半岛彩票:智能汽车行业专题报告:成像技术持续升级开启智慧光源

  •   2023年4月26日,华为举办智能汽车解决方案发布会,发布基于2K成像模组的AR-HUD(LCo

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  2023年4月26日,华为举办智能汽车解决方案发布会,发布基于2K成像模组的AR-HUD(LCoS)、xPixel智能车灯解决方案以及xScene光场屏产品,引发我们对智慧光源产品在车端的应用思考。智能化水平提升,光源应用逐步丰富。光源在汽车的使用最早大规模运用于车灯上,随着汽车电子技术进步,车载屏幕出现,光源应用场景进一步丰富。智能座舱时代,车载光源技术又有了新的应用,例如氛围灯、HUD、车载投影灯。我们认为在智能化加速的背景下,汽车有望进入智慧光源时代。分类来看,光源在汽车应用分为照明类、座舱类和驾驶类。传统照明类包括大灯、雾灯、尾灯、转向灯、舱内照明灯等;座舱类包括液晶仪表,中控屏、副驾娱乐屏、氛围灯、HUD等;智能驾驶类包括车载摄像头、激光雷达、流媒体后视镜、电子外后视镜等。

  光源持续升级背景下,车端应用已经不断丰富。我们认为,应重视车端智慧光源时代带来的投资机会,建议重点关注光场屏、HUD及智慧大灯等细分产品。

  智能汽车时代,消费者对汽车的理解逐步从传统的出行工具转换为家庭(第一空间)和公司(第二空间)之外的第三空间,希望汽车座舱内的安全性、娱乐性与舒适性相比以往能够进一步提升。华为发布的座舱新产品在性能上具备多重优势,可以突破空间限制提供更优的成像效果,有望成为座舱爆款产品。预计2024年光场屏市场规模为2.51亿元,2024-2027年CAGR为196%,产业化进程有望开启。

  需求端来看,智能座舱逐步成为中国消费者购车关键要素。根据IHSMarkit数据,2021年座舱科技成为中国消费者购买汽车考虑的第二大因素,相较汽车产业相对发达的地区,2021年中国消费者在购车时会考虑座舱科技的人数占比更高,达到26.7%(调研的配置包括HUD、语音交互/VPA、人脸识别、手势控制、体征监测等)。这样的结果一方面得益于中国电动化进程领先于全球其他国家,另一方面也体现出中国消费者对于智能座舱的支付意愿更高,从需求端推动智能座舱快速发展。

  消费者对座舱舒适性与娱乐性需求提升。电动车通过电池加电机的组合可提供比燃油车更快的启动速度与百公里加速,缩小了同级别不同配置车型的性能差距,消费者逐步将关注点放在了续航里程、座舱舒适性/娱乐性和辅助驾驶功能等方面。在这种趋势下,座舱内出现了可自动调节的氛围灯、香氛系统、数字声学系统等产品,给驾驶员或乘客在驾乘时提供更舒适的体验。娱乐性方面,座舱芯片算力的不断提升使得后排乘客在座舱内观影、玩游戏成为可能,例如理想L9参数图片)搭载了两颗高通骁龙8155车机芯片,高算力支撑下L9可以直连Switch并通过后舱娱乐屏进入游戏模式,同时还可以通过后舱娱乐屏幕进入观影模式。

  屏幕作为座舱核心,已呈现多屏化、大屏化趋势。以往燃油车座舱内屏幕多以中控屏和液晶仪表为主,随着整车智能化水平提高以及车载显示技术的进步,车型开发更加重视乘车人的需求,信息娱乐系统屏幕已经不局限于中控屏,副驾和后排的娱乐屏幕开始为乘车人提供娱乐服务,集中式控制推动大屏化、多屏化成为趋势。车载屏幕的功能不再是单一的辅助驾驶,而是为用户更多的娱乐和生验价值,丰富了汽车座舱的功能性,提高了用户的驾乘体验。

  车载屏幕品类丰富得益于显示技术快速发展。车载屏幕的主要性能要求包括亮度高、寿命长、反应快、运作温度区间大等。以寿命来看,车载显示器需达到汽车平均寿命,大约7-12年。显示技术的进步推动车载屏幕性能提升,LCD是较早出现在车内的液晶显示屏,主要是靠背光源发光,是目前大多数车型采用的方案;OLED依靠有机发光层自发光,显示屏上的每个发光点都可以单独控制,因此相比LCD有更好的对比度,同时在形态上还可以发生弯曲,使得曲面屏进入座舱成为现实。未来随着MiniLED、MicroLED等技术逐步成熟、成本下探,车载屏幕的对比度、HDR、色域、能耗等将有更大的提升,驾乘客通过屏幕获得更好的驾驶辅助、信息娱乐等体验。

