中小盘主题：智能汽车系列（七）：AR-HUD进阶——叩开车载元宇宙大门

HUD成为行车安全守护者，人机交互新桥梁，供需两方拉动产品放量 HUD自诞生之日起，凭借帮助客户直观感知外部环境，解决盲驾隐患而受到消费者青睐。随着汽车智能化的演进，汽车与驾驶员的信息交互从简单的行车状态逐步拓展至导航、辅助驾驶、甚至生活娱乐内容，传统仪表盘难以满足需求，HUD上车成为大势所趋。近年随着AR-HUD的推出和本土供应商的崛起，产品的性能提升，价格持续下探，AR-HUD不再是豪华车的专属而被广泛配置于各类车型。供需两方拉动下，产品实现快速渗透，我们预计到2025年中国HUD市场规模将超过260亿元，并仍将保持65%以上增速，产业被彻底激活。 汽车元宇宙之窗徐徐开启，科技升级永不眠 为实现更好显示效果，FOV和VID的扩大、3D景深显示、虚实贴合效果、成像质量提升等因素成为核心目标，推动HUD产品技术不断升级。HUD由成像单元（PGU）、光学零部件、以及软件和逻辑运算几大部分构成： 成像单元（PGU）：拥有TFT-LCD、DLP、LCOS、LBS-MEMS、Micro-LED等技术路线，目前TFT-LCD凭借成熟的技术和低廉的成本应用广泛，DLP方案依靠优异的显示性能广泛出现在高端AR-HUD使用场景，而LCOS方案因其优异的显示性能以及无技术垄断等优势，有潜力成为主流的显示路线之一。 光学零部件：光学零部件决定了HUD成像范围和成像效果，如何在不增加模组体积的情况下实现FOV和VID的扩大以及3D景深显示成为行业追求目标。当前以华阳集团为代表的HUD开发商已经开发出双焦面、斜投影等产品不断提升使用体验；而未来光波导技术将彻底解决模组体积庞大的问题；计算全息（CGH）等新技术的应用也将使3D全息显示成为现实。 软件和逻辑运算：AR-HUD要求机器呈现的虚像和实景充分融合，如何将ADAS等部分感知的信息与地图等完美结合呈现给驾驶员，并尽量实现低延迟和良好的视觉体验亦是考量HUD供应商的核心指标，软件的重要性得到凸显。 跨界融合成为趋势，产业链玩家充分受益 HUD是集成光、机、电、软件等技术的一体化产品，需要厂商在每个环节具有优秀表现，目前诸多玩家开始跨界合作以构建极致产品力，未来各司其职，发挥所长将成为趋势，产业链各环节有望充分受益。目前HUD市场仍被大陆集团、电装、日本精机等外资主导，但本土企业已经蓬勃发展呈现强劲势头，以华阳集团为代表的汽车电子综合供应商、以水晶光电为代表的光学龙头企业、以及以江苏泽景为代表的创业企业均开始崭露头角，孕育出广阔投资机会。 受益标的：华阳集团、水晶光电、经纬恒润、华安鑫创、苏大维格、韦尔股份、光峰科技 风险提示：技术推进不及预期，下游需求不及预期。 1、HUD是行车安全守护者、人机交互新桥梁 避免盲驾隐患，构建人机交互新桥梁。随着汽车智能化程度的提升，汽车成为能够独立感知外部环境的智能体，汽车需要传达给驾驶员的信息日益丰富，传统仪表盘已经难以满足多维度的人机交互需求。驾驶员的注意力优先专注于驾驶，频繁转换视角关注仪表盘、中控、手机的信息会带来诸多盲驾隐患，研究显示，如果驾驶员的视线离开前方路面超2秒，事故发的可能性会急剧上升。由此HUD应运而生，它将虚拟的图像和实景贴合，一方面可以让驾驶员和乘客无需转移视线，直观的感受到行车状态、导航、辅助驾驶（如车道偏离预警）等信息，大幅提升安全性；另一方面随着成像面积的不断扩大，HUD能够进一步把生活娱乐的信息显示其中，实现观影、地图POI推送等功能，给乘客以沉浸式的交互体验，成为链接虚拟和现实世界的桥梁。 图1：人机交互信息密度提升，HUD上车成为必然趋势 图2：Wayray的全息显示系统可实现良好的虚实贴合效果 HUD诞生超过30年，海外车厂广泛配套，但整体配置率并不高。1988年，通用汽车在其旗下的OldsmobileCutlassSupremeIndy500PaceCar上首次采用了抬头 [1]陈芳,李明徽,卢宇.