近日，英国剑桥大学、牛津大学和伦敦大学的研究人员开发了一种用于汽车的平视显示器样机（HUD），可以将激光雷达系统的点云数据传输到后台系统中，然后将数据转换为超高清3D全息图像（CGH），并将其成像于驾驶员的安全视野当中，从而创建增强现实（AR）的体验。研究人员认为这种全景全息投影方案可以通过提醒和警告驾驶员隐藏障碍的方式提高汽车安全性。

图 基于激光雷达点云数据的“树”图像（左），以及同一图像的全息图（右）

从“鬼影”到AR：难！

HUD是一种可以让驾驶员在不需要额外操作的情况下访问车辆控制信息的显示器，最早出现在1988年通用汽车的Oldsmobile Cutlass Supreme系统中，该系统是一个简单的单色显示屏，可以从挡风玻璃上显示2D的“鬼影”图像并反射到人眼中。

而将2D的图像升级为AR图像是一种极具潜力的应用，但这却有众多的技术难点。对于AR-HUD来说，需要将不断变化的外部环境投影到驾驶员的目标视野中（驾驶员眼前大约15×15厘米的区域），使其可以轻松且安全的观察到整个场景。这一技术最重要的便是需要多焦点成像功能，即可以在各种深度和距离下提供目标物体视图，这比挡风玻璃上的静态“鬼影”图像实现难度高了几个量级。

激光雷达+全息图

激光雷达LiDAR(LightLaser Detection and Ranging)，是激光探测及测距系统的简称，目前已经大量应用于自动驾驶汽车的开发中，为了解决AR-HUD的难题，研究人员将这种全景全息现实系统与激光雷达技术结合在一起提出了一种新型系统。

该系统首先读取激光雷达点云数据（前方场景的数百万个激光脉冲回波信息）到定制的计算机算法中，以选择场景中的特定目标对象；其次，将与目标对象相对应的激光雷达数据输入另一种算法，以生成对应的衍射图样（该衍射图样用于创建全息图像）；再次将衍射图样的数据输入到相位空间光调制器（SLM）中，并对激光器进行相应的调制（激光器选择为633 nm，5 mW的氦氖激光器）；最后调制的激光束经过一系列透镜、偏振器、半波片和非偏振分束器将全息图投射到目标区域中。

图 相位调制空间光调制器示意图（上）；激光雷达点云模型（左下）；根据点云模型的衍射数据转换的3D全息图（右下）

应用：提醒驾驶员注意隐患

该系统尚未在实际汽车中进行过测试，但已经通过实验将Malet Street的激光雷达点云数据成功转换为3D全息投影图像，且该系统可以将虚拟全息对象与真实世界视图中不同深度的对象对齐，进一步提高了AR-HUD的应用潜力，例如这一系统可以在足够密集的激光雷达数据中提取正确的元素并将其成像在目标区域，以此可以警告驾驶员前方道路上的路牌或潜在危险或障碍物。

目前，该研究团队正努力将这一系统进行小型化，使其可以更加符合汽车的应用，并在未来对其进行实际的道路测试。此外，研究人员还希望可以建立新的计算机程序，以提供多层不同的对象，并布置在驾驶员视觉空间的不同位置，即完整的全景实时全息投影。