360度平视显示视图可以实时警告驾驶员道路障碍物

研究人员开发了一种增强现实平视显示器，通过将潜在危险以高分辨率三维全息图的形式实时直接显示在驾驶员的视野中，可以提高道路安全。

目前的平视显示系统仅限于在汽车挡风玻璃上进行二维投影，但来自剑桥大学、牛津大学和伦敦大学学院(UCL)的研究人员开发了一个使用3D激光扫描仪和激光雷达数据的系统，以创建伦敦街道的完全3D表示。

他们开发的系统可以有效地“透视”物体，以投影隐藏在驾驶员视野之外的道路障碍物的全息图像，并在大小和距离上与真实物体保持一致。例如，被大卡车挡住视线的路标将显示为3D全息图，以便驾驶员确切知道路标的位置和显示的信息。

3D全息投影技术使驾驶员的注意力集中在道路上而不是挡风玻璃上，并可以通过从任何角度实时投影道路障碍物和潜在危险来提高道路安全。研究结果发表在杂志上高级光学材料.

每天，大约有16，000人死于人为失误造成的交通事故。技术可以用来减少这一数字并提高道路安全，部分是通过向司机提供有关潜在危险的信息。目前，这主要是通过平视显示器来完成的，平视显示器可以提供当前速度或驾驶方向等信息。

该研究的第一作者、剑桥大学工程系的Jana Skirnewskaja说:“平视显示器背后的想法是让驾驶员保持眼睛向上，因为即使不看道路的几分之一秒也足以让车祸发生。”“然而，由于这些是二维图像，投影到挡风玻璃的一小块区域上，驾驶员可能会看到图像，而不是实际上看到他们前方的道路。”

几年来，Skirnewskaja和她的同事一直在努力开发平视显示器(hud)的替代品，通过为驾驶员提供更准确的信息，同时保持对道路的关注，从而提高道路安全。

Skirnewskaja说:“我们希望将信息投射到驾驶员视野的任何地方，但要以一种不会压倒性或分散注意力的方式进行。”“我们不想提供任何与手头的驾驶任务没有直接关系的信息。”

该团队开发了一种增强现实全息点云视频投影系统，以在驾驶员的视野范围内显示与现实生活中的物体在大小和距离上对齐的物体。该系统将来自3D全息设置的数据与激光雷达(光探测和测距)数据相结合。激光雷达使用脉冲光源照射物体，然后测量反射的光脉冲以计算物体离光源的距离。

研究人员通过扫描伦敦市中心UCL校区的Malet Street来测试该系统。来自激光雷达点云的信息被转换为分层的3D全息图，由多达40万个数据点组成。为驾驶员投射360°障碍物评估的概念源于细致的数据处理，确保每个物体的深度清晰可见。

研究人员加快了扫描过程，以便实时生成和投影全息图。重要的是，扫描可以提供动态信息，因为繁忙的街道时刻都在变化。

Skirnewskaja说:“我们收集的数据可以共享并存储在云中，因此任何路过的司机都可以访问这些数据——这就像我们每天使用的导航应用程序的更复杂版本，可以提供实时交通信息。”“通过这种方式，系统是动态的，可以适应不断变化的条件，因为危险或障碍会在街道上或街道外移动。”

研究人员表示，虽然从不同地点收集更多数据可以提高准确性，但他们的研究的独特贡献在于通过明智地从对特定物体(如卡车或建筑物)的单次扫描中选择数据点来实现360°视图，从而实现对道路危险的全面评估。

Skirnewskaja说:“我们可以扫描单个物体的多达40万个数据点，但显然这是相当大的数据量，使实时扫描、提取和投影有关该物体的数据更具挑战性。”“只需100个数据点，我们就可以知道这个物体是什么以及它有多大。我们需要获得足够的信息，以便驾驶员了解周围的情况。”

今年早些时候，Skirnewskaja和她的同事在伦敦科学博物馆用加载了该系统激光雷达数据的虚拟现实耳机进行了一次虚拟演示。来自会议的用户反馈帮助研究人员改进系统，使设计更具包容性和用户友好性。例如，他们对系统进行了微调以减少眼睛疲劳，并考虑了视觉障碍。

Skirnewskaja表示:“我们想要一个可访问且具有包容性的系统，以便最终用户能够放心使用。“如果这个系统是一种干扰，那么它就不起作用。我们想要对司机有用的东西，并改善所有道路使用者的安全，包括行人和骑自行车的人。”

研究人员目前正在与谷歌合作开发这项技术，以便可以在实车中进行测试。他们希望在2024年在公共或私人道路上进行道路测试。

这项研究得到了德国经济基金会和英国研究与创新机构工程与物理科学研究委员会的部分支持。

来源: Materials provided by University of Cambridge. The original text of this story is licensed under a Creative Commons License.
注明: Content may be edited for style and length. Journal Reference: Jana Skirnewskaja, Yunuen Montelongo, Jinze Sha, Phil Wilkes, Timothy D. Wilkinson. Accelerated Augmented Reality Holographic 4k Video Projections Based on Lidar Point Clouds for Automotive Head‐Up Displays. Advanced Optical Materials, 2023; DOI: 10.1002/adom.202301772