基于增强现实的汽车导航技术

杨旭波

上海交通大学电子信息与电气工程学院

教授

1　概要描述

1.1　现有汽车导航技术的不足

汽车驾驶需要驾驶员综合感知大量行车信息并实时进行认知处理，给人们带来很多挑战。汽车导航技术能够帮助驾驶员获取和理解行车相关信息，日益成为人们必不可少的驾驶辅助手段。然而，现有的汽车导航面板、导航仪和手机导航等方式使用不方便，需要驾驶员经常将视线和注意力离开路面去查看相关导航信息，容易导致驾驶员分心，而且驾驶员身处车内，难以对所驾驶车辆四周的行车环境和其他驾驶相关信息进行全方位感知和直观理解，妨碍了驾驶员对复杂驾驶环境信息的综合判断能力和临场应变能力，容易带来行车安全隐患，影响城市交通。

1.2　汽车增强现实导航技术

图1　汽车增强现实导航的界面示意图

增强现实是一种将虚拟信息和真实场景相融合的信息呈现技术，能帮助人们更直观快捷地理解身处的环境（其界面示意图如图1所示）。基于增强现实的汽车导航技术结合增强现实、投影显示、图形可视化、感知认知心理、人机交互等方法，通过增强现实的虚实合成注册算法，将汽车的路径导航信息、车速和油量等汽车状态信息、路面的车辆和行人等交通状况信息，以及餐饮和旅游等生活服务信息以直观的三维可视化方式直接呈现在驾驶员眼前的行驶路面上，避免了驾驶员在驾驶时将视线离开路面和分心看导航信息，保持了驾驶员对路面状况的注意力，减轻了驾驶员的认知负担，大大增强了驾驶员对驾驶环境的实时感知认知能力和反应能力，提高了驾车的安全性。

基于增强现实的汽车导航技术一方面通过在所驾驶车辆上安置雷达和深度摄像机等多种传感设备，实时采集和分析路面的驾驶环境信息，另一方面利用车内安装的传感设备动态监控驾驶员的视线和状态，通过增强现实的实时虚实注册技术将驾驶环境信息、导航信息和其他辅助信息直观可视地呈现给驾驶员，可采用投影技术在汽车挡风玻璃上直接成像，或者利用为驾驶员特制的增强现实眼镜成像（见图2），使得驾驶相关信息与行车路面环境直接可视融合，驾驶员可利用按钮、语音、手势等方式与所呈现的导航辅助信息直观交互。

图2　汽车增强现实导航的成像示意图

2　应用意义与前景

随着信息社会飞速发展，由信息构成的数字世界和人们身处的物理世界之间存在着巨大的界面鸿沟，给人们对身处环境的理解和认知带来很大挑战，在今天的汽车驾驶过程中，驾驶员日益需要实时综合处理路况、车况、导航、生活等多方面信息，而现有汽车导航技术在信息获取、信息理解和信息表达上存在很多不足，无法很好地帮助驾驶员对复杂环境的感知认知，妨碍了行车安全和驾驶体验。

基于增强现实的导航技术通过三维图形可视化的虚实合成手段，无缝地填补了这一信息表达与认知的界面鸿沟，使得驾驶员可以非常直观方便地获取和理解实时驾驶相关信息。该技术预计将在5年左右颠覆替代现有的汽车导航面板、导航仪和手机导航等方式，成为汽车导航领域的新一代主流界面，为驾驶员的行车过程提供全面的直观感知和高效认知手段，减轻驾驶员认知负担，增强驾驶员的注意力，提高行车安全性和驾驶体验，改善城市交通。同时，增强现实技术在帮助提高人们在其他应用领域的感知认知能力方面也有着广阔的应用前景和发展潜力。