发布时间： 2024-01-23 14:42:33来源：国泰君安、智车行家
光学与算法是 AR HUD 两大核心技术支撑，也是产业发展面临的痛点。AR HUD 技术突破难点在软件算法、微显示方案和光路设计三大层面。未来 LCoS、 LBS 与 Micro-LED 以及双焦面方案、光波导 HOE+CGH 技术持续升级将不断推动 AR HUD 整体成本降低和性能提升。同时，在国内智能汽车激烈竞争与高阶自动驾驶发展面临瓶颈的背景下， AR HUD 满足智能座舱、智能驾驶发展逻辑与消费者需求，是车企实现差异化竞争的重要手段。
国内厂商快速崛起并有望凭借 AR HUD 实现弯道超车，水晶光电、怡利电子、华阳、华为、利龙中宝、弗迪、疆程、智云谷、泽景、未来黑、瀚思通等国内厂商凭借自身技术和资源优势上升势头强劲，正搭乘新兴 AR HUD 带来的发展红利强化在 HUD 产业中的竞争地位。
HUD 处于快速上车普及的增长期
向AR HUD 的新形式进化
AR HUD带来更丰富信息展示、更深入智能驾驶体验， 将成车载 HUD未来重要发展方向。AR（增强现实）是将虚拟信息与现实场景融合叠加，呈现虚实相融视觉和互动体验的技术。而 AR HUD 则是利用 AR 光学成像和虚实融合技术将车辆行驶信息、智能驾驶等虚拟信息通过车载 HUD设备投影到前挡风玻璃上，并使虚拟信息与车外实时、实际的路况相结合，向驾驶员呈现更加全面丰富且虚实相融的驾驶信息与体验的技术。在智能驾驶和智能座舱不断深度发展大背景下，AR HUD 因具有更大的成像显示区域、更多的应用体验场景、更丰富且更深入的人机交互与辅助驾驶体验，将成为未来车载 HUD 的技术进化趋势与最终形态。
1.1.1. 需求与国产厂商崛起推动车载HUD 进入高速发展期
HUD 易被客户感知，显性特征明显。亿欧智库从环境感知度、人机交互及科技系统三个维度对座舱的智能功能进行评级，其中HUD排名前列，感知度强。作为视觉层面人机交互的创新技术与方法，车载 HUD 可以满足用户在安全驾驶、导航、娱乐、信息交互等不同场景下的真实需求，提供人车交互的完整体验。同时，HUD 作为视觉工具，给予用户最直观的视觉体验与反馈，更具显性特征，大幅提升用户真实场景的体验感。因此，车载 HUD 作为人机交互最有效的窗口之一，消费者为其付费意愿强烈，推动其需求增长。
国产厂商崛起发展推动 HUD 成本降低，进一步拉动需求。PGU 是 HUD的核心技术支撑，其成本更是占到 HUG 成本的 50%左右。近年来，国内厂商在 PGU（图像生成单元）部分深入研究，逐渐崛起。国内 HUD供应商华阳集团、泽景电子、怡利电子等在 TFT、DLP 等 PGU 技术领域布局，积极与自主下游车企合作，已占据国内一定的市场份额。根据高工智能汽车的数据显示，2023 年前三季度，中国厂商占据 86.36%的中国 HUD 市场份额。基于 TFT 技术的 AR HUD，国际厂商和国内的报价差额约为 500 元，基于 DLP 技术的 AR HUD，报价差额约 1000 元。国内厂商崛起带动 HUD 价格正逐步降低，不断刺激 HUD 产业发展。
车载 HUD 技术向新车型与中低端汽车产品渗透，拉动整体 HUD 需求快速增长。在以电动化、智能化、网络化、共享化为趋势的汽车“新四化”普及过程中，包含 AR HUD 在内的车载 HUD 因具有较强的感知性、较高的融合度与性价比，更好地受益于宏观发展趋势。
当前各车企推出的新车型中 HUD 配置率越来越高，配置率快速上升。同时，车载 HUD也在持续向中低端车型下沉，自主品牌搭载HUD的比例呈现上升趋势：2023 年 1-9 月自主品牌的搭配贡献占比达到 64.46%。2023 年 1-9 月，中国市场（不含进出口）乘用车前装标配 W HUD/AR HUD 交付 149.54万辆，同比增长 45.86%。自 2023 年 7 月起，HUD 已连续 3 个月前装搭载率超过 10%，行业正处于快速增长期，需求不断增大。根据高工智能汽车研究院预测，2023 年中国市场 HUD 交付量预计将突破 220 万辆，到 2025 年或将突破 500 万辆。
1.2. AR HUD 满足更安全、更丰富的智能汽车驾驶与交互体验
相较传统 HUD，AR HUD 成像区域更广、显示能力更佳。最初的C HUD成像区域仅为一小块前置的树脂半透明玻璃，视场角（FOV）仅为 5° ×1°~4°、投射面积仅为 6~8 英寸，显示内容非常有限。W HUD 成像区域为部分的前挡风玻璃，FOV 为 10°×4°、投射面积提升至 7~15 英寸，成像区域有一定提升。而 AR HUD 由于要满足虚实相融的信息展示，成像区域必须更大，因而应用了更大和更先进的 PGU，带来 FOV 提升至 13°×5°及以上、投射面积大幅扩展至 20 英寸以上。同时，比较虚像距离（VID）等与 HUD 性能正相关的参数时，AR HUD 性能亦远超其他类型 HUD，无论成像范围还是虚实结合能力都更佳。
