車載AR-HUD（增強(qiáng)現(xiàn)實抬頭顯示系統(tǒng)）通過將駕駛狀態(tài)、導(dǎo)航與實時路況信息投射至駕駛員視野前方，顯著提升了行車安全性與駕駛體驗。然而，其光學(xué)設(shè)計中存在的“太陽光回流聚焦”現(xiàn)象可能導(dǎo)致PGU（圖像生成單元）溫度過高，進(jìn)而影響顯示效果甚至損壞設(shè)備。本實驗基于紫創(chuàng)測控luminbox太陽光模擬器，提出一種用于AR-HUD的太陽聚焦光斑檢測方法，實現(xiàn)光斑溫度監(jiān)測與定位，為AR-HUD的熱管理提供可靠技術(shù)支持。

檢測系統(tǒng)設(shè)計

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1.硬件架構(gòu)

檢測系統(tǒng)采用紅外溫度陣列傳感器，其具備32×24像素的溫度測量分辨率，支持-40℃至300℃的寬溫范圍，且功耗較低。傳感器通過I2C接口與微控制器通信，實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的實時采集與處理。系統(tǒng)電源模塊兼容AR-HUD的12V供電，經(jīng)穩(wěn)壓芯片轉(zhuǎn)換為5V與3.3V，為傳感器與MCU供電。

2.軟件流程

系統(tǒng)持續(xù)采集PGU區(qū)域的溫度數(shù)據(jù)，實時計算溫度最大值Tmax 、最小值 Tmin 及其差值 Td。當(dāng)Td超過設(shè)定閾值（如25℃）且Tmax高于PGU額定溫度上限時，系統(tǒng)判定發(fā)生太陽逆流，并啟動光斑定位程序。檢測時間間隔設(shè)置為1秒，兼顧實時性與系統(tǒng)負(fù)載。

實驗設(shè)置

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AR-HUD對太陽光線的聚焦示意圖

采用太陽光模擬器模擬不同光照條件，確保實驗環(huán)境的可控性與重復(fù)性。將傳感器安裝于遠(yuǎn)離PGU的位置，避免遮擋投影光路，設(shè)置三組實驗場景：

HUD 未運行且無太陽光回；

HUD 正常運行但無太陽光回流；

HUD 正常運行且發(fā)生太陽光回流。

同步使用直接接觸式熱電偶傳感器采集PGU 光斑中心實際溫度，作為數(shù)據(jù)校準(zhǔn)基準(zhǔn)。

實驗關(guān)鍵數(shù)據(jù)處理

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光線使紅外溫度圖像發(fā)生反轉(zhuǎn)（a）HUD 未運行且無陽光回流 （b）HUD 正運行且無陽光回流 （c）HUD 正運行且有陽光回流

紅外圖像處理將溫度數(shù)據(jù)映射為偽彩色圖像，回流發(fā)生時，PGU 光斑區(qū)域與非顯示區(qū)域溫差顯著，可直觀識別熱點位置。通過二維高斯曲面擬合方法定位光斑中心：基于光斑能量的高斯分布特征，經(jīng)對數(shù)變換與矩陣求解得到擬合系數(shù)，結(jié)合PGU 實際尺寸（7.1cm×5.3cm）完成坐標(biāo)映射。針對紅外傳感器測量值低于真實值的問題，采用最小二乘法建立修正模型（Tpredict = a?Tmeasure + b），模型皮爾遜相關(guān)系數(shù)達(dá) 0.997，平均絕對誤差僅0.641℃，確保溫度數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

實驗結(jié)果

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PGU 溫度曲線（左）與三維紅外溫度圖像（右）

實驗驗證表明，該檢測系統(tǒng)可精準(zhǔn)判定太陽光回流（溫差閾值25℃），并實現(xiàn)光斑位置的實時定位，溫度檢測間隔1 秒，滿足實時性要求。與現(xiàn)有方案相比，本系統(tǒng)無需犧牲PGU 顯示區(qū)域，同時具備溫度監(jiān)測與光斑定位雙重功能，適配多數(shù)車載AR-HUD。雖紅外傳感器成本相對較高，但可通過選用8×8 像素傳感器結(jié)合插值算法降低成本，兼顧經(jīng)濟(jì)性與實用性。

綜上，本實驗提出了基于太陽光模擬器與紅外溫度陣列傳感器的AR-HUD太陽聚焦光斑檢測方法，能夠實時監(jiān)測PGU溫度并定位光斑位置，為預(yù)防太陽逆流引起的設(shè)備損壞提供了有效手段。實驗數(shù)據(jù)驗證了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性與可靠性，該方法不占用顯示面積、響應(yīng)迅速，具備良好的實用性與擴(kuò)展性。

Luminbox全光譜準(zhǔn)直型太陽光模擬器

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紫創(chuàng)測控Luminbox全光譜準(zhǔn)直太陽光模擬光源是專為車載AR-HUD測試而設(shè)計的專業(yè)光源設(shè)備，能精準(zhǔn)模擬自然光環(huán)境，支持光譜/ 亮度 / 色溫調(diào)控，幫助在實驗室內(nèi)進(jìn)行太陽直射、光學(xué)干涉與動態(tài)光適應(yīng)性等HUD光學(xué)性能測試與驗證。

全光譜覆蓋：350nm-1100nm光譜，貼近自然光權(quán)重

高動態(tài)亮度：2 米處20,000-150,000Lux，滿足HUD 亮度響應(yīng)測試

強(qiáng)光抗擾驗證：直射模擬復(fù)現(xiàn)圖像模糊/ 重影問題場景

多場景適應(yīng)：支持日間/ 夜間 / 隧道等光照動態(tài)切換測試

紫創(chuàng)測控Luminbox全光譜準(zhǔn)直型太陽光模擬器以精密光學(xué)的工程化應(yīng)用，可有效縮短從基礎(chǔ)研究到工業(yè)驗證的周期，為車載AR-HUD測試提供可靠的“人工太陽”，助力汽車領(lǐng)域的技術(shù)革新。