近日，英國劍橋大學、牛津大學和倫敦大學的研究人員開發(fā)了一種用于汽車的平視顯示器樣機（HUD），可以將激光雷達系統(tǒng)的點云數據傳輸到后臺系統(tǒng)中，然后將數據轉換為超高清3D全息圖像（CGH），并將其成像于駕駛員的安全視野當中，從而創(chuàng)建增強現(xiàn)實（AR）的體驗。研究人員認為這種全景全息投影方案可以通過提醒和警告駕駛員隱藏障礙的方式提高汽車安全性。

圖 基于激光雷達點云數據的“樹”圖像（左），以及同一圖像的全息圖（右）

從“鬼影”到AR：難！

HUD是一種可以讓駕駛員在不需要額外操作的情況下訪問車輛控制信息的顯示器，最早出現(xiàn)在1988年通用汽車的Oldsmobile Cutlass Supreme系統(tǒng)中，該系統(tǒng)是一個簡單的單色顯示屏，可以從擋風玻璃上顯示2D的“鬼影”圖像并反射到人眼中。

而將2D的圖像升級為AR圖像是一種極具潛力的應用，但這卻有眾多的技術難點。對于AR-HUD來說，需要將不斷變化的外部環(huán)境投影到駕駛員的目標視野中（駕駛員眼前大約15×15厘米的區(qū)域），使其可以輕松且安全的觀察到整個場景。這一技術最重要的便是需要多焦點成像功能，即可以在各種深度和距離下提供目標物體視圖，這比擋風玻璃上的靜態(tài)“鬼影”圖像實現(xiàn)難度高了幾個量級。

激光雷達+全息圖

激光雷達LiDAR(LightLaser Detection and Ranging)，是激光探測及測距系統(tǒng)的簡稱，目前已經大量應用于自動駕駛汽車的開發(fā)中，為了解決AR-HUD的難題，研究人員將這種全景全息現(xiàn)實系統(tǒng)與激光雷達技術結合在一起提出了一種新型系統(tǒng)。

該系統(tǒng)首先讀取激光雷達點云數據（前方場景的數百萬個激光脈沖回波信息）到定制的計算機算法中，以選擇場景中的特定目標對象；其次，將與目標對象相對應的激光雷達數據輸入另一種算法，以生成對應的衍射圖樣（該衍射圖樣用于創(chuàng)建全息圖像）；再次將衍射圖樣的數據輸入到相位空間光調制器（SLM）中，并對激光器進行相應的調制（激光器選擇為633 nm，5 mW的氦氖激光器）；最后調制的激光束經過一系列透鏡、偏振器、半波片和非偏振分束器將全息圖投射到目標區(qū)域中。

圖 相位調制空間光調制器示意圖（上）；激光雷達點云模型（左下）；根據點云模型的衍射數據轉換的3D全息圖（右下）

應用：提醒駕駛員注意隱患

該系統(tǒng)尚未在實際汽車中進行過測試，但已經通過實驗將Malet Street的激光雷達點云數據成功轉換為3D全息投影圖像，且該系統(tǒng)可以將虛擬全息對象與真實世界視圖中不同深度的對象對齊，進一步提高了AR-HUD的應用潛力，例如這一系統(tǒng)可以在足夠密集的激光雷達數據中提取正確的元素并將其成像在目標區(qū)域，以此可以警告駕駛員前方道路上的路牌或潛在危險或障礙物。

目前，該研究團隊正努力將這一系統(tǒng)進行小型化，使其可以更加符合汽車的應用，并在未來對其進行實際的道路測試。此外，研究人員還希望可以建立新的計算機程序，以提供多層不同的對象，并布置在駕駛員視覺空間的不同位置，即完整的全景實時全息投影。