更大、更好的显示让 AR HUD 能反馈更多安全驾驶所需的信息，提升驾驶安全。保障安全是驾驶的首要原则与要求。HUD 的设计宗旨是将平视视线之下仪表盘和中控信息投射至视线前方，以降低危险的盲驾风险。传统的 C HUD 和 W HUD 虽然能够投射驾驶信息，在一定程度上减少驾驶员低头看仪表盘的频率，但其本质仍是车辆中控和仪表数据的简单迁移，无法满足消费者对智能座舱以及智能驾驶体验越来越高的需求。如受限于屏幕显示范围，C HUD 仅能显示车速、导航、油量等仪表盘上最关键的一类驾驶信息；W HUD 在此基础上，虽融入了更多二类驾驶辅助信息，如娱乐信息，来电显示、实时路况等，但仍无法实现虚实融合。AR HUD 则很好地运用 AR 技术对更多更全面的道路驾驶信息进行实时反馈，大幅提升驾驶安全。
更大的显示范围带来更丰富多样的信息显示。前挡风玻璃是汽车最大的显示区域，将其作为主驾第一屏投射信息，有助于保证信息清晰易读、直观可见。同时，更大的成像区域提升信息显示的丰富度。根据 CAICV，驾驶信息可根据重要性分为三大类：一类为最重要的驾驶信息；二类为辅助驾驶信息；三类为重要程度低但提升体验感的信息。AR HUD 可以将这三类信息均投射至挡风玻璃上，并与实景融合，分层级清晰地动态显示各项虚拟数据。AR HUD 除了车速等显示仪表信息，还可满足驾驶者在以下多种驾驶场景的功能需求。
光学与算法是AR HUD 核心技术支撑与发展痛点
2.1. AR HUD 工作经过前端数据收集、中端算法融合、后端成像三个环节
为实现驾驶信息图像与实景的深度融合，AR HUD 运作流程主要分为前端、中端、后端三环节：
前端：AR HUD 前端通过摄像头、各类车载传感器以及 ADAS 辅助驾驶功能提供的各类碰撞预警、车道偏离预警、行人预警及交通标志线识别等信息，获取相关环境感知信息。车载导航也为 AR HUD提供道路导航信息；
中端：软件算法需要对前端收集到的信息通过传感器融合、地图集成以及预测等算法在毫秒级时间内迅速进行数据融合、处理为显示数据；
后端：AR HUD 后端通过核心部件 PGU 图像生成单元，运用 AR 微显示方案进行图像投射。在图像投射阶段，结合自由曲面镜运用、挡风玻璃升级，3D 渲染、防抖、畸变修正、画面实时调节、虚实融合等算法技术，带来更清晰、及时的成像效果。
AR HUD 的成像原理为三次光反射。由AR HUD 的核心部件 PGU 生成的图像投射至折叠镜上完成第一次反射，其后图像通过非球面型的可旋转镜进行第二次放大反射，并通过杂光阱射出至挡风玻璃进行第三次反射最后进入驾驶员的眼中。AR HUD 形成的虚像将呈现在驾驶员视线前方，并与车外实景进行融合形成虚实融合的 AR 效果。
AR HUD 的技术突破难点在：软件算法、微显示方案、光路设计三大层面。
软件算法贯穿 AR HUD 输入、执行、输出三个环节，需重点提升数据处理准确性与及时性、内容清晰度与层次性、渲染的美观性与稳定性，以满足信息量多元化、信息可读性以及人机交互性等AR HUD更高要求，存在风格差异大、迭代周期长、实现难度大等问题；
当前主流 AR 微显示方案存在一定局限。TFT 的投影距离满足虚实结合要求难，且温控问题严重；DLP 的核心 DMD 芯片技术为 TI 垄断，存在断供风险，整体光机体积较大且制作工艺复杂，成本较高；LCoS 存在对比度低、色彩饱和度差，亮度无法满足衍射光波导技术的高亮需求等问题。LBS、Micro-LED 实现量产仍存在一定难点，但技术成熟后有望成为行业发展的分水岭。率先实现技术突破、上车量产势必给厂商带来具有竞争力的技术壁垒，使其在长期竞争中脱颖而出；
AR HUD 现有光路设计存在系统整体体积过大问题。光波导技术无需经过三次反射即可直接输出原始的完整图像，能够在尽可能大FOV 前提下使 HUD 机身更加轻薄化，节省体积空间，可解决 AR HUD 体积与 FOV 不可兼得问题，为 AR HUD 未来光路设计的主要探索方向。但光波导仍存在技术不成熟、制造难度大、良率低等问题。同时自由曲面镜、挡风玻璃等升级设计有助于辅助成像优化，但均存在技术不成熟、成本较高等问题亟待解决。
2.2. 软件算法是AR HUD 技术实现的重要支撑
在 AR HUD 三个运行阶段中，软件算法都有重要运用，是 AR HUD 技术实现的重要支撑。相较 W HUD，AR HUD 多出算法输入、执行和输出三个环节。AR HUD 的原理是从智能驾驶域获得相关环境感知、地图导航信息后，经执行层识别并快速运算，在毫秒级内迅速生成图像，投射至挡风玻璃处，并要实现实时渲染的稳定性，这对软件算法的要求有了极大提升。
（1）输入层：涉及与 ADAS 相关的识别追踪、计算机视觉等算法。ADAS 技术越成熟，算法输入层也相应得到提升；（2）执行层：涉及传感器融合、与高清地图集成以及预测算法，执行层算法技术将有效降低画面延迟效果；（3）输出层：将视频、图像等实时信息投射输出，其中 3D 渲染、防抖、畸变修正、画面实时调节、虚实融合等都是输出层算法技术的要求，提升图像输出的清晰度与及时性。
2.3. AR 微显示与光路设计是AR HUD 的另一重要支撑 2.3.1. TFT 与 DLP 是主流，LCoS 和 Micro-LED 有较大发展潜力
