技术原理解读激光雷达安全性：对人眼安全吗？
技术原理解读激光雷达安全性：对人眼安全吗？
1.你可能会问，激光雷达安全吗？然而，随着激光雷达技术的广泛应用，人们也开始对其是否安全产生一丝担忧。当我们提到“激光”这个词时，很多人可能会想到科幻电影中的高科技武器。而将“激光”与“雷达”结合在一起而形成“激光雷达”时，其产生的激光线束，会不会对我们的眼睛造成伤害呢？2.国际标准如何定义激光产品首先，我们来看下权威的国际电工委员会标准（IEC 60825-1：2014），对激光产品是如何定义的？激光器的危险等级被划分为四类：Class 1激光器无害，Class 4激光器具有高危险性，Class 2和3激光器分别具有低和中度危险性。车载激光雷达属于Class 1激光产品，其功率和辐射强度远低于对人体眼睛造成伤害的阈值。因此，在正常使用条件下，车载激光雷达不会对人眼构成威胁。或者说市面上能量产的车载激光雷达产品，都需要满足Class 1级别标准。“Class 1”就像是一张激光雷达的“身份证”，有了这张“身份证”，车载激光雷达才能算合格产品。3.技术原理解读激光雷达安全性再者，从技术原理来看下这个问题。人眼是否受到伤害，主要取决于激光发出的能量密度是否超过人眼可接受的阈值。能量密度：看的是“单脉冲的瞬时照射能量”和“持续长时间照射后的单位面积内的平均累积能量”。首先，单脉冲的瞬时能量，可以通过严格控制激光雷达的发射功率来保障，限制其不超出标准要求阈值；其次，当前市面上主流的车载激光雷达，都是扫描式雷达，以线扫雷达举例，每次发射一条激光线束，覆盖其中某一个位置，借助于转镜的转动，把激光束从左扫到右，从而覆盖一个120°的完整画幅，可以参考下图所示，这确保了激光雷达不会一直“盯”着你的眼睛照射，单位面积内的累积能量同样限定在阈值以内。非扫描式(上) vs 扫描式激光雷达(下)示意图再来看下人眼的生理构造，人眼主要包含角膜，晶状体和视网膜组成。当激光束进入人眼后，不同波长表现会有些许不同。市面上当前主流车载激光雷达主要在905nm波长的近红外光波段，少数激光雷达为1550nm的远红外光。当905nm的激光束进入人眼后，会被角膜和晶状体吸收大部分能量，小部分透射到视网膜上，而1550nm的激光束，几乎会被角膜和晶状体全部吸收，极少会到视网膜上，所以网上就有了1550nm激光雷达比905nm更安全的说法。但实际上，基于上文描述，激光雷达的能量只要控制在人眼可接受的阈值内都是安全的，不存在谁比谁更安全的说法。诚然1550nm比905nm在人眼安全的功率上限更高些，但如果1550nm的激光器的能量超过法规限制范围，那么它同样会损伤人眼的角膜和晶状体。同理，905nm如果能量超了，也会伤害视网膜。4.还有疑虑？再看看实验结果怎么说最后，再从国际标准测试下的数据来量化看下这个问题，如下测试实验装置中，接收孔径模拟人眼瞳孔，正常情况下，瞳孔直径为2.5~4mm，遇到强光会收缩，暗室环境瞳孔会放大到5~7mm，本测试采用7mm孔径模拟瞳孔张开能达到的极限场景（即最大通光量），测试距离也是采取最严苛的100mm~1m的距离范围内进行全量测试，随着距离的增加，激光束能量会快速衰减。100mm是人眼能聚焦的最短距离，再近就无法在视网膜成像。基于如上苛刻的测试场景评估，激光束进入人眼的效率只有1%左右，再被眼球中的水大量吸收，到达视网膜的能量，通常只有人眼损伤阈值的20%左右。值得一提的是，IEC60825-1标准也同时考虑了皮肤安全，经过实验测算，当前激光雷达的能量才到安全阈值的1%。所以，通过人眼安全Class 1严格认证的车载激光雷达产品，对人眼和皮肤都是没有危害的。5.多激光雷达环境的安全性问题最后，再探讨下多激光雷达环境的安全性问题。随着智能驾驶技术的不断进步，越来越多的车辆开始采用激光雷达来提高感知能力。有小伙伴开始担心，满大街的都是装激光雷达的车，是否以后门都不敢出了，这种多激光雷达环境是否会对人眼安全产生新的影响呢？目前来看，最恶劣的场景莫过于大路口并排多车等红绿灯，行人从斑马线穿过的场景，并排4~5车道已经是非常大的主干道，激光雷达的数量并不会无限增加，如上图示意。分析多激光雷达对人眼的影响，主要从三方面考虑：交叠区距离，汇聚概率，汇聚时长。1.交叠区距离：基于几何原理，多台激光雷达要形成交叠区，数量越多，交叠区离雷达的距离越远，从上图所示，4台激光雷达光束交叠区最近距离为行人所处位置，分别离4台激光雷达的距离为（6米，3.5米，3.5米，6米），能量随距离快速衰减，经过测算，距离到达6米后，到达视网膜的能量快速衰减到人眼损伤阈值的1%以内，路口二排三排的车几乎可以忽略不计，空间角度上就大幅抵消了多激光雷达的能量累积；2.汇聚概率：基于上文的原理分析，激光雷达采用的是扫描方式，要让多台激光雷达在同一时间汇聚到7mm孔径的瞳孔上的概率微乎其微，经过测算，这个概率是亿分之一的量级；3.汇聚时长：即使T1时刻，4台激光雷达非常凑巧汇聚到一点上了，T2时刻，随着激光雷达转过一定角度后，光束便无法再汇聚在瞳孔上，从时间角度避免能力累积。综上所述，不管单激光雷达，还是多激光雷达，其发射出的激光束在正常使用条件下，不会对人眼构成实质性的威胁。国际标准如IEC 60825-1的制定和执行，以及激光雷达制造商对产品安全的严格把控，都为人眼安全提供了坚实的保障。激光雷达作为智能驾驶的核心技术，正在发挥越来越大的作用。从网上视频可以看到，装载了激光雷达的高阶智能驾驶系统所提供的主动安全AEB制动能力，大幅降低突发的碰撞风险，正在避免一次又一次的交通事故。 ...
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