HUD（Head Up Display，抬头显示系统）是将车速、油耗、胎压等行车重要信息投影到前方挡风玻璃上的一套显示系统。HUD 最早应用在战斗机上，旨在降低飞行员低头查看仪表的频率，使得飞行员能在保证正常驾驶的同时，观察到各项重要指标并接收地面传输的信息，从而提升飞行的安全性和便捷性。
1988 年通用首先将该技术应用到汽车上，2003年，宝马公司成为欧洲第一家使用 HUD 技术的汽车公司，此后，通用、奔驰、本田、丰田等整车厂也相继在旗下车型上配备 HUD，HUD 之所以被越来越多的厂商应用到汽车上，主要是随着汽车功能的增多，仪表盘显示的信息也越来越多，而在驾驶过程中需要不时低头查看仪表盘或者中控屏信息，导致短暂的盲驾，不利于行车安全，而 HUD 将信息显示到汽车的前挡风玻璃上，从而避免这样的问题。
HUD技术原理
汽车HUD 系统由投影单元和显示介质两大关键部件组成。投影单元内部集成了投影仪、反射镜、投影镜、调节电机及控制单元。其中，控制单元通过车辆数据总线获取车况、导航等信息，并通过投影仪输出图像。显示介质负责成像，成像载体主要是半透明树脂玻璃和汽车前挡风玻璃。
HUD 的原理和幻灯片投影类似，投影仪产生的图像经过反射镜、投影镜反射到汽车前挡风玻璃，驾驶员可以平视的角度获取HUD 所投射的信息。光源由图像生成单元PGU（Picture Generation Unit）生成，高亮度图像信息通过多次平面或曲面镜进行放大和耦合，最后通过挡风玻璃反射的至驾驶员的眼部活动区域，即眼盒（Eyebox）。
主流的三种HUD的产品形态
C-HUD：
通过放置于仪表上方的一个半透明的树脂板作为投影介质反射出虚像，该产品因安装便利，曾在售后市场引起一阵风潮。不过，弊端亦较为明显，主要呈现在三个方面：
①成像区域小、显示内容有限；
②成像距离近，位置较低；
③C-HUD置于仪表上方，在车辆碰撞时可能会对驾驶员产生二次伤害，不利于车内安全。也正因为有这些弊端，C-HUD 逐步被边缘化。
W-HUD：
使用前挡风玻璃作为投影介质来反射成像，可支持更大的成像区域和更远的投影距离。该产品光学结构相对复杂，成本相对较高，目前主要应用在中高端车型中，但正在往中低端车型普及。
AR-HUD：
跟W-HUD 一样使用前挡风玻璃作为投影介质来反射成像，但是由于 AR-HUD 使用了增强投影面，通过数字微镜元件生成图像元素，同时成像幕上的图像通过反射镜最终射向挡风玻璃，使得增强过后的显示信息可以直接投射在用户视野角度的道路上，使显示信息可以与交通状况进行融合。
WAR-HUD 较W-HUD 而言成像区域更大、投射距离更远，成像上也更为生动直观。AR-HUD 可在驾驶员视线区域内合理叠加显示一些驾驶息，将导航和ADAS 信息与前方道路融合，直接将转向指示、障碍物警告、车道偏离、前车预警、盲区监测等内容显示出来。但是由于AR-HUD 将信息直接显示在真实道路上，实现这一特性需要通过前视摄像头对前方的路况进行解析建模，得到对象的位置、距离、大小，再把HUD 需要显示的信息精准地投影到对应的位置，这需要强大的运算能力。
区别：
第一代为C-HUD（Combiner HUD），组合式抬头显示系统。C-HUD 采用半透明树脂板作为显示介质，具有安装便利的优点，但是成像区域小、显示信息少，由于C-HUD是以配件的形式加装在车辆上，在发生事故时容易对驾驶员造成二次伤害。第二代W-HUD（Windshield HUD）风挡式抬头显示系统，是目前应用最广泛的HUD，已经实现量产。W-HUD利用光学反射将行车信息投射到汽车前挡风玻璃上。WHUD较C-HUD 显示范围更大、投影距离更远。第三代AR-HUD（Augmented Reality HUD）增强现实抬头显示系统，是一种全新的抬头显示技术，和传统的W-HUD 相比，AR-HUD 投影范围大、信息量多，可以更好的结合ADAS 采集到的数据，进行场景融合，通过数字图像与真实场景的叠加，增强HUD 的实用性和科技感。
