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HUD(Head Up Display),全稱為平視顯示器,平視顯示器最早出現在軍用飛機上,降低飛行員需要低頭查看儀錶的頻率,避免注意力中斷以及喪失對狀態意識(Situation Awareness)的掌握。后經改進,也出現在一些高檔的車輛上。

1 HUD -簡介

HUDHUD

平視顯示器(Head Up Display),以下簡稱HUD,是普遍運用在航空器上的飛行輔助儀器。平視的意思是指飛行員不需要低頭就能夠看到他需要的重要資訊。平視顯示器最早出現在軍用飛機上,降低飛行員需要低頭查看儀錶的頻率,避免注意力中斷以及喪失對狀態意識(Situation Awareness)的掌握。因為HUD的方便性以及能夠提高飛行安全,民航機也紛紛跟進安裝。部分汽車業者也以類似的裝置作為行銷的手段吸引顧客,不過使用上並不廣泛。

雖然HUD目前廣泛的使用在各類軍用飛機上,但是並非任何位於座艙前方的裝置都是HUD,有些只是單純的光學瞄準器而以。

2 HUD -原理

HUD是利用光學反射的原理,將重要的飛行相關資訊投射在一片玻璃上面。這片玻璃位於座艙前端,高度大致與飛行員的眼睛成水平,投射的文字和影像調整在焦距無限遠的距離上面,飛行員透過HUD往前方看的時候,能夠輕易的將外界的景象與HUD顯示的資料融合在一起。HUD設計的用意是讓飛行員不需要低頭查看儀錶的顯示與資料,始終保持抬頭的姿態,降低低頭與抬頭之間忽略外界環境的快速變化以及眼睛焦距需要不斷調整產生的延遲與不適。

HUD投射的資料主要與飛行安全有重要關係,譬如飛行高度,飛行速度,航向,垂直速率變化,飛機傾斜角度等等。使用於戰鬥環境時,還會加上目標資料,武器與發射相關資料,預估命中點等等。這些顯示的資料能夠根據不同狀況而變換。

3 HUD -歷史

HUD的前身是使用在戰鬥機上的光學瞄準器,這種瞄準器利用光學反射原理,將環狀的瞄準圈光網投射在裝置在座艙前端的一片玻璃或者是座艙罩上面,投射的影像對於肉眼的焦距是定在無限遠的距離上面,當飛行員瞄準目標的時候不會妨礙到眼睛的運作,維持清晰的顯示。這種瞄準器最早出現是在第一次世界大戰期間,到了第二次世界大戰的時候開始被廣泛利用。

HUD誕生的最重要關鍵是電腦處理轉換之後,將需要的資料傳遞給HUD的顯示單元,再將影像投射到前方的玻璃上。第一架使用HUD的飛機是美國海軍的A-5艦載機。

民用航空是在1975年由法國達梭飛機公司首先使用在Mercure飛機上面。1970年代晚期美國麥克唐納·道格拉斯飛機公司在生產的MD-80系列飛機上開始採用HUD。

HUD的使用到了1970年代中期以後開始普遍化,除了美國本身以外,其他國家也陸續購買或者是研發相關的系統。然而這時候有一個新的衍生問題出現:由於HUD需要佔用駕駛艙前方的空間,而這個空間又和座艙罩的設計有很大的關聯,即使許多戰鬥機已經使用光學瞄準器,體積較大的HUD可能無法順利安裝在需要的位置上,導致日後座艙罩在設計上必須考慮預留HUD需要的空間。

HUD將傳統指針儀錶提供的資料改以文字或者是數字錶現,成為下一波軍用機儀錶顯示改良:玻璃駕駛艙的起點。

4 HUD -基本構架

HUD的基本架構包含兩個部分:資料處理與影像顯示。

資料處理單元是將飛機上各系統的資料整合處理之後,根據選擇的模式轉換成預先設定的符號,圖形或者是以文字或者是數字的型態輸出。有些產品將訊號處理與影像輸出分成兩個裝置,不過大致上都是類似的工作方式。

