劍橋大學(xué)研發(fā)全息AR顯示器 用LiDAR數(shù)據(jù)投影

近日來(lái)自劍橋大學(xué)、牛津大學(xué)和倫敦大學(xué)學(xué)院的研究人員研發(fā)了首款基于激光雷達(dá)（LiDAR）的車(chē)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）平板顯示器。經(jīng)過(guò)測(cè)試表明，該項(xiàng)技術(shù)可以“看穿”物體，在不分散駕駛員注意力的情況下，提醒司機(jī)潛在危險(xiǎn)，從而提高道路安全。

　　目前，這項(xiàng)研究已于4月21日發(fā)表在了美國(guó)老牌光學(xué)期刊《Optics Express》上，論文題目為《用于汽車(chē)平板顯示器的LiDAR衍生數(shù)字全息圖 （LiDAR-derived digital holograms for automotive head-up displays）》。

　　一、與以往擋風(fēng)玻璃投影不同，運(yùn)用激光雷達(dá)探測(cè)路況

　　該研究的作者、劍橋大學(xué)工程系博士研究生Jana Skirnewskaja表示，“平視顯示器正在被整合到聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)中，在現(xiàn)有的技術(shù)中，這項(xiàng)技術(shù)會(huì)將車(chē)輛行駛時(shí)的速度和燃油量等信息，直接投射到駕駛員前方的擋風(fēng)玻璃上。但這樣很容易影響駕駛員的注意力。所以，基于這個(gè)問(wèn)題，我們想通過(guò)改善技術(shù)，將真實(shí)的物體以全景3D投影的形式呈現(xiàn)?！?

　　因此，Skirnewskaja和同事們以激光雷達(dá)為基礎(chǔ)，創(chuàng)建了該系統(tǒng)。通過(guò)激光雷達(dá)監(jiān)測(cè)的道路數(shù)據(jù)，創(chuàng)建出相應(yīng)的超高清全息圖像，并將其直接傳輸至駕駛員的視野。雖然該項(xiàng)技術(shù)尚未在汽車(chē)中進(jìn)行測(cè)試，但研究人員以倫敦市中心繁忙的Malet街作為前期測(cè)試對(duì)象，與地理學(xué)家Phil Wilkes一起利用陸地激光掃描的技術(shù)掃描整條街道。

　　二、構(gòu)建3D模型，通過(guò)光學(xué)裝置，為全息影像賦能

　　數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的脈沖從Malet街的多個(gè)位置發(fā)出。然后將激光雷達(dá)和點(diǎn)云數(shù)據(jù)相結(jié)合，創(chuàng)建出3D模型。Phil Wilkes解釋道，“用這種方式掃描，我們不僅可以捕捉樹(shù)木、汽車(chē)、行人，以及街道上的所有物體，還能將掃描結(jié)果結(jié)合在一起，構(gòu)成完整的場(chǎng)景。雖然目前這些數(shù)據(jù)是來(lái)自固定的平臺(tái)，但這中技術(shù)類(lèi)似于下一代自動(dòng)或半自動(dòng)駕駛汽車(chē)的傳感器?！?

　　當(dāng)街道的3D模型完成后，研究人員運(yùn)用分離算法對(duì)其進(jìn)行處理，然后提取目標(biāo)物體，并通過(guò)另一種算法將目標(biāo)物體轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)生成的衍射圖案，再將數(shù)據(jù)傳送到光學(xué)裝置，從而使3D全息物體投射到駕駛員的視野。

　　值得一提的是，在高級(jí)算法的輔助下，這種光學(xué)裝置能投射多層全息圖，并以不同尺寸呈現(xiàn)，使其所表示的圖像與真實(shí)物體的位置保持一致。對(duì)于隱藏的路況信息，全息投影會(huì)顯示出實(shí)際位置。它不僅可以作為一種警報(bào)機(jī)制，同時(shí)也讓駕駛員有種“看穿”視覺(jué)障礙物的感覺(jué)。

　　三、分層投影，減小光學(xué)裝置尺寸

　　對(duì)于該系統(tǒng)的下一步計(jì)劃，研究人員希望繼續(xù)對(duì)它進(jìn)行完善，并開(kāi)發(fā)算法，使平視顯示器能夠投射不同物體的多個(gè)層面，同時(shí)這些分層全息圖還可以個(gè)性化布局的出現(xiàn)在駕駛員的視野中。例如，在第一層的全息圖，可以將遠(yuǎn)距離的交通標(biāo)志投射成較小的尺寸。在第二層的全息圖，可以將近距離的警示牌能以較大的尺寸顯示。

　　Skirnewskaja進(jìn)一步解釋道，“這種分層技術(shù)在增強(qiáng)AR體驗(yàn)的同時(shí)，能夠自然地提醒駕駛員。但因?yàn)槊總€(gè)人對(duì)顯示選項(xiàng)都有著不同的偏好，所以個(gè)性化布局是非常有必要的。例如，除了車(chē)速和路況信息外，駕駛員還能將自己的生命健康體征投射到抬頭顯示器的理想位置。”

　　“3D投影技術(shù)可以實(shí)時(shí)顯示路況，在不影響駕駛員駕駛的前提下，為其提供有效的安全措施。”目前，研究人員正致力于減小光學(xué)裝置的尺寸大小，使其可以安裝到車(chē)輛里。如果一旦完成，研究人員將在公共道路上進(jìn)行實(shí)體車(chē)輛測(cè)試。

　　結(jié)語(yǔ)：AR技術(shù)深度融合汽車(chē)產(chǎn)業(yè)

　　激光雷達(dá)探測(cè)技術(shù)為AR在汽車(chē)行駛領(lǐng)域的應(yīng)用提供了一種新的可能。全景3D投影的出現(xiàn)，不僅可以實(shí)時(shí)呈現(xiàn)路況和提供車(chē)輛行人監(jiān)測(cè)等信息，還能為駕駛員的安全保駕護(hù)航。

　　全息技術(shù)是未來(lái)汽車(chē)智能化發(fā)展的一大趨勢(shì)。而真正的3D的影像，是可以從360°的任何角度觀看影像的不同側(cè)面。汽車(chē)駕駛要達(dá)到這一程度，還需要有幾十年的發(fā)展。