作者 | 王笑漁

(資料圖片)

編輯 | 周到

“電池有輻射，不買電動(dòng)車。”

“電機(jī)有輻射，不買電動(dòng)車。”

“換電站有輻射，不買換電的車。”

繼“電池輻射”之后，如今，大家不買電動(dòng)車的理由又要多了一條——激光雷達(dá)會(huì)有“激光輻射”。前不久，有網(wǎng)友爆料：拍攝蔚來(lái)ES7的激光雷達(dá)時(shí)候，小米12SU的相機(jī)傳感器直接被燒出綠線。

無(wú)獨(dú)有偶，2019年的CES展上，也發(fā)生過(guò)類似的激光雷達(dá)灼傷攝像頭傳感器的案例。

一位工程師在拍攝自動(dòng)駕駛車時(shí)，手上價(jià)值1,998美元的索尼相機(jī)就被激光雷達(dá)灼傷了。他隨后拍攝的每一張照片，都會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)明亮的紫色斑點(diǎn)，并散發(fā)出水平和垂直的綠線。

當(dāng)拍攝的畫(huà)面中出現(xiàn)這種綠線，那么大概率就意味著，激光雷達(dá)已經(jīng)把相機(jī)CMOS圖像傳感器給燒壞了。而這種損傷，往往是不可逆的。

作為電動(dòng)車“堆料清單”上必選的智能化配置，激光雷達(dá)從2022年開(kāi)始大規(guī)模量產(chǎn)上車了。有的車型用了一顆激光雷達(dá)，有的是兩顆。最極限的像長(zhǎng)城的沙龍機(jī)甲龍，在前后左右共裝了四顆激光雷達(dá)。基本上，只要這些車輛處于啟動(dòng)狀態(tài)，激光雷達(dá)就會(huì)實(shí)時(shí)地對(duì)周遭行人、車輛和物體進(jìn)行掃描。

看到這，很可能大家會(huì)有一個(gè)疑問(wèn)：激光雷達(dá)會(huì)灼傷攝像頭，那它是否會(huì)損傷人的眼睛呢？

只要是激光雷達(dá)，就會(huì)釋放能量

首先大家要知道，激光在我們身邊無(wú)處不在。

目前大多數(shù)智能手機(jī)中都帶有波長(zhǎng)為940nm的Vcsel（垂直腔面發(fā)射激光器）模組用于人臉識(shí)別。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我們每天進(jìn)行密碼解鎖、刷臉支付等行為，會(huì)進(jìn)行100次以上的“刷臉”。每次刷臉時(shí)都會(huì)有近30000束不可見(jiàn)的近紅外激光在臉上照射2秒。

在如今這個(gè)時(shí)代，激光的照射只會(huì)越加頻繁。

車載激光雷達(dá)的工作原理，其實(shí)說(shuō)來(lái)也簡(jiǎn)單。作為一種主動(dòng)測(cè)距方式，激光雷達(dá)通過(guò)發(fā)射激光束并探測(cè)回波 信號(hào)，獲取目標(biāo)的位置特征量。激光雷達(dá)的基本組成如圖下所示，主要由發(fā)射模塊、接收模塊、掃描模塊和控制模塊4個(gè)子模塊組成。

激光器發(fā)射出的光束，打到地面的樹(shù)木、道路、橋梁和建筑物等障礙物上，反射的部分光波會(huì)被激光雷達(dá)的接收器接收。

由于光速為已知量，那么根據(jù)飛行時(shí)間原理可以得到從激光雷達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的距離。與此同時(shí)，掃描模塊不斷將激光束偏轉(zhuǎn)至空間不同位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空間目標(biāo)不同位置的測(cè)量獲得三維點(diǎn)云信息，繼而得以實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍環(huán)境的精確重建。

激光雷達(dá)最早是用于軍事領(lǐng)域，后來(lái)因?yàn)樽詣?dòng)駕駛的需要在汽車領(lǐng)域開(kāi)始大規(guī)模被應(yīng)用。隨后，激光雷達(dá)逐漸演化了多種技術(shù)路線，比較常見(jiàn)的就是機(jī)械式激光雷達(dá)、MEMS微振鏡半固態(tài)激光雷達(dá)何轉(zhuǎn)鏡式半固態(tài)激光雷達(dá)。

無(wú)論采用哪種技術(shù)路線，目前的激光雷達(dá)都需要向外發(fā)射激光束，都存在一定風(fēng)險(xiǎn)。“激光雷達(dá)內(nèi)部有發(fā)射器，這就代表它有一定能量的輸出。”集度智能駕駛負(fù)責(zé)人王偉寶向虎嗅表示。

