激光雷達(dá)（LiDAR）作為智能駕駛系統(tǒng)的核心傳感器，其三維環(huán)境重建能力為車輛提供了豐富而精確的環(huán)境信息，主動(dòng)發(fā)光，不受黑夜光照條件影響的特性，有效地補(bǔ)充了攝像頭和毫米波雷達(dá)的不足，使得智能駕駛系統(tǒng)更加安全和可靠。激光雷達(dá)已經(jīng)逐漸成為高階智能駕駛系統(tǒng)的必備配置，越來越多地被應(yīng)用到汽車智能駕駛系統(tǒng)的硬件中。

01 你可能會(huì)問，激光雷達(dá)安全嗎？

然而，隨著激光雷達(dá)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，人們也開始對(duì)其是否安全產(chǎn)生一絲擔(dān)憂。當(dāng)我們提到“激光”這個(gè)詞時(shí)，很多人可能會(huì)想到科幻電影中的高科技武器。而將“激光”與“雷達(dá)”結(jié)合在一起而形成“激光雷達(dá)”時(shí)，其產(chǎn)生的激光線束，會(huì)不會(huì)對(duì)我們的眼睛造成傷害呢？

02 國際標(biāo)準(zhǔn)如何定義激光產(chǎn)品

首先，我們來看下權(quán)威的國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（IEC 60825-1：2014），對(duì)激光產(chǎn)品是如何定義的？激光器的危險(xiǎn)等級(jí)被劃分為四類：Class 1激光器無害，Class 4激光器具有高危險(xiǎn)性，Class 2和3激光器分別具有低和中度危險(xiǎn)性。車載激光雷達(dá)屬于Class 1激光產(chǎn)品，其功率和輻射強(qiáng)度遠(yuǎn)低于對(duì)人體眼睛造成傷害的閾值。

因此，在正常使用條件下，車載激光雷達(dá)不會(huì)對(duì)人眼構(gòu)成威脅?；蛘哒f市面上能量產(chǎn)的車載激光雷達(dá)產(chǎn)品，都需要滿足Class 1級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)?！癈lass 1”就像是一張激光雷達(dá)的“身份證”，有了這張“身份證”，車載激光雷達(dá)才能算合格產(chǎn)品。

03 技術(shù)原理解讀激光雷達(dá)安全性

再者，從技術(shù)原理來看下這個(gè)問題。人眼是否受到傷害，主要取決于激光發(fā)出的能量密度是否超過人眼可接受的閾值。

能量密度：看的是“單脈沖的瞬時(shí)照射能量”和“持續(xù)長時(shí)間照射后的單位面積內(nèi)的平均累積能量”。首先，單脈沖的瞬時(shí)能量，可以通過嚴(yán)格控制激光雷達(dá)的發(fā)射功率來保障，限制其不超出標(biāo)準(zhǔn)要求閾值；其次，當(dāng)前市面上主流的車載激光雷達(dá)，都是掃描式雷達(dá)，以線掃雷達(dá)舉例，每次發(fā)射一條激光線束，覆蓋其中某一個(gè)位置，借助于轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)，把激光束從左掃到右，從而覆蓋一個(gè)120°的完整畫幅，可以參考下圖所示，這確保了激光雷達(dá)不會(huì)一直“盯”著你的眼睛照射，單位面積內(nèi)的累積能量同樣限定在閾值以內(nèi)。

非掃描式(上) vs 掃描式激光雷達(dá)(下)示意圖

再來看下人眼的生理構(gòu)造，人眼主要包含角膜，晶狀體和視網(wǎng)膜組成。當(dāng)激光束進(jìn)入人眼后，不同波長表現(xiàn)會(huì)有些許不同。市面上當(dāng)前主流車載激光雷達(dá)主要在905nm波長的近紅外光波段，少數(shù)激光雷達(dá)為1550nm的遠(yuǎn)紅外光。當(dāng)905nm的激光束進(jìn)入人眼后，會(huì)被角膜和晶狀體吸收大部分能量，小部分透射到視網(wǎng)膜上，而1550nm的激光束，幾乎會(huì)被角膜和晶狀體全部吸收，極少會(huì)到視網(wǎng)膜上，所以網(wǎng)上就有了1550nm激光雷達(dá)比905nm更安全的說法。

但實(shí)際上，基于上文描述，激光雷達(dá)的能量只要控制在人眼可接受的閾值內(nèi)都是安全的，不存在誰比誰更安全的說法。誠然1550nm比905nm在人眼安全的功率上限更高些，但如果1550nm的激光器的能量超過法規(guī)限制范圍，那么它同樣會(huì)損傷人眼的角膜和晶狀體。同理，905nm如果能量超了，也會(huì)傷害視網(wǎng)膜。

