​华为详细解读激光雷达

华为详细解读激光雷达

激光雷达（LiDAR）作为智能驾驶系统的核心传感器，其三维环境重建能力为车辆提供了丰富而精确的环境信息，主动发光，不受黑夜光照条件影响的特性，有效地补充了摄像头和毫米波雷达的不足，使得智能驾驶系统更加安全和可靠。激光雷达已经逐渐成为高阶智能驾驶系统的必备配置，越来越多地被应用到汽车智能驾驶系统的硬件中。

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。