PGU 是 HUD 的核心部件，直接影响 HUD 成像效果与产品成本。PGU为图像生成单元，是 AR HUD 的核心部件，用以生成图形、控制亮度，直接影响 HUD 的成像效果。在 HUD 的成本结构中，PGU 占比接近 50%是整体成本最重要的部分，将直接影响 HUD 产品性价比。
目前主流PGU技术路径，即AR微显示方案主要分为：TFT-LCD、DLP、 LCOS、LBS 激光与 Micro-LED 五种。
（1）TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器技术）：核心组件为液晶单元，原理是液晶的透光率随所加电压大小变化。LED 背光源发出光线后，TFT基板产生电压，控制液晶单元的排列方向，进而影响光线的穿透量，控制画面的亮暗程度。当前 TFT-LCD 的硬件成本国外供应商为 2500-3000元，本土供应商在 2000 元左右。
2023 年 6 月，疆程推出新一代独家 TFT 技术的高性价比 AR HUD。该方案采用疆程专用 TFT 和独创背光耦合透镜系统，结合疆程独创的低动态畸变光学仿真软件，实现了成像效果的显著提升。产品 LCD 尺寸约3.6 英寸，FOV 最高可达 12°×5°，有效可视像素提升 50%以上，也有效地解决了阳光倒灌问题。
（2）DLP（数字光处理技术）：DLP 的核心组件为德州仪器专利产品DMD 芯片。DMD 芯片包括了数百万个小型铝制微镜，且每个微镜都拥有复杂的机械结构，每个微镜代表投影画面的一个像素。DLP 的技术原理基于由信号控制微镜转动实现亮暗态。电子处理单元将信息推送至DMD，进而驱动微镜转动一定角度，最后控制入射光源的反射路径。若偏转+12°，入射光进入投影透镜，呈现亮态；若偏转-12°，则被光吸收器吸收，呈现暗态。DLP 的硬件成本为 2800-4000 元左右。
新款 DLP 技术各参数均有提升，且支持下一代显示技术，厂商积极布局。DLP 满足高亮度、大 FOV 等 AR HUD 要求，但存在 TI 专利限制，成本偏高、体积偏大等问题：如最先实现车载 AR HUD 的奔驰 S 级就搭载日本精机的 DLP 方案 AR HUD，体积超过 25 升。国内广汽传祺 GS8、北京魔方、哪吒 S 等车型采用 DLP 技术方案。2023 年上海车展，TI 推出最新款 DLP 技术 AR HUD——DLP4620S-Q1。
与上一代 DLP5530 相比，各参数均有显著提升：FOV 更大（12.8°×4°），分辨率更高（100 pix/°）、亮度更高（15,000cd/㎡），体积减少约 10%-15%。此外，还支持光波导、全息光学元件（HOE）和不同的薄膜技术等下一代显示技术。基于 DLP4620，歌尔 2023 年 2 月推出新一代车载 AR HUD PGU 模组PGU4620，7 月又迭代至 Gen2。PGU4620 Gen2 增加多色温可调节功能，亮度提升 80%，达到 200lm；结合最新 DLPC 技术，可实现高刷新率120Hz，高对比度 1800:1，使 AR HUD 的显示效果更优。
（3）LCoS（硅基液晶显示）：原理为通过外加电压，改变入射光的偏振方向进而控制亮暗态。外加电压为零时，入射光 S 偏振方向不改变，反射后不进入投影光路，体现为“暗态”；存在外加电压时，入射光 S 偏振方向改变，经反光层后将变为 P 偏振光进入投影光路，体现为“亮态”。LCoS 可在 LED 光源和激光光源中二选一。使用 LED 光源，被动发光光效较低，因而图像亮度不够。若采用激光光源，则供应车规级产品的厂商少、且成本较高，目前尚未出现亮度与成本两全之选。
华为在 LCoS 技术领域积极布局。2023 年上海车展，华为推出 HUAWEI HUD AR HUD，根据华为发布显示此 AR HUD 采用车规级升级版 LCoS （微米级像素单元、2K 级分辨率）、三色 LED 光源（入眼亮度 12000 nits，色域 NTSC＞85%），短焦镜头（成像更清晰、畸变＜2%），偏振组件（光能量利用率 90%，对比度 1200:1），可实现量产最大画幅（7.5 米处 70 英寸、10 米处 96 英寸）和最高分辨率（1920x730 像素）。问界M9将搭载该款运用 LCoS 技术的 AR HUD。
（4）LBS（激光扫描技术）：LBS 是将 RGB三基色激光模组与微机电系统（MEMS）结合的投影显示技术方案。RGB激光模组发三色光后经透镜混合到达 MEMS 微镜，制动器带动微镜转动扫描形成图像。LBS 技术需要随时调节光线以实现画面统一性。为了成像的稳定性，MEMS 微镜扫描频率至少 60 次/秒，否则容易产生画面闪烁。同时需要调节光线统一由于扫描速度不断变化带来的 AR 图像亮度变化。
（5）Micro-LED（微型发光二极管）：由 LED 阵列的高密度集成，每一个 LED 像素都能自发光。Micro-LED 将 10um 尺度的 LED 芯片连接至TFT 驱动基板上，实现对每个芯片的精确控制，进而实现图像显示。Micro-LED 是典型的半导体结构，可利用成熟的半导体工艺实现较低成本生产。使用该技术的 HUD 设备优势在体积、寿命、像素、色域、分辨率、亮度及对比度。微米级别的芯片尺度以及自发光属性赋予其上述优势。目前技术的突破点在于全彩显示以及巨量转移。