车载HUD的人因学研究和交互设计空间[J].汽车文摘, 2022(005):000. 显示器（HUD），产品采用风靡战斗机领域的C-HUD，只能以单色成像。1991年丰田在其皇冠车型上首次搭载HUD。1998年福特在其高端跑车雪佛兰 C5 科尔维特（Corvette）中首次搭载了彩色显示的HUD系统。2003年宝马成为欧洲第一家使用HUD的车企，并在其入门级1系之外全系标配或选配HUD。戴姆勒2014年也将HUD引入自家车型。 图3：全球首款HUD出现在通用汽车车型上 图4：雪佛兰科尔维特 C5 首次搭载全彩HUD 供给需求齐推动，产品进入快速渗透期。可以看到HUD并非新鲜事物，但起初它几乎只是豪华车的代名词。近年供需格局发生显著变化：需求端，传统的汽车状态+导航的内容传递已经逼近仪表盘+中控所能呈现信息的极限，随着更多ADAS功能的诞生，HUD上车已经成为必然趋势；此外随着本土智能汽车的崛起和竞争加剧，HUD成为整车厂提升乘车体验打造差异化的有利武器。供给端，奔驰在2020年推出全球首个AR-HUD产品，凭借优异效果刷新了人们对HUD的认知；以华阳集团为代表的本土零部件厂商崛起让此前昂贵的HUD产品走向平民化。从选装价格来看，传统BBA豪华车型的选装价格通常在8000元以上，部分甚至冲击20000以上，而近年新发布的车型如大众ID4、长安福特旗下的林肯Z、以及哪吒S、问界M5、广汽传祺GS8、长城哈弗H6等，产品选装价格已经降低至5000元左右甚至2500元级别，这表明HUD的成本已经大幅下降，伴随而来的就是W-HUD渗透率迅速提升，AR-HUD车型亦如雨后春笋般涌现。 图5：2020年起，AR-HUD迎来快速上车 图6：HUD选装价格在新发布车型、本土车型中大幅下降（单位：元） 2025年中国HUD市场规模有望超过260亿元，渗透率达到48%。据中汽协《2022年上半年汽车工业经济运行情况》数据测算，2022年国内乘用车销量预计为2300万辆；而据天津大学中国汽车战略发展研究中心测算，2025年国内乘用车销量将达到2526万辆。我们预计基于2022年补贴抢购等因素影响，2023年国内汽车销量增速相对趋缓，2024-2025年重新回归稳健增长通道。HUD渗透率方面，依据高工智能汽车数据，2021年新车搭载HUD上险量为116.72万辆，其中W-HUD和AR-HUD上险量合计为109.45万量，ARHUD搭载量超过5万辆。而根据亿欧智库数据，2025年W-HUD和AR-HUD渗透率分别达到27%和18%，我们认为基于现有良好的产业发展态势渗透率有望实现更高水平。价格上随着产品渗透率快速提升呈现下降趋势。 我们预计到2025年，中国HUD总体渗透率将达48%，其中AR-HUD渗透率将达到19%，总体市场规模将超过260亿元，并仍然保持65%以上的行业增速。 表1：预计我国HUD市场规模2025年将超过260亿元 不止于AR-HUD，技术泛化打开更广阔市场。AR-HUD融合了畸变矫正、AR虚实贴合、以及未来的全息成像等技术，这些技术的应用场景远不止AR-HUD。如投影、全息技术可应用于侧窗投影、全息助手等领域，而将ADAS信息融合实景并向客户显示的内容形式，不仅可以通过HUD在挡风玻璃上显示，也可以通过电子外后视镜、透明A柱等方式呈现。AR-HUD的技术泛化将带来更广阔的发展空间。 图7：AR-HUD技术可同步延展至电子外后视镜等其他领域 图8：AR-HUD的技术具有广阔的拓展空间 2、汽车元宇宙之窗徐徐开启，技术升级永不眠 2.1、AR-HUD是车上的AR设备，显示面积扩大和景深显示尤为重要 2.1.1、FOV和VID持续扩大，带来更好的显示效果 最大幅度扩大成像尺寸是目前抬头显示追求的核心目标。FOV（Field of View，视场角）和VID（Virtual Image Distance，虚像距离）扩大是提升当前HUD用户体验的关键指标，更大的FOV和更远的VID可以定义HUD的功能。