HUD虚像距离测试介绍

原创 2025-09-28 09:43:41

在HUD的成像质量评估中，虚像距离是一个重要的参数，会直接影响使用效果和用户体验，因此，准确的测试方法对评估性能具有重要意义。在下文中，我们将分析目前常用的两种测量原理和影响因素，并对比其适用的场景。

HUD（Head-UpDisplay，抬头显示）是一种将关键信息投射到用户视线前方，使其无需低头即可查看的技术设备。其核心原理是通过光学系统将图像投射到半透明屏幕或挡风玻璃上，形成虚拟影像，让用户能同时看到现实场景与叠加的信息。

早期HUD主要用于军用飞机（20世纪60年代），帮助飞行员实时获取飞行数据；后逐步应用于汽车、工业等领域。在汽车上引入HUD，主要目的是使驾驶员不用转移视线就可以看到行驶关键信息，从而集中注意力观察路面情况，减少眼睛离开路面的时间，提升驾驶安全。同时，可以有效避免眼睛焦点在汽车仪表与前方道路之间频繁切换，从而减少瞳孔调整频率，缓解眼睛疲劳。

目前在汽车HUD市场，W-HUD（Windshield Head-Up Display）和AR-HUD （Augmented Reality Head-Up Display）是当前主流方案。

HUD结构示意图

在HUD的成像质量评估中，虚像距离是一个重要的参数，会直接影响使用效果和用户体验，因此，准确的测试方法对评估性能具有重要意义。

在下文中，我们将分析目前常用的两种测量原理和影响因素，并对比其适用的场景。

方法1 - 单目调焦原理法

原理：单目调焦法利用相机清晰成像时遵循的物像关系来计算 HUD 虚像距离。上图为对比度检测对焦的原理，通过调节镜片或者相机靶面位置，使 HUD 虚像在相机成像平面上清晰成像，依据镜头焦距、像距等参数之间的几何光学关系，结合相机标定参数（如已知的焦距等），推算出虚像到相机的距离，也就是虚像距离。

优势：仅需一台相机即可完成测量，相比双目或多目测量方法，硬件成本较低，设备搭建与操作也更为简便。经典几何光学成像原理，理论基础相对直观，易于理解和学习。

局限：受相机标定精度、图像噪声、调焦准确性等多种因素影响，测量精度不高。忽略了虚像可能存在的三维形变情况，在对虚像空间形态有要求的高精度测量中，准确性欠佳。常需拍摄多个图像并进行处理分析，还往往需要实物标定来确定相机参数等，测量过程较为耗时费力。

方法2 - 双目视差原理法