短期内，TFT 与 DLP 仍将是 AR HUD 微显示的主流方案、具备性价比的选择，而 LBS、Micro-LED 因具有更高的性能潜力则或成为 AR HUD微显示方案的长期发展趋势。
短期内，TFT-LCD 与 DLP 技术较为成熟，已实现上车量产，但两者均存在一定的局限性。TFT 的投影距离无法满足虚实结合要求，且上车后温控问题难以解决。DLP 的核心 DMD 芯片技术为 TI 垄断，对企业而言存在断供风险，整体光机体积较大且制作工艺复杂，成本较高；
中期阶段，LCoS 技术在体积、亮度、分辨率和解决阳光倒灌问题上较前两个技术均有一定提升，但 LCoS 仍存在对比度低、色彩饱和度差，亮度无法满足衍射光波导技术的高亮需求等问题，限制其与最新技术的结合的远期发展；
LBS 与 Micro-LED 技术在对比度、亮度、体积结构、功耗及使用寿命方面有显著优势，并能与最新技术结合，为远期 AR HUD 的理想方案。虽然当下 LBS、Micro-LED 在技术突破以及实现量产仍存在一定难点，但也将成为行业竞争的分水岭。率先实现技术突破，实现上车量产势必给厂商带来具有竞争力的技术壁垒，使其在行业长期竞争中脱颖而出。
对于 PGU 来说，阳光倒灌是普遍存在且急需解决的问题。AR HUD 的成像原理是通过 PGU 生成图像后，通过凹透镜进行图像放大与光路投射，将图像放大至前挡风玻璃。由于光路可逆，大自然中的光线会沿着光路，反方向汇聚投射至 PGU 产品上，温度过高将有可能导致 PGU 故障损毁。各类供应商都在不断升级微显示方案以解决阳光倒灌问题。疆程采用高效的光线控制算法以及面型前置消除法，针对 TFT 解决阳光倒灌问题。智云谷通过专利技术升级，显著提升 TFT 的耐热性能，解决阳光倒灌问题。DLP 技术通过扩散器提高散热性能，缓解阳光倒灌的问题。LCoS 技术通过在反光层和硅基板电路之间建设一层金属遮光层，来避免阳光倒灌问题。
2.3.2. 光波导技术有望成为破局AR HUD 体积过大问题的关键
当前主要 AR HUD 通过三次光反射成像。目前成熟的 AR HUD 光路设计为离轴三反射镜光学系统。首先通过PGU图像单元生成虚拟图像后，经反射镜第一次反射光路至曲面镜，由曲面镜第二次反射放大，最终在挡风玻璃上进行第三次反射入人眼，形成虚像在视线前方，与实景融合，实现 AR HUD 效果。
现有光路设计存在光机体积过大问题。三次反射光路需要一定的光机体积保证。为了保障更好的驾驶体验，满足真实驾驶视线关注距离和多车道覆盖显示，AR HUD 对虚像距离（VID）和视场角（FOV）的要求较高——AR HUD 的 FOV 需大于 10°×3°，VID 大于 7.5m。在投影技术不变的前提下，要达到足够的虚像大小，需增加对应的系统光学距离（即两块镜片之间的距离+镜片与PGU之间的距离），这将进一步增大体积，使 AR HUD 整机体积更加难以控制：AR HUD 的体积在 10-20 升左右，远大于传统 W HUD 3-6 升的体积。 在此背景下，光波导技术应能节省两级反射镜体积空间，成为 AR HUD光路未来发展方向。
（1）光波导技术可解决 AR HUD 体积与 FOV 不可兼得问题，为 AR HUD 未来光路设计的主要探索方向。为了更好的虚实融合显示效果和真实驾驶需求，AR HUD 对 FOV 和 VID 要求较高，传统三次反射的光路设计使 AR HUD 整机体积难以控制。光波导技术通过光耦合器，对图像进行耦入、耦出处理，无需经过三次反射即可直接输出原始的完整图像，能够在实现尽可能大的 FOV 前提下使得 HUD 机身更加轻薄化，节省体积空间。
光波导技术的本质是对微显示画面的拆分和复原，可适配多种微显示方案。根据光耦合器的不同，光波导可分为几何光波导和衍射光波导。光波导的原理为：完整图像被切割成若干块，经折叠后形成视场细条，通过光学镜片耦入视场折叠，经波导实现光线的无损传导后，耦出部分现场将切割图片复原。通过多次的波导无损传播，改变光的传递方向，从而缩小 AR HUD 的光路系统体积。作为支撑 AR 的核心光学技术，光波导已成为海内外科技巨头积极布局的光学技术，AR HUD 也有望在在未来持续享受 AR 整体产业发展的技术进步溢出。
光波导技术可分为几何光波导和衍射光波导技术。几何光波导主要包括阵列光波导，衍射光波导技术包括表面浮雕光栅波导和全息体光栅波导。
几何光波导的阵列波导技术通过核心元件半透半反镜面阵列，图像源的光线耦合进入波导，进行全反射传输，至半透半反镜面阵列后，开始被反射进入人眼。阵列光波导的优势是可以对应较大的眼盒，图像显示效果好，但半透半反镜面工艺难度大，总体良度难以保证。
衍射光波导技术中的表面浮雕光栅波导，核心元件光栅由玻璃基底和镀膜并在镀膜上加工出形状。表面浮雕光栅可理解为通过纳米压印技术在薄膜层上“压”出所需要的痕迹。几乎平面化的“衍射光栅”取代几何光波导中立体的镜面阵列、棱镜，光的传导实现从立体到平面的过程。相较于几何光波导，表面浮雕光栅波导具有二维扩瞳、量产难度低、良率更高等优势。但其显示效果较差，可能存在彩虹效应。
