芯耀
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提到激光，很多人都會(huì)下意識(shí)想到“激光筆”，相信在童年玩激光筆時(shí)，一定會(huì)被告知不能直接對(duì)著人眼照射，會(huì)對(duì)人眼造成傷害。但隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，激光雷達(dá)（LiDAR）作為自動(dòng)駕駛汽車的重要傳感器，其精確的三維環(huán)境重建能力和全天候適應(yīng)性逐漸成為很多車企優(yōu)先選用的感知硬件。隨著搭載激光雷達(dá)的車輛越來(lái)越多，有些小伙伴不禁會(huì)想一個(gè)問(wèn)題，那就是車載激光雷達(dá)是否安全，當(dāng)遇到搭載激光雷達(dá)的車輛是否要立刻遠(yuǎn)離？
先說(shuō)結(jié)論！經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的設(shè)計(jì)、精細(xì)的調(diào)控和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格認(rèn)證，車載激光雷達(dá)在正常使用情況下是安全的。激光雷達(dá)是基于飛行時(shí)間測(cè)距（Time of Flight, TOF）的原理來(lái)工作的。系統(tǒng)通過(guò)發(fā)射短脈沖激光，測(cè)量激光從發(fā)射到遇到目標(biāo)反射回來(lái)的時(shí)間差，從而計(jì)算出物體的距離，并以此構(gòu)建出一個(gè)包含道路、障礙物、車輛及行人等信息的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)全景掃描，車載激光雷達(dá)通常采用高速旋轉(zhuǎn)或傾斜掃描的方式，將激光束在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)快速掃過(guò)，從而覆蓋車輛周圍的環(huán)境。相比傳統(tǒng)攝像頭，激光雷達(dá)不依賴于環(huán)境光照條件，能夠在夜間這類低能見(jiàn)度條件下提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)支持，這也是其在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中備受青睞的主要原因之一。
車載激光雷達(dá)在設(shè)計(jì)時(shí)最核心的要求之一就是對(duì)激光能量的嚴(yán)格控制。人眼對(duì)激光輻射的傷害主要取決于激光的能量密度，即單位面積內(nèi)累積的能量。為了確保即使有人眼短暫接觸到激光束也不會(huì)受到傷害，激光雷達(dá)采用短脈沖發(fā)射技術(shù)，并通過(guò)精確控制單個(gè)脈沖的能量以及脈沖之間的時(shí)間間隔，確保其輸出功率始終遠(yuǎn)低于可能引起生物損傷的閾值。激光雷達(dá)的掃描設(shè)計(jì)也使激光束不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間固定照射在同一位置，從而避免能量累積過(guò)高的情況。這種技術(shù)設(shè)計(jì)就讓激光雷達(dá)即使在極端情況下，也只是是一瞬間照射到某個(gè)目標(biāo)，其實(shí)際對(duì)人眼或皮膚造成傷害的可能性幾乎可以忽略不計(jì)。
激光雷達(dá)在設(shè)計(jì)中還有一個(gè)考量因素，那就是波長(zhǎng)選擇。目前車載激光雷達(dá)主要采用905納米和1550納米兩種工作波段。這兩種波段在安全性方面各有優(yōu)勢(shì)：905納米激光雷達(dá)的波長(zhǎng)較近于可見(jiàn)光，因此其發(fā)出的激光在經(jīng)過(guò)眼球光學(xué)系統(tǒng)時(shí)容易聚焦在視網(wǎng)膜上，要求嚴(yán)格控制激光輸出功率；而1550納米激光雷達(dá)所使用的紅外光波段，其光線在進(jìn)入眼睛后主要被角膜和晶狀體吸收，很少到達(dá)視網(wǎng)膜，因此在安全閾值上具有一定的寬裕度，可以在確保安全的前提下實(shí)現(xiàn)更高的發(fā)射功率，以獲得更遠(yuǎn)的探測(cè)距離和更高的信噪比。無(wú)論采用哪種波長(zhǎng)，車企在設(shè)計(jì)階段都已對(duì)激光能量進(jìn)行精細(xì)調(diào)控，以確保產(chǎn)品能夠滿足國(guó)際上最嚴(yán)格的安全要求。
