基于太阳光模拟的AR-HUD聚焦光斑检测

车载AR-HUD（增强现实抬头显示系统）通过将驾驶状态、导航与实时路况信息投射至驾驶员视野前方，显著提升了行车安全性与驾驶体验。然而，其光学设计中存在的“太阳光回流聚焦”现象可能导致PGU（图像生成单元）温度过高，进而影响显示效果甚至损坏设备。本实验基于紫创测控luminbox太阳光模拟器，提出一种用于AR-HUD的太阳聚焦光斑检测方法，实现光斑温度监测与定位，为AR-HUD的热管理提供可靠技术支持。

一、检测系统设计

1.硬件架构

检测系统采用红外温度阵列传感器，其具备32×24像素的温度测量分辨率，支持-40℃至300℃的宽温范围，且功耗较低。传感器通过I²C接口与微控制器通信，实现温度数据的实时采集与处理。系统电源模块兼容AR-HUD的12V供电，经稳压芯片转换为5V与3.3V，为传感器与MCU供电。

2. 软件流程

系统持续采集PGU区域的温度数据，实时计算温度最大值 Tmax 、最小值 Tmin 及其差值 Td。当Td超过设定阈值（如25℃）且Tmax高于PGU额定温度上限时，系统判定发生太阳逆流，并启动光斑定位程序。检测时间间隔设置为1秒，兼顾实时性与系统负载。

二、实验设置

AR-HUD对太阳光线的聚焦示意图

采用太阳光模拟器模拟不同光照条件，确保实验环境的可控性与重复性。将传感器安装于远离PGU的位置，避免遮挡投影光路，设置三组实验场景：

HUD 未运行且无太阳光回；

HUD 正常运行但无太阳光回流；

HUD 正常运行且发生太阳光回流。

同步使用直接接触式热电偶传感器采集PGU 光斑中心实际温度，作为数据校准基准。

三、实验关键数据处理

光线使红外温度图像发生反转（a）HUD 未运行且无阳光回流 （b）HUD 正运行且无阳光回流 （c）HUD 正运行且有阳光回流

红外图像处理将温度数据映射为伪彩色图像，回流发生时，PGU 光斑区域与非显示区域温差显著，可直观识别热点位置。通过二维高斯曲面拟合方法定位光斑中心：基于光斑能量的高斯分布特征，经对数变换与矩阵求解得到拟合系数，结合PGU 实际尺寸（7.1cm×5.3cm）完成坐标映射。针对红外传感器测量值低于真实值的问题，采用最小二乘法建立修正模型（Tpredict = a・Tmeasure + b），模型皮尔逊相关系数达 0.997，平均绝对误差仅 0.641℃，确保温度数据准确性。

四、实验结果

PGU 温度曲线（左）与三维红外温度图像（右）

实验验证表明，该检测系统可精准判定太阳光回流（温差阈值 25℃），并实现光斑位置的实时定位，温度检测间隔 1 秒，满足实时性要求。与现有方案相比，本系统无需牺牲PGU 显示区域，同时具备温度监测与光斑定位双重功能，适配多数车载 AR-HUD。虽红外传感器成本相对较高，但可通过选用 8×8 像素传感器结合插值算法降低成本，兼顾经济性与实用性。

综上，本实验提出了基于太阳光模拟器与红外温度阵列传感器的AR-HUD太阳聚焦光斑检测方法，能够实时监测PGU温度并定位光斑位置，为预防太阳逆流引起的设备损坏提供了有效手段。实验数据验证了系统的准确性与可靠性，该方法不占用显示面积、响应迅速，具备良好的实用性与扩展性。

Luminbox全光谱准直型太阳光模拟器

紫创测控Luminbox全光谱准直太阳光模拟光源是专为车载AR-HUD测试而设计的专业光源设备，能精准模拟自然光环境，支持光谱/ 亮度 / 色温调控，帮助在实验室内进行太阳直射、光学干涉与动态光适应性等 HUD光学性能测试与验证。

全光谱覆盖：350nm-1100nm光谱，贴近自然光权重

高动态亮度：2 米处20,000-150,000Lux，满足HUD 亮度响应测试

强光抗扰验证：直射模拟复现图像模糊/ 重影问题场景

多场景适应：支持日间/ 夜间 / 隧道等光照动态切换测试

紫创测控Luminbox全光谱准直型太阳光模拟器以精密光学的工程化应用，可有效缩短从基础研究到工业验证的周期，为车载AR-HUD测试提供可靠的“人工太阳”，助力汽车领域的技术革新。