设计了一种基于离轴反射式光学结构、投影距离可以改变的增强现实型平视显示（AR-HUD）系统，以降低驾驶员的视觉疲劳。其中，眼盒的大小为130 mm×50 mm，虚像投影距离为3~10 m，可以通过改变图像生成单元（PGU）到一级镜的距离和像源尺寸的方式实现投影距离连续可调。通过随机取样的方式，在投影距离变化范围内随机选取一个投影距离对系统进行像质分析，证明投影距离连续可变。视场角（FOV）在投影距离的可调范围内恒为15°×5°，畸变小于5%，动态畸变小于5′，MTF在5 lp/mm处优于0.5。结果表明，当车辆与前方物体距离较近时，AR-HUD系统可以根据需要改变虚像的投影距离，且能保证像质始终符合规格。

不同于普通座舱显示器，直升机平视显示器的背景画面为外界真实视景，显示画面可读性更易受到外界环境的影响。提出了一种基于最小可辨差异(PJND）理论的复杂视觉环境下直升机平视显示器的可读性评价方法。通过实验探究满足可读性的PJND值与背景因素(亮度、色度）的变化关系，以此为依据进行可读性设计工作，设计满足可读性的直升机平视显示器亮度控制曲线。实验结果表明，PJND值可综合反映亮度、色度对可读性的影响，以PJND值为标准设计出的直升机平视显示器亮度控制曲线能够满足可读性。

随着COB封装技术发展, 采用LED芯片构建液晶显示器背光组件成为一种新的思路; 提出了LED芯片COB板结合配光透镜阵列的透镜阵列型COB新颖背光组件; 通过LIGHTTOOLS软件构建了3.8 Inch机载平视显示器数字像源背光组件模型, 仿真分析照度均匀性达到98%, 空间亮度均匀性超过85%, 光能利用率超过90%。与LED芯片COB板背光组件、及机载平视显示器正用数字像源LED灯珠阵列背光组件照度、空间亮度和强度视角分布进行了仿真对比, 在同样输出3150 Lumen情况下, 透镜阵列型 COB背光组件照度超过6.6×105Lux、空间亮度接近2.0×106Nit, 远远超过其他两种背光形式, 同时保持了与LED灯珠阵列背光基本相同的视角包络。

民机平视显示系统(HUD)作为安全关键系统,由于其高度复杂且与其他机载系统结合使用,使得传统系统安全性评估方法难以满足定量安全性分析需求。因此,需要开发基于形式化模型的安全性评估(MBSA)方法,在明确概率模型检验原理及系统高层建模规范基础上,研究平显系统概率模型分层建模方法,建立平显系统概率模型,并描述系统定量安全性属性,展开自动概率模型检验,得出定量安全性分析结论,提高安全性分析效率与运算结果精确度。

为研究动态飞行中外界环境色彩对平显显示信息的视觉影响，研制了一套平显信息配色绩效评价模拟系统。首先,采用IData软件对飞行导航平显界面进行建模，设置平显颜色字符块变量;其次,将建模生成的平显画面导入模拟飞行视景中进行飞行模拟测试，在模拟飞行过程中调用JSBSim模型对飞行操作数据进行动力学解算;最后,在测试过程中根据不同的飞行视景改变不同的平显字符块颜色进行模拟操作绩效的考察。模拟系统使用了OSG视景仿真软件包进行高逼真度视景仿真开发，大幅度降低了模拟系统的开发周期与难度。经过若干飞行员的模拟飞行试验，显示画面无抖动、无畸变，平显信息配色过程中无明显的视觉延迟，完全满足飞行员的测试需要。

为了研究环境亮度、背景色度变化以及干扰(镜面反射、漫反射和眩光)对平视显示器可读性的影响,通过对最小可辨差异(PJND)理论的研究，结合平视显示器及应用环境特点，建立了基于PJND的平视显示器可读性评价模型。仿真及实验结果表明: 可用PJND值来评价平视显示器的可读性；为满足可读性，随着环境亮度变大，亮度对比度应该逐渐减小，低亮度环境下对亮度对比度的要求大于高亮度环境；背景色度与目标色度差异越大，可读性对亮度对比度的要求越低；环境亮度不变、干扰值变大时，可通过增大亮度对比度来满足可读性，干扰值超过一定范围，可通过物理遮挡来满足可读性。

针对座舱内的多功能显示器和平视显示器(HUD)的结构特征，设计了一个结构简单的瞄准线测量系统,它由装在头盔上的摄像机、座舱结构特征和处理器组成。首次提出了利用可以高精确提取的HUD和多功能显示器的结构特征配合正交迭代算法（OI）解算相机位姿，最后转化为瞄准线的测量方法。根据座舱特点，进行了一系列的仿真实验。仿真结果显示该系统的测量精度很高,并且验证了所设计的基于座舱结构特征的瞄准线测量方法是合理的和有效的。

经过理论分析和计算,结合加工难度,提出了对全息波导显示系统中全息波导板的优化方法.对28°圆视场、30 mm×30 mm系统出瞳的全息波导显示系统中的全息波导板进行了优化.输入全息光栅尺寸、分束膜尺寸和输出全息光栅尺寸分别为5 mm×30 mm,30 mm×30 mm和30 mm×30 mm,波导板材料、波导板厚度、上波导板厚度和下波导板厚度分别为BaK7,3 mm,0.75 mm和2.25 mm时,能够满足所要求的全息波导显示系统视场和出瞳性能要求.通过优化得到的系统构型可以应用于全息波导头盔显示器、全息波导平视显示器等.

平视显示器字符的亮度、线宽是决定其显示性能优劣的重要参数, 良好的字符显示特性决定了平显在高强度外界光或漆黑深夜等环境下的字符可视性及观察舒适程度, 因此, 对平视显示器字符显示的发光光谱、时间特性、亮度分布、线宽等特性进行了分析与测试。测试表明, 平显为周期20 ms的脉冲式发光, 其线亮度分布为高斯分布, 平显字符亮度随眼盒内观察位置不同和视场角度不同而存在一定差异。研究结果为平显字符显示性能的提高及相应指标测试提供了理论基础。