德國(guó)萊茵TÜV發(fā)布的《激光產(chǎn)品人眼安全白皮書(shū)》中明確提到：“激光安全如果得不到嚴(yán)格控制，會(huì)給用戶以及帶來(lái)很嚴(yán)重的安全隱患；與此同時(shí)，人臉識(shí)別等高頻率、低功率、長(zhǎng)時(shí)間的激光輻射累積所帶來(lái)的潛在危害還沒(méi)有得到深入的研究。特別是對(duì)于快速增長(zhǎng)的近紅外激光器的應(yīng)用，由于發(fā)射的激光對(duì)人眼不可見(jiàn)，用戶對(duì)于激光輻射的位置、強(qiáng)度、以及風(fēng)險(xiǎn)并不知情。”

當(dāng)然，拋開(kāi)劑量談毒性，都是耍流氓的表現(xiàn)。

激光產(chǎn)品的波長(zhǎng)和功率，決定了激光對(duì)人體不同組織的傷害。波長(zhǎng)決定不同人體組織對(duì)激光的吸收特性以及危害的機(jī)理，而功率和能量則會(huì)決定激光危害的程度。

國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（IEC 60825-1）依據(jù)激光產(chǎn)品的波長(zhǎng)、最大輸出激光功率或能量將激光產(chǎn)品分為了幾個(gè)大的安全等級(jí)——1類，1M類，2類，2M類，3R類，3B類，4類。

簡(jiǎn)單解釋一下就是，等級(jí)越高，危害程度越高。

目前市面上可量產(chǎn)的車載激光雷達(dá)產(chǎn)品，實(shí)際上是都需要滿足CLASS 1級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)。而只要是滿足該標(biāo)準(zhǔn)，在產(chǎn)品表面或者產(chǎn)品說(shuō)明中，就一定能找到“黃底、黑字”的特殊標(biāo)示。

比如，在禾賽AT128混合固態(tài)激光雷達(dá)的產(chǎn)品手冊(cè)中，就展示了CLASS 1激光產(chǎn)品的標(biāo)示。

再比如，Velodyne的機(jī)械式激光雷達(dá)的產(chǎn)品表面，也貼有“CLASS 1激光產(chǎn)品”的警示標(biāo)示。

理論上，只要看到這個(gè)“CLASS 1激光產(chǎn)品”的黃色標(biāo)示，就代表著它對(duì)于人眼是沒(méi)有危害的。

“CLASS 1”就像是一張激光雷達(dá)的“身份證”。有了這張“身份證”，激光雷達(dá)才能算是合格的產(chǎn)品。那么，在正常情況下，合格的激光雷達(dá)對(duì)人眼就是沒(méi)有傷害的。

但需要注意的是，滿足“CLASS 1”標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，也并非100%情況下都絕對(duì)安全。

根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的描述：“CLASS 1基于現(xiàn)在的醫(yī)學(xué)知識(shí)，被認(rèn)為是安全的。在產(chǎn)品正常工作的條件下，眼睛都不會(huì)受到有危害的光學(xué)輻射。或者雖然是產(chǎn)品含有有傷害性的激光，但被放置在相應(yīng)的密封產(chǎn)品里， 沒(méi)有任何有害的輻射能逃出封閉裝置。”

這意味著，如果激光雷達(dá)產(chǎn)品的密封外殼出現(xiàn)損傷，很可能會(huì)存在輻射逃出的風(fēng)險(xiǎn)。

安全和性能只能二選一？

幾乎所有車載激光雷達(dá)產(chǎn)品，都需要在性能與安全之間做取舍，在懸崖邊瘋狂試探。

激光雷達(dá)的測(cè)遠(yuǎn)能力是激光雷達(dá)性能的一個(gè)核心衡量指標(biāo)，探測(cè)距離越遠(yuǎn)，越能及早發(fā)現(xiàn)前方險(xiǎn)情，留出充足的時(shí)間給車輛系統(tǒng)做出決策并執(zhí)行。

但隨著被測(cè)物體距離的增加，回波信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)不斷下降。如果為了實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的探測(cè)，簡(jiǎn)單粗暴的增加激光發(fā)射功率，不僅會(huì)為系統(tǒng)功耗及散熱帶來(lái)問(wèn)題，同時(shí)也與安全性原則相違背。

目前業(yè)內(nèi)主流的激光雷達(dá)產(chǎn)品，按發(fā)射器的波長(zhǎng)來(lái)分，主要有905nm和1550nm兩種。

像蔚來(lái)NT2平臺(tái)用的Innovusion Falcon、飛凡R7用的Luminar IRIS，都是采用的1550nm激光器。而理想汽車L系、集度ROBO-1、路特斯ELETRE，用的都是禾賽AT128，905nm波長(zhǎng)。