國(guó)際上針對(duì)激光產(chǎn)品安全的最權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)就是IEC 60825-1標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)將激光產(chǎn)品按照對(duì)人體潛在危害的程度劃分為多個(gè)等級(jí)，其中Class 1級(jí)產(chǎn)品在任何正常使用條件下均不會(huì)對(duì)人眼造成傷害。車載激光雷達(dá)在設(shè)計(jì)時(shí)就要求必須符合Class 1安全標(biāo)準(zhǔn)，這意味著其激光輸出無(wú)論是在直視情況下還是在漫反射條件下，都必須遠(yuǎn)低于可能引發(fā)生物損傷的能量水平。除了IEC 60825-1標(biāo)準(zhǔn)，歐美國(guó)家還分別通過(guò)CE認(rèn)證、美國(guó)FDA的21 CFR 1040.10標(biāo)準(zhǔn)以及中國(guó)的GB 7247.1標(biāo)準(zhǔn)對(duì)激光產(chǎn)品進(jìn)行監(jiān)管。這些標(biāo)準(zhǔn)不僅涵蓋了激光產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)要求，還對(duì)產(chǎn)品的使用說(shuō)明、標(biāo)識(shí)和用戶警示等提出了明確要求，確保產(chǎn)品在批量生產(chǎn)和實(shí)際使用中始終保持安全性能。
IEC 60825-1:2014激光等級(jí)分類及其代表危害程度
但或許又有小伙伴會(huì)想，未來(lái)道路上很可能出現(xiàn)多輛搭載激光雷達(dá)的汽車同時(shí)行駛的情況，這是否會(huì)讓發(fā)射的激光束在空間上疊加，導(dǎo)致累積效應(yīng)從而對(duì)人眼造成潛在傷害。這一問(wèn)題可以從三個(gè)方面來(lái)討論，首先，多臺(tái)激光雷達(dá)的激光束在實(shí)際應(yīng)用中，由于掃描角度和時(shí)間的差異，其交疊區(qū)域往往位于車輛較遠(yuǎn)的位置，激光能量在傳輸過(guò)程中已經(jīng)大幅衰減；其次，激光雷達(dá)采用高速掃描技術(shù)，激光束在同一時(shí)刻同時(shí)精確匯聚到瞳孔上的概率極低，計(jì)算結(jié)果往往只有億分之一的可能性；最后，即使在某個(gè)瞬間存在多束激光短暫疊加，由于掃描速度極快，疊加時(shí)間也僅為微秒級(jí)，遠(yuǎn)不足以形成持續(xù)照射。因此，在實(shí)際交通環(huán)境中，即便在最復(fù)雜、最密集的激光雷達(dá)應(yīng)用場(chǎng)景下，其對(duì)人眼或皮膚的累積危害仍然可以忽略不計(jì)。
由此可見(jiàn)，自動(dòng)駕駛汽車上采用的激光雷達(dá)在技術(shù)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光能量的精密調(diào)控，通過(guò)短脈沖、掃描式發(fā)射以及波長(zhǎng)選擇等多重安全設(shè)計(jì)，有效地確保了其在任何正常使用條件下都能滿足Class 1安全標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，無(wú)論是在單車應(yīng)用還是多車激光雷達(dá)共存的復(fù)雜環(huán)境下，其對(duì)人眼和皮膚均不會(huì)構(gòu)成實(shí)質(zhì)性危害。未來(lái)，隨著技術(shù)不斷革新、標(biāo)準(zhǔn)不斷更新以及公眾科普力度的加強(qiáng)，激光雷達(dá)將在自動(dòng)駕駛和更多高科技領(lǐng)域中發(fā)揮出更大的作用，為人們提供更加安全、智能和便捷的出行體驗(yàn)。