影像顯示裝置就是安裝在座艙前方,位於飛行員與座艙罩之間的空間上。影像顯示裝置接收來自資料處理裝置的資訊,投射在玻璃上面。顯示裝置並且附有控制面板,能夠調解或者是改變輸出的影像。

5 HUD -未來發展

新一代的HUD在影像顯示方面的改良包括採用全像攝影(Holographic)顯示方式,擴大顯示影像的範圍,尤其是增加水平上的視野角度,減少支架的厚度對於視野的限制與影響,增強不同光度與外在環境下的顯示調整,強化影像的清晰度,與其他光學影像輸出的配合,譬如說能夠將紅外線影像攝影機產生的飛機前方影像直接投射到HUD上,與其他的資料融合顯示,配合夜視鏡的使用以及採用彩色影像顯示資料。

在資料處理單元上的改良包括提高處理的速率和效率,增加與其他新航空電子或者是感側裝置的資料接收能力,強化圖形處理與產生功能等方面。

6 HUD -衍生產品

HUD是將影像投射在座艙前方的固定裝置上,當飛行員轉動頭部的時候,這些影像就會暫時離開他的視野範圍。因此有人建議將影像直接透射在附加於飛行員的頭盔前方,隨時與飛行員的視野範圍重合。

美國是最早研究頭盔顯示器的國家之一,代號為VTAS的頭盔瞄準具曾在1960年代於F-4戰鬥機上進行短暫試驗,但是並未進入量產,只有使用在攻擊直升機的武器瞄準上。蘇聯是第一個正式在戰鬥機上採用頭盔瞄準器的國家,譬如米格-29使用頭盔瞄準器,搭配R73(北約編號AA-11)空對空飛彈使用。

不過頭盔瞄準器只是光學瞄準器的衍生產品,無論是在顯示的資料量以及功能上都必須與HUD密切配合,譬如蘇聯的頭盔瞄準器只是作為R73飛彈的射擊指揮為主,不提供其他飛行所需要的資料。更進一步的功能強化版被稱為頭盔顯示器(Helmet Display),他將HUD與其他相關功能整合之後,直接投射在飛行員頭盔前方。以美國剛剛服役的聯合頭盔顯示系統(Joint Helmet Mounted Cueing System,JHMCS)可以取代HUD的顯示功能,並且能夠協助行員投射各種對空與對地武器,不局限於特定的飛彈系統,當飛行員的視野與機上現有的HUD重疊的時候,JHMCS的影像會自動消失以免產生混淆。

7 HUD -車輛應用

作用
HUD車輛應用

駕駛員不必低頭,就可以看到車輛信息,如車速、油耗、導航等都會顯示在前擋風玻璃的小塊區域內。從而避免分散對前方道路的注意力。
 
駕駛員不必在觀察觀察遠方的道路和近處的儀錶之間調節眼睛,可避免眼睛疲勞。

誤區

HUD顯示的信息可能會不清晰,尤其是在在前方有強光照射的情況下。
 
HUD抬頭顯示不是不可以關閉的,有些車輛的HUD抬頭信息顯示還可以移動顯示位置。
 
HUD抬頭顯示並非由擋風玻璃產生,而是前風擋玻璃上會用一塊全息半鏡映射信息,實際發射點是由儀錶台上的發射點投影到玻璃上的。

產品
Garmin HUDGarmin HUD

Garmin HUD是一款車載的heads-up-display(平視顯示器),車主將其放置在前面板上,而它能通過藍牙無線連接到你的手機 ,並將一系列的導航信息投射到你的擋風玻璃。Garmin HUD支持的輸入信息源包括iOS、Android和WP 8設備。
 
安裝HUD之後,用戶在駕駛時只要掃一眼擋風玻璃上的投射信息來查看導航。HUD顯示的信息會包括轉向箭頭、距下一個彎的距離、時速、預計達到時間和當前限速。採用轉向箭頭而非詳細地圖的好處是讓信息更為直觀來減少司機的注意分散。HUD的亮度會適應環境光線變化自動調節。

另外HUD也會提前提示前方的攝像區域——也就是電子狗功能。Garmin HUD的價格為129.99美金。

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