HUD的技术壁垒
自由曲面投射镜
汽车前挡风玻璃是无对称性的自由曲面，自由曲面会使成像出现扭曲。如果 HUD 投射的图像是正常无扭曲的，那么在投影到前挡风玻璃上后，人眼将看到发生畸变的图像。解决方案是将 HUD 系统中的投影镜也做成自由曲面，拟合前挡风玻璃以抵消图像畸变。为了形成精确图像，自由曲面投影镜需要极为精密的制造仪器和技术，例如德国大陆的 HUD 投影镜采用注塑成型方法生产，容差控制在 5 微米以下，需使用万级甚至十万级无尘室车间。
特殊挡风玻璃
汽车普通的前挡风玻璃使用夹层结构，由双层玻璃与内部PVB 夹层组成，如果将HUD图像直接投射到前挡风玻璃上容易出现重影，影响显示效果，因此需要对挡风玻璃进行特殊处理。目前的主流解决方案有两种：
① 楔形PVB 膜方案。将HUD 前挡风玻璃的内部PVB 膜制成楔形，使挡风玻璃呈现上厚下薄的形态，能够消除重影现象。
② 镀膜方案。在前挡风玻璃上镀透明纳米膜，其与偏振光的组合作用能够在消除副像的同时增强主像，提高主副像之间的亮度比值，从而消除重影。与楔形膜方案相比，镀膜方案开发周期更短，能实现更大的图像尺寸。
FOV&VID和体积之间的权衡
FOV（Field of view，视场角）是以驾驶员眼睛为中心到虚像的水平和垂直边缘所呈的角度；VID（Virtual image distance，虚拟映像距离）则是指人像到虚像的水平距离。在实际驾驶过程中，驾驶者通常关注前方20 米左右的路况，VID 过小将导致HUD 的显示图像与道路不在同一平面上，此时人眼需要在道路和HUD图像之间来回切换、调整焦点，导致驾驶者视觉疲劳。可视角度和成像大小越大，可显示的信息就越多。VID、FOV 和视野盒大小直接影响显示效果，也是HUD 产品最重要的参数，例如AR-HUD 产品需要达到10°的水平FOV 以及7.5 米以上的VID，而目前主流的W-HUD 产品仅实现6°的水平FOV 和不到3 米的VID。
为了实现更大的VID、FOV 和视野盒大小，需要让投影虚像在光机内反射足够的距离，这将提高HUD 的结构复杂度和体积，增加整体成本，目前成像距离、大小和HUD 体积、成本之间的权衡是车载HUD 普及的一大挑战。
亮度和散热
HUD 的显示效果由投影光线的亮度和环境光亮度共同决定，汽车前方的环境光通常很强，尤其是在太阳直射的时候。为实现全环境清晰显示，一方面需要提高HUD的发光亮度，通常要求达到10000nits，作为对比液晶电视的峰值亮度一般为1000nits；另一方面汽车也会面临阴天、隧道、夜晚等较暗的驾驶环境，始终保持高亮度显示会对人眼造成伤害，因此HUD需要实现根据光感不同自动调整亮度的功能。
HUD 通常布置在车载仪表前方，直接暴露在太阳光下，阳光倒灌问题要求HUD 具备良好的耐高温性能；此外HUD 的高亮度需要大光源支持，这对于HUD 内部散热提出更高的要求。如果HUD散热性能不佳，在阳光直射和高温环境下（例如车规85℃环境）容易造成光学和电子元件的损坏，影响HUD 使用寿命。为提升散热性能，HUD 厂商通常采用大面积散热孔、贴敷导热硅胶片等散热设计。德州仪器在其HUD 样机中使用全金属结构辅助散热，但成本将增加。
