剑桥大学研发全息AR显示器 用LiDAR数据投影

近日来自剑桥大学、牛津大学和伦敦大学学院的研究人员研发了首款基于激光雷达（LiDAR）的车用增强现实（AR）平板显示器。经过测试表明，该项技术可以“看穿”物体，在不分散驾驶员注意力的情况下，提醒司机潜在危险，从而提高道路安全。

　　目前，这项研究已于4月21日发表在了美国老牌光学期刊《Optics Express》上，论文题目为《用于汽车平板显示器的LiDAR衍生数字全息图 （LiDAR-derived digital holograms for automotive head-up displays）》。

　　一、与以往挡风玻璃投影不同，运用激光雷达探测路况

　　该研究的作者、剑桥大学工程系博士研究生Jana Skirnewskaja表示，“平视显示器正在被整合到联网汽车中，在现有的技术中，这项技术会将车辆行驶时的速度和燃油量等信息，直接投射到驾驶员前方的挡风玻璃上。但这样很容易影响驾驶员的注意力。所以，基于这个问题，我们想通过改善技术，将真实的物体以全景3D投影的形式呈现。”

　　因此，Skirnewskaja和同事们以激光雷达为基础，创建了该系统。通过激光雷达监测的道路数据，创建出相应的超高清全息图像，并将其直接传输至驾驶员的视野。虽然该项技术尚未在汽车中进行测试，但研究人员以伦敦市中心繁忙的Malet街作为前期测试对象，与地理学家Phil Wilkes一起利用陆地激光扫描的技术扫描整条街道。

　　二、构建3D模型，通过光学装置，为全息影像赋能

　　数以百万计的脉冲从Malet街的多个位置发出。然后将激光雷达和点云数据相结合，创建出3D模型。Phil Wilkes解释道，“用这种方式扫描，我们不仅可以捕捉树木、汽车、行人，以及街道上的所有物体，还能将扫描结果结合在一起，构成完整的场景。虽然目前这些数据是来自固定的平台，但这中技术类似于下一代自动或半自动驾驶汽车的传感器。”

　　当街道的3D模型完成后，研究人员运用分离算法对其进行处理，然后提取目标物体，并通过另一种算法将目标物体转换为计算机生成的衍射图案，再将数据传送到光学装置，从而使3D全息物体投射到驾驶员的视野。

　　值得一提的是，在高级算法的辅助下，这种光学装置能投射多层全息图，并以不同尺寸呈现，使其所表示的图像与真实物体的位置保持一致。对于隐藏的路况信息，全息投影会显示出实际位置。它不仅可以作为一种警报机制，同时也让驾驶员有种“看穿”视觉障碍物的感觉。

　　三、分层投影，减小光学装置尺寸

　　对于该系统的下一步计划，研究人员希望继续对它进行完善，并开发算法，使平视显示器能够投射不同物体的多个层面，同时这些分层全息图还可以个性化布局的出现在驾驶员的视野中。例如，在第一层的全息图，可以将远距离的交通标志投射成较小的尺寸。在第二层的全息图，可以将近距离的警示牌能以较大的尺寸显示。

　　Skirnewskaja进一步解释道，“这种分层技术在增强AR体验的同时，能够自然地提醒驾驶员。但因为每个人对显示选项都有着不同的偏好，所以个性化布局是非常有必要的。例如，除了车速和路况信息外，驾驶员还能将自己的生命健康体征投射到抬头显示器的理想位置。”

　　“3D投影技术可以实时显示路况，在不影响驾驶员驾驶的前提下，为其提供有效的安全措施。”目前，研究人员正致力于减小光学装置的尺寸大小，使其可以安装到车辆里。如果一旦完成，研究人员将在公共道路上进行实体车辆测试。

　　结语：AR技术深度融合汽车产业

　　激光雷达探测技术为AR在汽车行驶领域的应用提供了一种新的可能。全景3D投影的出现，不仅可以实时呈现路况和提供车辆行人监测等信息，还能为驾驶员的安全保驾护航。

　　全息技术是未来汽车智能化发展的一大趋势。而真正的3D的影像，是可以从360°的任何角度观看影像的不同侧面。汽车驾驶要达到这一程度，还需要有几十年的发展。