在W-HUD时代，FOV通常在5-9°左右，VID最远在 5m 左右，这样的显示范围下，通常只能覆盖车速等简单信息，导航甚至难以实现多车道覆盖，难以显示更多ADAS的功能。据华阳集团多媒体产品总监描述，当FOV达到11°*4°，VID达 10m 左右时，人眼可以舒适的实现近似三车道的覆盖。而要实现更好的AR实景贴合，需要进一步扩大HUD的成像面积，提升FOV和VID，让视角内可以容纳更多的信息，并给车载显示系统提供更多的发挥空间。 图9：FOV、VID构成影响成像尺寸的核心指标 图10：大陆集团HUD路线图，FOV和VID持续升级 图11：AR-HUD持续扩大FOV和VID提升视觉体验 2.1.2、3D景深显示成为下一步AR-HUD追求目标 AR-HUD显示效果升级对景深呈现提出要求。据南京睿维视的研究，人眼的3D视觉主要来自于生理和心里两个层面的因素决定，生理层面，人眼观察不同距离的物体时晶状体会产生不同的屈光度来实现聚焦；同时双眼视线的夹角（辐辏）也有所不同；此外由于双眼观察物体的角度不同，左右眼之间也会存在视觉差异。心理层面，线性透视效应、不同的遮挡关系（间位）、阴影、以及其他经验值都会帮助人眼和大脑形成3D视觉。因此人眼观察3D物体是系统工程，一旦有因素相互矛盾，就会产生眩晕感。如在原本成像在远距离处的AR-HUD指示信息被近距离的前车遮挡，会让大脑感到不适，久而久之产生眩晕感。因此要想实现更好的3D贴合效果要求HUD拥有3D显示功能，即虚拟图像可以根据现实情况实现灵活变焦，对应到HUD上，现有的W-HUD拥有较小的FOV和VID，AR-HUD具有较大尺寸的FOV和VID同时软件可配合实景显示，而未来真正的AR-HUD则能够做到在视野范围的光场内实现3D显示，自由变焦，让远近实景和虚像完美贴合，给人以身临其境的体验。 图12：生理因素和心理因素共同决定了3D视觉效果 景深显示——不仅是舒适的需求，更是安全的守护者。研究表明，HUD深度感缺失和焦距不足是一个影响安全的重要问题，一方面会导致驾驶员视觉不适和注意力无法集中，仍需转换焦距来感知虚像和实景，另一方面，HUD显示错误距离会影响驾驶员对障碍物真实距离的感知，这会来带潜在的危险。尤其在雨雾天气的时候，外部参照物减少，HUD投影对视觉的判断会产生更多的影响。因此无论从安全还是体验的层面考虑，3D景深显示都是HUD进阶的必然方向。 图13：能呈现变焦效果的AR显示具备更好的体验 图14：真正的AR-HUD可提供3D景深显示效果 2.1.3、三大环节同步升级，共同推动HUD产品效果提升 图像生成单元、光学部分、软件环节三大环节决定AR-HUD核心显示效果，每个环节均具有广阔的升级空间。AR-HUD的功能是将需要呈现给驾驶员的信息与ADAS回传的外部道路状况融合，由图像生成单元（PGU，PictureGenerationUnit）产生图像，通过光学部分的放大和转换投影到挡风玻璃上，经过挡风玻璃的反射进入到人眼形成虚像。在AR-HUD中，三大环节尤为关键：（1）图像生成单元：相当于显示器屏幕，是影响成像对比度、分辨率、亮度等显示效果的核心部分，目前以TFT-LCD、DLP技术为主，此外LCOS、MEMS激光甚至MicroLED等技术仍然不断涌现；（2） [2]陈芳,李明徽,卢宇.车载HUD的人因学研究和交互设计空间[J].汽车文摘, 2022(005):000. 光学部分：该部分将PGU产生的图像经过转换、放大后投射到挡风玻璃上，直接决定人眼看到虚像的成像尺寸、成像距离、3D景深效果等，同时也是影响整个模组体积的主要环节，目前以离轴三反结构形式为主；（3）配套软件：是AR-HUD特有环节，将外部信息进行坐标转换、畸变校正等并与实景贴合并呈现给乘客，随着AR-HUD包含的信息越来越丰富，软件的重要性日益凸显，界面美观度等直接决定了产品客户体验。自HUD诞生以来，开发者们对三大环节进行了不懈探索