衍射光波导中全息体光栅波导同样通过衍射光栅，实现从立体到平面的光的传导过程。全息体光栅是通过使用激光激发的干涉图案,曝光附着在基底上的光敏材料上，加工出形状。全息体光栅波导体积减小更有效；设计成本、制造成本优势；生产效率高；能量利用率高等优势。但相较表面浮雕光栅，无法实现自动化制造，量产难度较高；并存在色散问题。
（2）自由曲面镜在图像反射中可以改善畸变、重影等问题，但设计生产难度较高。自由曲面是指不具有对称约束的光学曲面，其能够根据需要精准控制光线的从出射角度和方向。自由曲面的物理特性使其成像、照明、显示等领域有广泛的应用，体现在 HUD 系统中为矫正畸变、重影问题以及控制体积。在放大光路的解决方案中，目前只有自由曲面镜能够实现纯净透明无炫光效果。PGU 部件输出可视图像后，经反射镜将图像投射到自由曲面镜上。自由曲面镜将原图像放大并适配风挡玻璃完成光学畸变矫正并投射到风挡玻璃上，风挡玻璃将图像反射进入眼椭球范围。自由曲面镜在工艺设计中要求高、难度高。高精度制造仪器、高反射率、穿透率要求以及高面型精度要求为自由曲面镜量产的难点。
（3）挡风玻璃结构带来重影问题。挡风玻璃有内外两层玻璃以及 PVB中间膜构成，结构有一定厚度，光线入射后将会发生两次反射，形成重影。当光线到达第一表面时，同时发生折射和反射。反射的光线进入人眼，折射的光线到第二表面再次发生反射。内外两层玻璃的反射光线同时入眼则会形成内容相同、位置错开的图像，即所谓重影。
目前解决重影问题的主要方案有使用楔形PVB膜和前挡风玻璃镀膜等。楔形 PVB膜夹层玻璃是通过改变 PVB 玻璃的形状来调整反射光线，使内外两层玻璃的反射光线入眼位置接近一致，以消除重影。抬头显示玻璃最大的壁垒在于楔形 PVB 膜，由于形状特殊，因此制造成本较高，目前带有楔形PVB膜的前挡风玻璃成本比普通前挡风玻璃成本大约高350元左右。此外由于技术壁垒，且需要针对不同的车型进行定制，开发周期长，目前楔形 PVB膜主要由外资厂商供应，如积水化学和伊士曼，国内 PVB 膜供应商则更偏向普通 PVB 膜。前挡风玻璃镀膜可看作楔形PVB 膜替代手段，但技术要求较高，目前仍处于量产验证阶段，福耀玻璃、3M 等厂家拥有相关专利。
光波导技术为未来光路设计破局关键，自由曲面镜、挡风玻璃等升级设计有助于辅助成像优化。当下光路设计的核心痛点仍是AR HUD 在FOV、 VID 等成像高要求与光机体积过大之间的矛盾，而光波导技术为此提供了解决方案。因此，布局研究光波导技术为突破光路设计困境的重中之重。其中，几何光波导的阵列波导技术为产业内重要探索方向之一，科技巨头积极布局衍射光波导的全息体光栅波导技术。而自由曲面镜、挡风玻璃的新设计也一定程度上辅助成像效果，缓解图像畸变、变形、重影等问题，成为光路设计中锦上添花的优化设计。
需求增长、技术进步、产业发展阶段等多重因素共同驱动AR HUD 行业加速发展
多重因素共同作用驱动AR HUD高速发展。人类感知到的信息中约80%由视觉获取，AR HUD 作为车载 HUD 更新、更高级的发展形态，将虚拟信息与现实场景融合叠加，带来更丰富信息展示、更深入人机交互智能驾驶体验。AR HUD 高速发展的基础是消费者主观意愿、HUD 客观技术进步以及 AR HUD 符合当前智能汽车发展阶段下智能座舱、自动驾驶发展逻辑等三方面推动力。
3.1. AR HUD 满足消费者更好的驾驶和座舱体验，是其发展的需求动因
当前智能汽车产业竞争激烈，面对消费者较高的支付意愿，厂商具备配置 AR HUD 的积极性。中国智能汽车市场正处于激烈竞争期，现有竞争者数量较多、竞争强度较大，如何创新产品、差异化提升用户体验是各大主机厂商竞争的重点。用户对于座舱内各功能的支付意愿调查结果显示，消费者对 HUD 功能的支付意愿强烈，高达 30.2%，排在各功能前列。HUD 具有功能感知度明显、科技感属性强、视觉冲击强度大、人车交互频繁度、体验感强等显性优势，整车厂将积极推进 HUD 功能装配，以给消费者更先进、更具科技感的驾驶体验，拉近客户。
AR HUD 给予更加直观的“人机交互”的体验，消费者主观付费意愿较强。随着消费者需求升级，对汽车的认知从“交通工具”向“私人第三空间”转变，汽车也被赋予更强的交互属性。而 AR HUD 不但满足消费者从安全驾驶、导航等基本驾驶需求，还能拓展满足娱乐、信息交互、个性化体验等生活娱乐需求，最终成为虚实结合的主驾第一屏。且 AR HUD 作为视觉层面人机交互的创新技术，给予用户最直观的视觉体验与反馈，显性特征明显，是作为显性视觉交互层面的高级产品，并能够与其他模态产品结合作用，满足消费者创新体验。因此，在智能汽车愈演愈烈的市场竞争下，AR HUD 给予更加直观和更好的“人机交互”体验，消费者对此付费意愿不断上升，AR HUD 正成为车企构建座舱体验差异化优势的竞争重点并推动行业持续升级发展。
3.2. AR HUD 支撑技术持续升级演进是其发展的客观动因
AR HUD 持续量产上车以及支撑 AR HUD 的微显示技术持续升级不断推动成本降低、性能提升。