對(duì)于905nm和1550nm這兩種波長(zhǎng)誰(shuí)更安全，業(yè)內(nèi)曾有過(guò)激烈的討論。

在國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)中，給出了一個(gè)叫最大允許曝光量 (MPE) 的計(jì)算值，也叫安全閾值——它是指的，在給定波長(zhǎng)和給定持續(xù)時(shí)間內(nèi)，不造成生物損傷的情況下，每單位面積所允許的最大激光能量。而MPE實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示，橫軸代表不同波長(zhǎng)的光，縱軸是人眼的MPE值，不同顏色的線代表不同脈寬的激光器。

各種脈沖持續(xù)時(shí)間下，905nm與1550nm的最大允許曝光 (MPE)

在曲線圖中，1550nm激光器的MPE值，比905nm激光器的MPE更高——這意味著，使用1550nm激光源的激光雷達(dá)系統(tǒng)可以使用更多功率。理論上，1550nm的安全功率上限確實(shí)比905nm高。

“1550nm激光擁有比 905nm更好的人眼安全性。”蔚來(lái)相關(guān)負(fù)責(zé)人向虎嗅表示，通常人眼可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍為380nm-760nm。遠(yuǎn)超人眼識(shí)別范圍的1550nm激光無(wú)法在人眼視網(wǎng)膜上聚焦成點(diǎn)，且在通過(guò)眼球過(guò)程中大部分都會(huì)被水吸收，因此幾乎不會(huì)對(duì)人眼造成危害;而905nm激光則更接近可見(jiàn)光波長(zhǎng)，容易在人眼視網(wǎng)膜上聚焦成點(diǎn)。為保護(hù)人眼安全，通常905nm的激光雷達(dá)的光功率上限較低。

“具有更好人眼安全性的1550nm激光雷達(dá)可允許輸出更高功率，實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)探測(cè)距離。”

不過(guò)，以此來(lái)判定一種技術(shù)路線比另一種路線更安全，可能有失偏頗。

在動(dòng)力電池技術(shù)上，其實(shí)也有著類似的邏輯存在。比如，理論數(shù)據(jù)都認(rèn)為磷酸鐵鋰電池的熱穩(wěn)定性比三元鋰電池高。但從自燃事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)看，用磷酸鐵鋰的電動(dòng)車自燃的案例并不會(huì)比用三元鋰的電動(dòng)車要少。所以，選擇更安全的技術(shù)路線，只是提供了系統(tǒng)一個(gè)有相對(duì)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)。

在激光雷達(dá)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅僅需要考慮該波段人眼能夠承受的激光閾值，還需要考慮不同波長(zhǎng)下的環(huán)境光噪聲、水吸收系數(shù)、激光器及探測(cè)器成本等問(wèn)題，從安全、性能以及成本的角度出發(fā)進(jìn)行綜合判斷。所以，激光雷達(dá)的安全和性能并不是完全由波長(zhǎng)決定的，而是整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)決定。

“1550nm和905nm只是兩種不同的波長(zhǎng)選擇，各有優(yōu)劣。車企選擇哪種波長(zhǎng)取決于激光雷達(dá)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，波長(zhǎng)本身并沒(méi)有三六九等之分。”理想汽車智能駕駛產(chǎn)品總監(jiān)趙哲倫向虎嗅表示，只有在過(guò)量的情況下，兩種波長(zhǎng)的激光才會(huì)對(duì)人眼產(chǎn)生危害。

我們舉個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，如果1550nm的激光器的光強(qiáng)超過(guò)法規(guī)限制范圍，那么它同樣會(huì)損傷人眼的角膜和晶狀體。同理，905nm如果光強(qiáng)超了，也會(huì)傷害視網(wǎng)膜。

然而，可以確定的是：兩種激光雷達(dá)，發(fā)射功率和釋放出來(lái)的能量確實(shí)有差異。

“1550nm激光雷達(dá)的功率是大于905nm的，這是因?yàn)樗奶綔y(cè)器使用銦鎵砷材料，其靈敏度遠(yuǎn)小于905nm使用的硅材料的單光子探測(cè)器，需要更高的功率才能達(dá)到測(cè)遠(yuǎn)和分辨率要求。趙哲倫向虎嗅表示，對(duì)于汽車零部件來(lái)說(shuō)，更高的功率意味著整車更費(fèi)電、同時(shí)也會(huì)帶來(lái)散熱問(wèn)題和NVH問(wèn)題。

