硬件成本較低，設備搭建與操作也更為簡便。經典幾何光學成像原理，理論基礎相對直觀，易于理解和學習。

局限：受相機標定精度、圖像噪聲、調焦準確性等多種因素影響，測量精度不高。忽略了虛像可能存在的三維形變情況，在對虛像空間形態有要求的高精度測量中，準確性欠佳。常需拍攝多個圖像并進行處理分析，還往往需要實物標定來確定相機參數等，測量過程較為耗時費力。

方法2 - 雙目視差原理法