未来 2-3 年内，TFT 性价比方向优化，维持主流量产方案地位。TFT技术仍有优化提升潜力，如 2023 年 6 月，疆程推出新一代独家 TFT技术的高性价比 AR HUD，采用疆程专用 TFT 和独创背光耦合透镜系统，结合疆程独创低动态畸变光学仿真软件，成像效果显著提升。该产品尺寸、视场角（FOV）均有提升，有效可视像素提升 50%以上，是一款性能优异、体积小易于布置、成本低的高性价比 AR HUD；
DLP 在未来 5 年持续放量，占据高端市场。2022Q4 起，采用 DLP方案的 AR HUD PGU 快速崛起，根据佐思汽研数据，DLP PGU 占比自 2022Q1 的 0.4%快速上升至 2023Q1 的 25%。在 2023 年上海车展 TI 推出最新款 DLP 技术 AR HUD：DLP4620S-Q1 带动 DLP方案 PGU 性价比实现较大提升、以及歌尔等巨头快速布局后，DLP有望保持快速增长势头，在未来 5 年内持续放量成为 AR HUD PGU重要组成部分；
中长期看，LCoS、LBS 与 Micro-LED 虽还未实现大规模量产，但由于其性能潜力巨大，均有厂商积极布局研究，同时伴随 AR 整体产业持续发展，LCoS、LBS 与 Micro-LED 在长期有望将AR HUD性能推向更高的层次。
AR HUD 显示技术持续演进，双焦面方案、光波导 HOE+CGH 技术量产在即。
双焦面、多焦面正在布局研发量产，未来将取代单焦面方案，带来更丰富显示效果。国内已量产的 AR HUD 多采用单焦面 2D 显示，为了丰富显示效果，大众、奥迪等车型采用了双焦面 3D 显示方案。其中，上部区域显示导航等信息，VID 可达 10 米，下部显示车速和车辆状态等信息，VID 约 3m。国内华阳多媒体、泽景电子、怡利电子、未来黑科技等多家厂商开发双焦面 AR HUD 量产方案。部分企业甚至开始布局多焦面（2 个以上）显示技术。未来黑科技研发的光场 AR HUD 具备多焦面光学成像能力，计划 2024 年量产；FUTURUS 空间光场AR HUD 正在探索可实现连续变焦效果的多焦面方案，实现将不同位置的真实物体与 HUD 虚拟影像在视觉上融合。
静态、动态全息技术共同推进 AR HUD 成像技术升级。AR 光波导技术分为几何光波导和衍射光波导，其中衍射光波导又分为表面浮雕光栅波导和体全息光栅波导。当前，体全息光栅波导 HOE（静态全息）是业界普遍看好的技术方向。同时，相较光波导、HOE，计算全息 CGH 技术（动态全息）不需要传统光学结构，利用计算机和算法生成全息图像即能在任意焦平面成像，且具有封装尺寸更小的优势，也吸引国内外多家主机厂和供应商布局投资，推进 CGH 计算全息 AR HUD 技术的开发。厂商在不同显示技术上持续关注与投入研究，带来 AR HUD 领域不断的技术升级与性能改善，将驱动行业不断发展。
3.3. AR HUD 满足智能座舱、自动驾驶发展逻辑与需求，是车企实现差异化竞争的重要手段
智能座舱为人车交互桥梁，正在快速渗透。汽车智能化可拆分为智能驾驶与智能座舱的集合。汽车智能化意味着智能座舱感知人类需求，人类拥有智能驾驶体验。座舱指汽车内部的乘驾空间。智能座舱的技术积累已较成熟，正处于加速渗透阶段：2021 年中国市场智能座舱新车渗透率为 50.6%，2025 年渗透率水平预计将超 75%。
智能驾驶发展受责任划分限制，强化智能座舱为车企实现智能化差异竞争的主要手段。责任划分问题为我国智能驾驶方面最大争议点。2022 年8 月 1 日起，我国第一部针对 L3 自动驾驶汽车的法规《深圳经济特区智能网联汽车管理条例》开始实施。该条例认定在智能汽车示范应用的背景下，L3 汽车若发生交通事故，第一责任人为驾驶人。出于事故责任认定考虑，车企可能推出无限接近 L3 的产品，使智能驾驶等级长期停留在 L3 及以下。相较智能驾驶，智能座舱独立性更高，且安全等级较低，车企智能化竞争可通过智能座舱实现。
智能化座舱的未来是成为“第三生活空间”。罗兰贝格将智能座舱的发展分为四个阶段，目前正处于由智能助力向人机共驾演变环节。 舱驾融合趋势下，AR HUD 作为显示硬件的重要性增强。AR HUD 为智能座舱各部分中，能够同时体现汽车安全域以及娱乐域信息的重要硬件，实现智能座舱域（娱乐信息）和智能驾驶域（驾驶信息）的融合。在舱驾融合成为趋势的背景下，AR HUD 功能重要性正进一步突出。AR HUD显性特征明显，有助于提高消费者对智能座舱高价接受度，将成为智能座舱未来发展的重要竞争点。
AR HUD 率先受益于座舱智能化，车企技术投入性价比高。随着座舱智能化加速，HUD 市场发展前景广阔。根据盖世汽车数据，汽车智能化产品市场规模前五中，仅有 HUD 与智能座舱概念相关，并预计产业规模将从 2021 年的 14 亿元增长至 2025 年的 225 亿元（CAGR=100.2%）。同时，HUD 作为座舱智能化过程中少有的单车价值量上升产品，预计将从2021 年的 1000 元/车提升至 2025 年的 2500 元/车，搭载 HUD 对于车企获取竞争力更具性价比。