更高的功率，也恰巧是1550nm激光雷達(dá)隱藏的風(fēng)險(xiǎn)。集度智能駕駛負(fù)責(zé)人王偉寶向虎嗅表示：“激光雷達(dá)輸出的能量，現(xiàn)階段被限制在對(duì)人眼是沒(méi)有損傷的，但這個(gè)能量可能達(dá)到了手機(jī)傳感器單位面積上所能承受的能量極限，確實(shí)可能會(huì)是有損傷的。”

簡(jiǎn)而言之，激光雷達(dá)釋放的能量對(duì)人眼都是安全的，但對(duì)攝像頭足以“致盲”。

手機(jī)的“眼睛”，小心激光灼傷

文章開(kāi)頭提到了兩起“攝像頭被燒出綠線”的案例，恰巧都是1550nm激光雷達(dá)的杰作。

因?yàn)樵谑謾C(jī)攝像頭里面，設(shè)置有CMOS圖像傳感器，CMOS IMAGE SENSOR，簡(jiǎn)稱CIS。它作用是將入射光（光子）轉(zhuǎn)換為可以查看，分析或存儲(chǔ)的電信號(hào)。

人眼與CIS的接收波段范圍

人類眼球的可見(jiàn)光波段范圍在400nm-700nm左右，而CMOS傳感器的可見(jiàn)光波段范圍在350nm-1050nm左右。通俗點(diǎn)講就是，CMOS傳感器的敏感度是人類眼球的1000倍。

“905nm或者1550nm能否對(duì)攝像頭造成損傷，與聚集到CMOS傳感器面上的能量密度有關(guān)。”趙哲倫向虎嗅分析道。

在他來(lái)看，905nm的激光雷達(dá)對(duì)攝像頭來(lái)說(shuō)，是相對(duì)友好的。“905nm激光雷達(dá)的單脈沖能量更低、出射光斑更大、發(fā)散角更大，因此會(huì)聚到CMOS面上的能量密度更低。1550nm激光雷達(dá)由于功率更高，所以相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)也更高。”

至于最可能損傷攝像頭的原因，L4自動(dòng)駕駛公司文遠(yuǎn)知行則給出了兩種解釋：可能是1550nm波段的光不被silicon（硅）吸收, 在結(jié)構(gòu)中的其他材質(zhì)上轉(zhuǎn)換為熱能, 燒毀了photo diode（光電二極管）；又或者是此CIS（CMOS圖像傳感器）結(jié)構(gòu)中有對(duì)1550nm的波段較薄弱的材質(zhì)。

到目前為止，市面上還沒(méi)有一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確和詳盡的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，來(lái)解釋1550nm激光雷達(dá)到底是如何損傷攝像頭的？當(dāng)然，也無(wú)法證明905nm激光雷達(dá)就一定不會(huì)損傷攝像頭。

對(duì)于所有的車企和激光雷達(dá)公司來(lái)說(shuō)，還是得從設(shè)計(jì)端開(kāi)始，為激光雷達(dá)產(chǎn)品預(yù)留了更高的安全閾值。并且對(duì)真實(shí)使用情況，加以長(zhǎng)期的檢測(cè)和管理，有則改之無(wú)則加勉。

否者，在瘋狂擴(kuò)張與下沉之后，搭載激光雷達(dá)的車輛很可能會(huì)演變?yōu)椤皵z像頭殺手”。到了那個(gè)時(shí)候，不光是手機(jī)攝像頭遭殃，道路上的監(jiān)控?cái)z像也要多加小心了。

寫(xiě)在最后

激光雷達(dá)誕生的初衷固然是好的——加速自動(dòng)駕駛落地，方便人類出行。

但凡事過(guò)猶不及。如果說(shuō)，激光雷達(dá)產(chǎn)品為了達(dá)到的最佳性能，而犧牲人身和財(cái)產(chǎn)的安全為代價(jià)，那么毫無(wú)疑問(wèn)就是違背了這項(xiàng)技術(shù)的初衷。燒壞了手機(jī)攝像頭還算是小事，一旦真灼傷了人的眼睛，那可要比“剎車失靈”的性質(zhì)更加惡劣。

最后，我們奉勸大家：不要拿手機(jī)對(duì)著激光雷達(dá)近距離拍攝，同時(shí)也不要用眼睛長(zhǎng)時(shí)間直視激光雷達(dá)。燒壞了相機(jī)CMOS傳感器，花幾千塊就能換新的，燒壞了眼睛可不是拿錢就能治的。

關(guān)鍵詞： 激光雷達(dá) cmos