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华为深入解析激光雷达技术及其安全性

泰然健康网
2024-12-29 01:41

激光雷达（LiDAR）作为智能驾驶系统的关键传感器，其三维环境重建功能为车辆提供了详尽且精准的环境信息。其主动发光特性，使得在黑夜或光照条件不佳的情况下仍能正常工作，从而有效弥补了摄像头和毫米波雷达的不足，进一步增强了智能驾驶系统的安全性和可靠性。随着高阶智能驾驶的普及，激光雷达已逐渐成为不可或缺的硬件配置。

然而，随着激光雷达技术的广泛运用，关于其安全性的担忧也逐渐浮现。人们不免会问，激光雷达发出的激光线束是否会对我们的眼睛造成伤害？事实上，车载激光雷达属于Class 1激光产品，其功率和辐射强度均远低于对眼睛造成伤害的标准。因此，在正常使用情况下，车载激光雷达不会对驾驶员或乘客的眼睛构成任何威胁。同时，市面上能够量产的车载激光雷达产品都必须满足Class 1级别的标准，这也是其合格上市的必备条件。

3. 技术原理视角下的激光雷达安全性

接下来，让我们从技术原理的角度深入探讨激光雷达的安全性。关键在于理解激光发出的能量密度如何影响人眼的健康。能量密度涉及到“单脉冲瞬时照射能量”和“长时间持续照射后的单位面积平均累积能量”。对于单脉冲瞬时能量，我们可以通过严格控制激光雷达的发射功率来确保其始终处于安全阈值之内。此外，当前市场上主流的车载激光雷达采用扫描式设计，如线扫雷达。它每次仅发射一条激光线束，覆盖特定位置，然后通过转镜的旋转，将激光束从左至右扫描，从而覆盖一个120°的广阔视野。这种设计意味着激光雷达并不会持续“聚焦”于一点照射，因此单位面积内的累积能量也始终保持在安全阈值以内。

非扫描式激光雷达与扫描式激光雷达的对比

再让我们深入探讨一下人眼的生理构造。人眼由角膜、晶状体和视网膜等多个部分组成，而激光束在进入人眼后，其不同波长的表现会有所差异。目前市场上主流的车载激光雷达主要工作在905nm波长的近红外光区域，同时也有少数激光雷达采用1550nm的远红外光。对于905nm的激光束，当它进入人眼后，角膜和晶状体会吸收大部分能量，而小部分能量会穿透至视网膜。然而，对于1550nm的激光束，由于其波长较长，能量大部分被角膜和晶状体吸收，很少能穿透至视网膜。因此，有人认为1550nm的激光雷达相较于905nm的激光雷达更加安全。
但实际上，基于上述讨论，我们可以得出结论：只要激光雷达的能量控制在人眼可接受的阈值以内，其安全性是有保障的。关于1550nm激光雷达相较于905nm激光雷达是否更安全的问题，其实并不存在绝对的说法。诚然，1550nm的激光束在人眼安全的功率上限上表现更优，但如果其能量超出法规规定的范围，同样会对人眼的角膜和晶状体造成损伤。反之，905nm激光雷达在能量控制得当的情况下，也不会伤害视网膜。

此外，我们还可以通过实验数据来进一步验证这一点。在模拟人眼瞳孔的实验条件下，接收孔径模拟了瞳孔在不同场景下的变化。当瞳孔直径在2.54mm范围内时，遇到强光会收缩，而在暗室环境中则会放大到57mm。为了最严苛的测试条件，我们采用了7mm孔径来模拟瞳孔张开的极限场景。同时，在100mm至1m的测试距离范围内进行了全量测试，确保了随着距离的增加，激光束能量会迅速衰减。特别需要注意的是，100mm是人眼能聚焦的最短距离，超过这个距离激光束就无法在视网膜上成像。
在经过一系列严苛的测试场景评估后，我们发现激光束进入人眼的效率仅为1%左右，而且其能量在经过眼球中的水大量吸收后，到达视网膜的能量通常只占人眼损伤阈值的20%左右。值得一提的是，IEC60825-1标准同样关注皮肤安全，经过实验测算，当前激光雷达的能量远低于安全阈值。因此，通过人眼安全Class 1严格认证的车载激光雷达产品，无论是对人眼还是皮肤都是安全的。

接下来，我们进一步探讨多激光雷达环境下的安全性问题

随着智能驾驶技术的飞速发展，越来越多的车辆开始配备激光雷达以增强感知能力。然而，一些人开始担忧，在满大街都是装载激光雷达的车辆后，是否会对人眼安全构成新的威胁？
在探讨多激光雷达环境下的人眼安全性时，我们主要从三个维度进行分析：交叠区距离、汇聚概率以及汇聚时长。首先，我们考虑交叠区距离。根据几何原理，多台激光雷达要形成交叠区，且随着激光雷达数量的增加，交叠区会逐渐远离雷达。在特定场景下，例如四台激光雷达并排的情况，其光束交叠区最近距离行人为6米，但经过测算，当距离超过6米后，到达视网膜的能量会迅速降低至人眼损伤阈值的1%以内。因此，在路口二排或三排的车对行人造成的影响几乎可以忽略不计，从空间角度上大幅减少了多激光雷达的能量累积。
2. 汇聚概率：
由于激光雷达采用扫描方式工作，要实现多台激光雷达同时聚焦于人眼瞳孔（直径约7mm）上，其概率极低。经过精确计算，这种概率达到了亿分之一的量级，几乎可以忽略。
3. 汇聚时长：
假设在某一时刻T1，四台激光雷达的光束非常罕见地汇聚在了一点上，但在T2时刻，随着激光雷达的轻微角度转动，其光束将无法再准确聚焦于瞳孔上。这种时间上的短暂性，进一步从时间维度上减少了能量累积的可能性。
综上所述，无论是单台激光雷达还是多台激光雷达，在正常使用情况下，其发射的激光束都不会对人眼构成实质性威胁。这得益于国际标准如IEC 60825-1的制定与执行，以及激光雷达制造商对产品安全的严格把控。激光雷达作为智能驾驶的关键技术，正日益展现出其重要性。装备了激光雷达的高阶智能驾驶系统，其提供的主动安全AEB制动能力，能有效降低突发碰撞风险，为避免交通事故做出了显著贡献。