智能座舱快速渗透，AR HUD 符合发展逻辑与趋势，为最先受益环节。智能化座舱的未来，是成为“第三生活空间”，AR HUD 作为重要硬件，显性度、感知度高，能够融合安全域和娱乐域的信息，满足未来智能座舱提供更加丰富化和生活化功能的需求。同时，HUD 产业规模不断扩大， HUD 产品单车价值量提升，若车企拥有更为先进的 AR HUD 技术，则在智能座舱方面竞争优势更大。因此，在座舱智能化背景下，AR HUD产业将顺势而上，发展推动力足。
4.1. 车载 HUD 产业国外起步早，国内厂商快速崛起并有望凭借 AR HUD 弯道超车
中国 HUD 市场格局高度集中，早期以国外厂商为主，国内厂商积极追赶。国内 HUD 市场中，国外厂商由于领域起步早、具有先发优势，在前期形成了以国际企业为主的格局。随着近年 HUD 产品逐渐由高端车向中端车型渗透、以及中外 HUD 技术差距缩小，国内厂商凭借成本优势以及本土自主品牌崛起带动的本土供应链需求，市场份额不断提升：2022 年华阳集团以 18.2%的份额，位于国内 HUD 市场供应商首位，总供应商的第二位。相较 2020 年超 80%市场份额都为国外厂商占据的局面，国内供应商追赶势头强劲。当前国内 HUD 供应商已在长城、长安、广汽、北汽等众多自主品牌汽车搭载上市。除自主品牌之外，东风本田、上汽大众、宝马、奥迪等合资品牌也开始与国内供应商开展合作，国内供应商份额提升势头有望继续保持。
AR HUD 领域国内厂商弯道超车，发展势头远超国外。外资厂商的优势主要集中在传统 W HUD 领域，而在新兴 AR HUD 领域，国内外厂商基本处于同一起跑线。在国内新能源、智能汽车行业蓬勃发展、多项国家政策支持、厂商积极技术创新等背景下，AR HUD 市场国内供应商占据主要地位。2023 年 1-9 月中国市场前装标配 AR HUD 市场份额中，国内厂商占据近 8 成，已彻底打破国外供应商垄断 HUD 市场的局面，国内厂商已完全位列 AR HUD 市场第一梯队。在 2023 年 1-9 月中国市场自主品牌乘用车前装标配 HUD 供应商中，几乎完全由国内厂商垄断。其中，华阳、泽景与 FUTURES 市场份额占据前三。
4.2. AR HUD 市场呈现初始规模小但增速高的特点
技术成熟、需求创造及成本下降为主要驱动力，AR HUD 市场空间将迎来翻倍式增长。随着 AR HUD 支撑技术成熟、本土供应链崛起、智能汽车竞争加剧，未来 AR HUD 产品体验和销量有望不断提升、成本持续下降，走向平民化时代。根据亿欧智库预测，2021-2025 年，AR HUD 市场规模将从 4.6 亿元提升至 196.7 亿元（CAGR=156%），增长率远高于 W HUD。在 AR 显示效果良好的前提下，HUD 市场加速向 AR HUD 过渡， AR HUD 需求将保持高增速增长。
AR HUD 市场有望在未来形成价格下降、产量上升的增长模式。技术研发水平为成本下降、产量上升的核心要素。随着量产上车规模不断扩大以及智能汽车市场竞争加剧，AR HUD 成本或将保持下降趋势，AR HUD选装价格由此前的万元级逐渐降至 5000 元左右甚至 3500 元级别，开始走向平民化。价格的下降亦将进一步推动 AR HUD 在整体 HUD 市场比重的快速上升，AR HUD 有望呈现良性的高速增长的模式。
大众价位车型市场渗透空间大，自主品牌将为 AR HUD 市场增长主力。从 HUD 产品出现以来，其搭载车型一直以中高端车型为主。HUD 进一步规模化需要低价位区间车型的搭载推动，而 HUD 的技术成熟、成本下降也为其向下渗透满足必备条件。W HUD 将由中高端车型向大众下沉市场渗透，而 AR HUD 保持为中高端智能车型核心竞争点。据亿欧智库预测，2021-2025 年，中国 HUD 渗透率将从 5.4%提升至 45%。
国内 AR HUD 厂商与自主品牌整车厂积极合作，推进 AR HUD 的大规模上车量产。HUD 发展初期时，进口车品牌搭载量最高，但在当下 W HUD 转向 AR HUD 的过程中，自主汽车品牌将成为增量贡献的核心：根据汽车之家数据，截至 2023 年 2 月国内共有 1385 款车型搭载 HUD，其中自主品牌 369 款，占比 27%，相较 2022 年上升 6 pct。AR HUD 厂商也开始深入与主机厂客户协同发展，探索经营合作模式，联合双方资源提升竞争优势。如 FUTURES 与理想等车企量产定点深度合作，获得较好成效：在 2023 年 1-9 月中国市场自主品牌前装 W HUD/AR HUD 供应商份额排名中，FUTURES 以15.81%位列第三，同比增幅达1109.84%。
4.3. 技术驱动、体验至上为AR HUD 未来发展方向
技术进步是推动 AR HUD 体验和成本改善的核心推动力。在当下 AR HUD 新供应商不断入场、竞争加剧的背景下，通过提升技术以实现自身产品成本和体验优势是厂商市场中保持长久竞争力的重点。
