華為詳細解讀激光雷達

來源：華為智能汽車解決方案，謝謝

編輯：感知芯視界 Link

激光雷達（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，主動發(fā)光，不受黑夜光照條件影響的特性，有效地補充了攝像頭和毫米波雷達的不足，使得智能駕駛系統(tǒng)更加安全和可靠。激光雷達已經逐漸成為高階智能駕駛系統(tǒng)的必備配置，越來越多地被應用到汽車智能駕駛系統(tǒng)的硬件中。

01激光雷達安全嗎？

然而，隨著激光雷達技術的廣泛應用，人們也開始對其是否安全產生一絲擔憂。當我們提到“激光”這個詞時，很多人可能會想到科幻電影中的高科技武器。而將“激光”與“雷達”結合在一起而形成“激光雷達”時，其產生的激光線束，會不會對我們的眼睛造成傷害呢？

02國際標準如何定義激光產品

首先，我們來看下權威的國際電工委員會標準（IEC 60825-1：2014），對激光產品是如何定義的？激光器的危險等級被劃分為四類：Class 1激光器無害，Class 4激光器具有高危險性，Class 2和3激光器分別具有低和中度危險性。車載激光雷達屬于Class 1激光產品，其功率和輻射強度遠低于對人體眼睛造成傷害的閾值。因此，在正常使用條件下，車載激光雷達不會對人眼構成威脅。或者說市面上能量產的車載激光雷達產品，都需要滿足Class 1級別標準?！癈lass 1”就像是一張激光雷達的“身份證”，有了這張“身份證”，車載激光雷達才能算合格產品。

03技術原理解讀激光雷達安全性

再者，從技術原理來看下這個問題。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“單脈沖的瞬時照射能量”和“持續(xù)長時間照射后的單位面積內的平均累積能量”。首先，單脈沖的瞬時能量，可以通過嚴格控制激光雷達的發(fā)射功率來保障，限制其不超出標準要求閾值；其次，當前市面上主流的車載激光雷達，都是掃描式雷達，以線掃雷達舉例，每次發(fā)射一條激光線束，覆蓋其中某一個位置，借助于轉鏡的轉動，把激光束從左掃到右，從而覆蓋一個120°的完整畫幅，可以參考下圖所示，這確保了激光雷達不會一直“盯”著你的眼睛照射，單位面積內的累積能量同樣限定在閾值以內。

再來看下人眼的生理構造，人眼主要包含角膜，晶狀體和視網膜組成。當激光束進入人眼后，不同波長表現會有些許不同。

市面上當前主流車載激光雷達主要在905nm波長的近紅外光波段，少數激光雷達為1550nm的遠紅外光。當905nm的激光束進入人眼后，會被角膜和晶狀體吸收大部分能量，小部分透射到視網膜上，而1550nm的激光束，幾乎會被角膜和晶狀體全部吸收，極少會到視網膜上，所以網上就有了1550nm激光雷達比905nm更安全的說法。

但實際上，基于上文描述，激光雷達的能量只要控制在人眼可接受的閾值內都是安全的，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，那么它同樣會損傷人眼的角膜和晶狀體。同理，905nm如果能量超了，也會傷害視網膜。

04有疑慮？看看實驗結果怎么說

最后，再從國際標準測試下的數據來量化看下這個問題，如下測試實驗裝置中，接收孔徑模擬人眼瞳孔，正常情況下，瞳孔直徑為2.5~4mm，遇到強光會收縮，暗室環(huán)境瞳孔會放大到5~7mm，本測試采用7mm孔徑模擬瞳孔張開能達到的極限場景（即最大通光量），測試距離也是采取最嚴苛的100mm~1m的距離范圍內進行全量測試，隨著距離的增加，激光束能量會快速衰減。100mm是人眼能聚焦的最短距離，再近就無法在視網膜成像。

基于如上苛刻的測試場景評估，激光束進入人眼的效率只有1%左右，再被眼球中的水大量吸收，到達視網膜的能量，通常只有人眼損傷閾值的20%左右。值得一提的是，IEC60825-1標準也同時考慮了皮膚安全，經過實驗測算，當前激光雷達的能量才到安全閾值的1%。所以，通過人眼安全Class 1嚴格認證的車載激光雷達產品，對人眼和皮膚都是沒有危害的。

05多激光雷達環(huán)境的安全性問題

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

目前來看，最惡劣的場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景，并排4~5車道已經是非常大的主干道，激光雷達的數量并不會無限增加，如上圖示意。

分析多激光雷達對人眼的影響，主要從三方面考慮：交疊區(qū)距離，匯聚概率，匯聚時長。

1.交疊區(qū)距離：

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

2.匯聚概率：

基于上文的原理分析，激光雷達采用的是掃描方式，要讓多臺激光雷達在同一時間匯聚到7mm孔徑的瞳孔上的概率微乎其微，經過測算，這個概率是億分之一的量級；

3.匯聚時長：

即使T1時刻，4臺激光雷達非常湊巧匯聚到一點上了，T2時刻，隨著激光雷達轉過一定角度后，光束便無法再匯聚在瞳孔上，從時間角度避免能力累積。

綜上所述，不管單激光雷達，還是多激光雷達，其發(fā)射出的激光束在正常使用條件下，不會對人眼構成實質性的威脅。國際標準如IEC 60825-1的制定和執(zhí)行，以及激光雷達制造商對產品安全的嚴格把控，都為人眼安全提供了堅實的保障。激光雷達作為智能駕駛的核心技術，正在發(fā)揮越來越大的作用。從網上視頻可以看到，裝載了激光雷達的高階智能駕駛系統(tǒng)所提供的主動安全AEB制動能力，大幅降低突發(fā)的碰撞風險，正在避免一次又一次的交通事故。

審核編輯 黃宇