  车载显示屏幕增加的过程中也存在两个主要的问题:1)用户体验受限:主要包括屏幕尺寸受限、眩晕感加强导致晕车以及长时间观看屏幕容易引起疲劳;2)屏幕增加过多影响主驾安全,车内隐私性较差:车内实体屏幕增加的同时也会带来干扰和光污染,有可能会使驾驶员分心,影响驾驶安全。随着车辆应用场景的日益扩展,人们对于车载屏幕私密性的需求不断提升,如何保护乘驾人员的隐私逐渐成为热门话题。尤其是对于需要在车上进行商务接待或者会议的商务人士来说,保护隐私是他们关注的重点。

  华为发布全新车载娱乐屏品类HUAWEIxScene光场屏。在今年4月16日举办的华为智能汽车解决方案发布会上,华为首次发布全新车载娱乐屏品类-光场屏,该产品采用独创的光学引擎技术,首创大画幅、景深感、低晕动、眼放松的极致体验,大幅提升车内视觉感知,实现3米远距成像,40英寸超大画幅,90PPD超视网膜级清晰度,将沉浸的私人影院装进车内。从产品定义来讲,光场屏主要服务于乘客,华为发布的光场屏形态包括椅背款、头枕款和副驾款。

  光场屏可以突破座舱空间限制。光场屏的基本原理是光场折叠技术的应用,通过多次折反射和高精度曲面镜集成实现拉远成像。具体来看,光线从像源屏出发,经过物理镜面透反屏幕的一次折射到高精度曲面镜,曲面镜将全部光线再度折射到透反屏幕,此时光线穿过透反屏幕聚焦后射入人眼,根据虚像成像原理,人眼沿着光线的反方向看过去,会在曲面镜后方的远方位置看到一个大屏幕,此时实现“图像拉远放大”的观看效果。

  车载光场屏实现远距观看,保护乘客眼睛健康。光场屏可在乘客眼前3m的距离形成35英寸以上的画面,同时光场屏内部的黑腔结构隔绝了图像与外界环境的直接接触,可以为后排乘客提供影院级的观影体验。3m左右的视距图像对比近距离观看也可以大幅降低眼睛疲劳,根据《车载光场屏》,多个权威眼科医院的临床测试验证了次理论的正确性,光场屏对比液晶屏幕可降低睫状肌调节力96%,可较好的保护乘客的眼睛健康。车载光场屏保证运动信息一致,降低晕车感觉。光场屏拉远成像实现核心视觉范围内画面处于远焦面,可清晰感受运动状态,眼耳感知同步,保证大脑接受的都是“运动”信息,可有效缓解晕车。根据《车载光场屏》,光场屏的缓解晕车效果经过权威机构的测试验证,通过主观体验及客观脑电仪测试,晕车系数对比液晶屏可以下降35%,对比VR眼镜可以下降90%。

  车载光场屏可以提升主驾安全性。光场屏通过虚像原理成像,只有坐在正位的乘客可观看,超过观看角度20度以上就不能获取完整图像,能极大程度减少驾驶员位置的光污染和驾驶干扰信息,确保驾驶员集中精力保障驾驶安全。车载光场屏可提升座舱内应用体验。在汽车座舱“第三空间”属性越来越强的背景下,光场屏可以在观影、商务办公、游戏娱乐等方面为乘客提供更好的体验。例如当后排乘客有办公需求时,光场屏可以为其提供清晰、不晕车的画面,同时还可凭借其成像特性保证只有乘客可看到屏幕,满足对于个人隐私保护的需求。

  问界M9首发搭载华为光场屏。根据华为规划,公司光场屏产品将率先在2023年底发布的问界M9搭载上车,有望开启车载光场屏产业化进程。近期,问界新款M7获得消费者青睐,累计大定数持续创新高,M7也在10月实现10547辆交付。我们认为,M7畅销一方面是新车定价合理,另外一方面也得益于华为对M7在智能驾驶和智能座舱环节的赋能,消费者对智能化的关注度提升。M9首搭光场屏,有望作为亮点吸引更多消费者关注,加速光场屏在车端的应用。光场屏主要结构包括成像系统和光学器件。光场屏的成像系统与HUD类似,但光场屏由于要对图像光线进行多次反射折叠,所以对于光源光线进行准直、高亮等专门设计,以此来保证画面纯净无杂质的效果。光场屏中用于对光线进行折叠的光学器件是最核心的,主要包括高精度的曲面镜和偏振膜材:

  1)高精度的曲面镜:曲面镜是光场屏图像放大的关键,如果曲面镜面型设计不合理会出现图像变扭曲的现象。同时,曲面镜作为系统的一部分,在内腔中的固定位置对于光线的折反率设计不合理也会导致图像失真,所以还要严格计算曲面镜的固定位置来配合整体空间光学设计共同实现舒适的放大图像的效果;2)偏振膜材:屏幕外表面炫光及强光光晕等问题是影响观看体验的痛点,光场屏在普通方案下也会有同样的问题,因此光场屏需要在屏幕表面增加偏振膜材设计来提升产品整体视觉体验,例如增加防眩光外保护层,防反射外保护层,补偿内保护层等多种介质实现消除光晕、防止眩光的目的。光场屏产业链与HUD具备相似性。光场屏上游主要包括激光光源、光学器件、芯片和PGU等;中游为光场屏整机制造商,包括华为及其供应链企业;下游为车企,率先与华为合作的是赛力斯,我们预计后续其余华为智选、华为InSide合作伙伴有望陆续开发搭载光场屏的车型。

  考虑到舒适性等,我们判断后排光场屏的应用会更快。尽管华为设计了副驾版的光场屏,但受到中控台设计、电子后视镜或副驾仪表的限制,副驾光场屏的上车速度预计会慢于后排。在进行规模测算时,我们假定2027年之前光场屏主要还是在30万以上车型搭载,用于后排乘客娱乐办公使用,有望替代后排液晶屏幕。预计2024年光场屏市场规模为2.51亿元,2024-2027年CAGR为196%。目前光场屏产品还在应用初期,2024年预计只有问界M9搭载光场屏,我们预计2024年行业光场屏前装搭载车辆为4.8万辆,对应渗透率约为0.2%,预计2027年有望达到123.11万辆,对应渗透率为4.5%,渗透率提升主要得益于华为车BU合作伙伴车型以及新势力车型放量。从市场规模来看,预计2027年国内光场屏规模有望达到64.7亿元,2024-2027年CAGR接近200%。

  受益结构升级,HUD市场保持快速增长。HUD的出现较好的解决了驾驶员低头观察仪表而影响行车安全的问题,我们认为HUD渗透率有望快速增长,逐步成为主驾的第一屏幕。从产品结构来看,随着AR-HUD(TFT)价格下探、DLP和LCoS方案逐步成熟,AR-HUD出货占比将快速提升,带动单车价值量提升。受益结构升级,预计国内HUD市场规模快速增长,2024-2027年平均复合增速超过39%。

  座舱智能化水平提升,驾驶信息愈发丰富。传统座舱的驾驶信息主要包括发动机转速、车速、油量、水温等,随着汽车电子技术的快速发展,汽车座舱发展至智能化阶段,驾驶员可获得的信息已涵盖基础信息、辅助驾驶信息和娱乐应用信息。根据CAICV联盟《HUD打造主驾第一屏研究报告》,驾驶员信息可分为一类信息、二类信息和三类信息,其中一类信息最重要,主要包括油量/电池状态、速度、警告信息、故障等多种驾驶必要信息。

  驾驶信息的丰富提升了对信息屏幕的要求。驾驶员主要从车载屏幕获取信息,车载屏幕又需要满足以下四点需求:1)驾驶安全性:驾驶员信息屏幕必须将安全放在首位,确保界面不会分散驾驶员的注意力,获取信息过程不会产生过扰驾驶的风险,不会危及驾驶员或乘客的安全;2)可见性和可读性:驾驶员信息屏幕的核心功能是显示驾驶基本信息,所显示的信息必须清晰易读,不能对驾驶员获取信息产生阻碍,影响行驶;3)清晰的功能层级:驾驶员信息屏幕须提供驾驶员可以快速轻松访问的基本功能和特性。其控制界面须直观、简单,使驾驶员无需将视线从道路移开或双手从方向盘上移开。确保驾驶员可以快速访问控件,同时将注意力集中在道路上;4)高效舒适型:驾驶员希望能直观的看到驾驶信息,减少侧头、偏头、低头等行为,减少驾驶过程中久看屏幕的疲劳感,提高驾驶过程中的舒适度。

  主驾第一屏是驾驶员获取信息的主要显示载体。主驾第一屏为驾驶员提供前述关键信息,是驾驶员默认的、最主用、最重要的屏幕。在汽车座舱发展初期,仪表作为主驾第一屏显示驾驶过程中的重要信息,随着技术的进步和用户的需求变化,主驾第一屏也在不断发。