FUTURUS 认为AR HUD 仍存在虚拟信息与道路实景动态融合困难等痛点。三维全息光场显示器结合 AR 实时渲染系统和多传感器数据融合算法，可以在裸眼 3D 显示效果基础上，进一步实现四维（三维地理坐标+时间）时空融合，最大程度降低延时，提升融合效果，解决由此带来的眩晕等问题。FUTURUS 针对此类问题推出的光场AR HUD，搭载独家 AR Kernel®渲染引擎，具备光场成像能力（多景深离散光场），可实现更好的虚实融合效果以及更自然的视觉体验。该产品已与国内头部主机厂达成合作，预计 2024 年底实现量产上车。
2023 年 6 月，疆程技术独家开发的新一代 3.6 TFT-LCD AR HUD 解决方案，兼具高性能与高性价比。该方案应用其独创的背光耦合透镜系统，给消费者带来高分辨率、高对比度、高亮度的极致影像体验，同时有效解决阳光倒灌及杂散光问题，具有成像效果好、体积小、性价比高等优势。
依托技术优势，打造差异化多模态交互体验有助于提升产品竞争力。汽车智能化、智能座舱高速发展下，驾驶者人机交互需求增加，主动式、拟人化、自然化的多模态交互成为主要趋势。语音结合头姿、人脸、唇语，面部结合情绪、嗅觉等多种融合交互方式不断涌现，旨在打造更加主动、自然的人车交互。
哈曼 Ready Vision 解决方案，将 AR HUD 硬件、AR 软件框架和音频/传感器融为一体，并集成导航、ADAS 和麦克风等多个传感器，以创建自动化、及时性的视觉和音频预警，实现多模式交互。整合哈曼的定向音频和环绕声到软件平台，可以有效、直观地提示附近目标物及危险警报，缩短驾驶员对紧急情况的反应时间，保障安全驾驶。
东软 AR HUD 软件融合驾驶类、娱乐类信息，采用多种核心算法及用户体验软件，为用户提供更安全、更具交互性、更智能的沉浸式驾驶体验。此套产品方案可灵活支持各种光机硬件，支持多操作系统、多平台不同 UI 切换。作为 HUD 国家标准核心起草团队中唯一的 AR HUD 软件方案（AR Creator SDK）供应商，东软 AR HUD 产品已获长安、上汽、北汽等多家主流车厂订单，包括长安深蓝等车型已经量产上市。
2023 年 9 月正式上市的领克 08，配备 92 英寸、2K 高清晰度的 AR HUD 产品，成像距离可达 10 米。并且能通过与 TOF 摄像头的眼球追踪联动，实现 HUD 与视觉多感知交互融合，自动调节 HUD 成像画面高度，使其虚拟信息出现在眼球视线前方，为驾驶者提供更加直观、便捷的信息展示，提高驾驶安全。
AR HUD 行业国内自主品牌供应商占据超八成市场份额，处于领先地位。根据高工智能汽车的榜单数据显示，2023 年 1-9 月中国市场乘用车前装标配 AR HUD 供应商份额前三均为中国国内厂商，占据高达 75%左右的市场份额，国内厂商总体占据超八成份额。AR HUD 作为 HUD 的细分品类以成为本土供应商弯道超车的重要风口。当前国内 AR HUD 行业的头部供应商主要为：
（1） 水晶光电：光学镀膜、AR 光学和半导体光学的光学元件制造商，是国内最早量产 AR HUD 公司之一。公司主要技术产品有核心光学元件器件、基于 TFT、DLP 微显示方案的 HUD 以及全息光波导创新技术。2021 年，基于 TFT 技术的 AR HUD 搭载于红旗 E-HS9，该产品系统投影距离 7.5m，全彩可视距离覆盖 30m，投影画面达到44 英寸。2022 年长安深蓝 SL03、2023 年长安深蓝 S7 均搭载水晶光电的 AR HUD 实现量产。除此之外，公司与长城、比亚迪、吉利、奇瑞等国内车厂有定点合作项目。
（2） 怡利电子：1983 年成立的台资企业，主营产品涉及四大车载领域，包括抬头显示器（HUD）、驾驶安全防护、多媒体后座娱乐系统、充电及其他车用配件。技术指标微显示方案主要包括 TFT、DLP。3D AR HUD 为怡利电子的创新产品，其成本低于 2D AR HUD，仅约同 FOV 的 W HUD 价格的 1.5 倍。怡利电子在 AR HUD 方面积极探索一层、两层显示以及乘客 HUD 等 HUD 新形势。2021 年吉利SUV 星越 L 上市，搭载怡利电子 AR HUD。
（3） 华阳多媒体：华阳集团全资控股子公司，聚焦汽车智能化，致力于汽车电子产品及其零部件的系统供应商。2012 年成立 HUD 研发团队，截至目前拥有超百项专利技术，推出 HUD 全系列方案。凭借多年在 HUD 行业的深耕，华阳多媒体已经成功搭建 AR HUD 功能实现平台，包括 ADAS、仪表、车机、DMS 等，2023 年 1-9 月市占率达 20.24%。华阳主要应用 TFT、DLP 等微显示方案，先后推出了双焦面、斜投影 AR HUD、VPD（虚拟全景显示）等创新方案。华阳的双焦面AR HUD 采用单光机双光路方案，基于TI 的DLP 5530，近距为 2 米，视场角为 12°×1°；远距达 10 米，视场角为 12° ×3°。该方案已获定点，即将量产。更进一步的光波导技术，华阳积极布局研究。2022 年 9 月，华阳多媒体与珑璟光电建立合作，共同推进光波导技术与 AR HUD 市场的深度融合。2023 年，华阳已搭载长城、长安、问界、极氪、广汽、北汽、奇瑞、赛力斯、VINFAST等多家车企车型量产上市。
