車載AR-HUD（增強現實抬頭顯示系統）通過將駕駛狀態、導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，其光學設計中存在的“太陽光回流聚焦”現象可能導致PGU（圖像生成單元）溫度過高，進而影響顯示效果甚至損壞設備。本實驗基于紫創測控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，實現光斑溫度監測與定位，為AR-HUD的熱管理提供可靠技術支持。

檢測系統設計

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1.硬件架構

檢測系統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，實現溫度數據的實時采集與處理。系統電源模塊兼容AR-HUD的12V供電，經穩壓芯片轉換為5V與3.3V，為傳感器與MCU供電。

2.軟件流程

系統持續采集PGU區域的溫度數據，實時計算溫度最大值Tmax 、最小值 Tmin 及其差值 Td。當Td超過設定閾值（如25℃）且Tmax高于PGU額定溫度上限時，系統判定發生太陽逆流，并啟動光斑定位程序。檢測時間間隔設置為1秒，兼顧實時性與系統負載。

實驗設置

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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，確保實驗環境的可控性與重復性。將傳感器安裝于遠離PGU的位置，避免遮擋投影光路，設置三組實驗場景：

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，作為數據校準基準。

實驗關鍵數據處理

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光線使紅外溫度圖像發生反轉（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據映射為偽彩色圖像，回流發生時，PGU 光斑區域與非顯示區域溫差顯著，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，經對數變換與矩陣求解得到擬合系數，結合PGU 實際尺寸（7.1cm×5.3cm）完成坐標映射。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），模型皮爾遜相關系數達 0.997，平均絕對誤差僅0.641℃，確保溫度數據準確性。

實驗結果

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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，該檢測系統可精準判定太陽光回流（溫差閾值25℃），并實現光斑位置的實時定位，溫度檢測間隔1 秒，滿足實時性要求。與現有方案相比，本系統無需犧牲PGU 顯示區域，同時具備溫度監測與光斑定位雙重功能，適配多數車載AR-HUD。雖紅外傳感器成本相對較高，但可通過選用8×8 像素傳感器結合插值算法降低成本，兼顧經濟性與實用性。

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，能夠實時監測PGU溫度并定位光斑位置，為預防太陽逆流引起的設備損壞提供了有效手段。實驗數據驗證了系統的準確性與可靠性，該方法不占用顯示面積、響應迅速，具備良好的實用性與擴展性。

Luminbox全光譜準直型太陽光模擬器

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紫創測控Luminbox全光譜準直太陽光模擬光源是專為車載AR-HUD測試而設計的專業光源設備，能精準模擬自然光環境，支持光譜/ 亮度 / 色溫調控，幫助在實驗室內進行太陽直射、光學干涉與動態光適應性等HUD光學性能測試與驗證。

全光譜覆蓋：350nm-1100nm光譜，貼近自然光權重

高動態亮度：2 米處20,000-150,000Lux，滿足HUD 亮度響應測試

強光抗擾驗證：直射模擬復現圖像模糊/ 重影問題場景

多場景適應：支持日間/ 夜間 / 隧道等光照動態切換測試

紫創測控Luminbox全光譜準直型太陽光模擬器以精密光學的工程化應用，可有效縮短從基礎研究到工業驗證的周期，為車載AR-HUD測試提供可靠的“人工太陽”，助力汽車領域的技術革新。