04 還有疑慮？再看看實(shí)驗(yàn)結(jié)果怎么說

最后，再從國際標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試下的數(shù)據(jù)來量化看下這個(gè)問題，如下測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置中，接收孔徑模擬人眼瞳孔，正常情況下，瞳孔直徑為2.5~4mm，遇到強(qiáng)光會(huì)收縮，暗室環(huán)境瞳孔會(huì)放大到5~7mm，本測(cè)試采用7mm孔徑模擬瞳孔張開能達(dá)到的極限場(chǎng)景（即最大通光量），測(cè)試距離也是采取最嚴(yán)苛的100mm~1m的距離范圍內(nèi)進(jìn)行全量測(cè)試，隨著距離的增加，激光束能量會(huì)快速衰減。100mm是人眼能聚焦的最短距離，再近就無法在視網(wǎng)膜成像。

基于如上苛刻的測(cè)試場(chǎng)景評(píng)估，激光束進(jìn)入人眼的效率只有1%左右，再被眼球中的水大量吸收，到達(dá)視網(wǎng)膜的能量，通常只有人眼損傷閾值的20%左右。值得一提的是，IEC60825-1標(biāo)準(zhǔn)也同時(shí)考慮了皮膚安全，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)算，當(dāng)前激光雷達(dá)的能量才到安全閾值的1%。所以，通過人眼安全Class1嚴(yán)格認(rèn)證的車載激光雷達(dá)產(chǎn)品，對(duì)人眼和皮膚都是沒有危害的。

05 多激光雷達(dá)環(huán)境的安全性問題

最后，再探討下多激光雷達(dá)環(huán)境的安全性問題。隨著智能駕駛技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來越多的車輛開始采用激光雷達(dá)來提高感知能力。有小伙伴開始擔(dān)心，滿大街的都是裝激光雷達(dá)的車，是否以后門都不敢出了，這種多激光雷達(dá)環(huán)境是否會(huì)對(duì)人眼安全產(chǎn)生新的影響呢？

目前來看，最惡劣的場(chǎng)景莫過于大路口并排多車等紅綠燈，行人從斑馬線穿過的場(chǎng)景，并排4~5車道已經(jīng)是非常大的主干道，激光雷達(dá)的數(shù)量并不會(huì)無限增加，如上圖示意。

分析多激光雷達(dá)對(duì)人眼的影響，主要從三方面考慮：交疊區(qū)距離，匯聚概率，匯聚時(shí)長。

1.交疊區(qū)距離：

基于幾何原理，多臺(tái)激光雷達(dá)要形成交疊區(qū)，數(shù)量越多，交疊區(qū)離雷達(dá)的距離越遠(yuǎn)，從上圖所示，4臺(tái)激光雷達(dá)光束交疊區(qū)最近距離為行人所處位置，分別離4臺(tái)激光雷達(dá)的距離為（6米，3.5米，3.5米，6米），能量隨距離快速衰減，經(jīng)過測(cè)算，距離到達(dá)6米后，到達(dá)視網(wǎng)膜的能量快速衰減到人眼損傷閾值的1%以內(nèi)，路口二排三排的車幾乎可以忽略不計(jì)，空間角度上就大幅抵消了多激光雷達(dá)的能量累積；

2.匯聚概率：

基于上文的原理分析，激光雷達(dá)采用的是掃描方式，要讓多臺(tái)激光雷達(dá)在同一時(shí)間匯聚到7mm孔徑的瞳孔上的概率微乎其微，經(jīng)過測(cè)算，這個(gè)概率是億分之一的量級(jí)；

3.匯聚時(shí)長：

即使T1時(shí)刻，4臺(tái)激光雷達(dá)非常湊巧匯聚到一點(diǎn)上了，T2時(shí)刻，隨著激光雷達(dá)轉(zhuǎn)過一定角度后，光束便無法再匯聚在瞳孔上，從時(shí)間角度避免能力累積。

綜上所述，不管單激光雷達(dá)，還是多激光雷達(dá)，其發(fā)射出的激光束在正常使用條件下，不會(huì)對(duì)人眼構(gòu)成實(shí)質(zhì)性的威脅。國際標(biāo)準(zhǔn)如IEC 60825-1的制定和執(zhí)行，以及激光雷達(dá)制造商對(duì)產(chǎn)品安全的嚴(yán)格把控，都為人眼安全提供了堅(jiān)實(shí)的保障。激光雷達(dá)作為智能駕駛的核心技術(shù)，正在發(fā)揮越來越大的作用。從網(wǎng)上視頻可以看到，裝載了激光雷達(dá)的高階智能駕駛系統(tǒng)所提供的主動(dòng)安全AEB制動(dòng)能力，大幅降低突發(fā)的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，正在避免一次又一次的交通事故。




審核編輯：劉清