激光雷达烧坏相机 如何保证人眼安全

激光作为一种“隐蔽”的光源会毁掉一台相机，同样这样的危险也来自自动驾驶汽车。

CES2019最不起眼也是最让人担忧的事件发生了，一位自动驾驶汽车工程师吉特•雷•乔杜里(Jit Ray Chowdhury)当时正在拍摄一辆由Ridecell公司生产的自动驾驶汽车，车上安装了一个激光雷达。

这些激光似乎灼伤了Sony a7R II相机传感器，在随后的照片中，同一位置出现了两个紫色的光点，这表明传感器已经损坏。按照常规的利润，某些类型的直射光——如日食或激光——会永久性地损坏相机的数字传感器。

为这款自动驾驶汽车制造激光雷达激光器的Aeye公司表示，乔杜里照片中的两条紫光条纹是意料之中的。“相机对激光的敏感度是眼球的1000倍。”

这是灯光表演行业早就知道的事情。除了相机传感器，DLP芯片(如视频投影仪)也可以被直接激光曝光破坏。

自从乔杜里在这个领域工作以来，他已经用激光雷达拍摄了各种各样的自动驾驶汽车。他表示，目前在路上的大多数测试车辆只使用波长和强度不会损坏相机的激光雷达。他自己也试过很多，还没有出现过类似的被损坏情况。

值得注意的是，像Alphabet的Waymo和通用的Cruise这样的公司已经在公共街道上测试了数十款使用激光雷达的汽车一年多了。人们给这些车拍了很多照片，乔杜里表示，暂时还没有听说类似相机损坏的事情。

考虑到自动驾驶车辆上搭载的多个摄像头传感器，一方面的担忧是激光雷达是否会损坏其他车辆上的摄像头，但另一个更令人担忧的是，激光雷达是否对人眼是安全的？

AEye公司的相关负责人表示，激光雷达不会对人眼构成危险。但他并不否认AEye的激光雷达会对相机传感器造成损害。但这是否就意味着所有的激光雷达都是安全的？

自动驾驶车辆搭载激光雷达，其实并没有引起太多人的安全重视，我们倾向于认为它们是司空见惯的，我们开始忘记这些微小的，通常看不见的光源能够对我们的眼睛造成永久性的伤害。

暴露在激光下会对眼睛造成严重的伤害——通常是烧伤和视网膜的直接损伤。传统的眼睛安全标准只关注视网膜的损伤，这可能导致永久性损伤和失明。

激光波长从400纳米到1400纳米，当激光能量被视网膜吸收时，它会造成永久性的损害，尽管并不总是立即可见。一旦足够大的一部分视网膜受损或视神经受到直接照射，视力就会明显丧失。

激光如此危险的原因之一是它们的光被准直成一束小光束，不像灯泡或太阳。对于非激光光源，能量在到达我们的眼睛之前会扩散到很大的区域(除非你直视太阳——我们都被警告不要这么做，因为这也会损害眼睛)。

红外激光器的另一个特别的危险是它们缺乏可见性。我们可以直接盯着红外激光束看，却看不见它，因为它的波长肉眼根本看不见。最关键的是我们眨眼和转移视线的本能不会被触发，我们也不会感到不适。

由于我们没有避免暴露在红外激光辐射下的安全意识（当然，也因为大多数厂商并没有警告消费者），我们处于暴露时间足够长，造成重大损害的危险之中。

目前，超过1400nm（大多数激光雷达使用的905nm）的激光波长会被角膜和晶状体强烈吸收，因此损伤的能量通常无法到达视网膜。激光产生的光在这个范围内，低于一定的功率阈值，本质上是“视网膜安全的”。

视网膜的安全波长允许更高的曝光(更长的曝光时间和/或更高的功率)，但通常情况下，这些波长较高的损害(如果有的话)会对角膜造成损害。

热量的多少，以及潜在的损伤，不仅取决于波长，还取决于功率、光束发散度、光束质量和曝光时间。与激光造成的视网膜损伤相比，激光造成的大多数角膜烧伤最终会愈合，尽管会非常痛苦。

与其他波长的激光器相比，目前1550nm范围内的优点之一是相对的视网膜安全性。（不过，文中前面提到的Aeye公司推出的针对汽车市场的AE110，正是使用了1550纳米(nm)波段）

1550nm的激光器使用了铟镓砷化物等材料，而不是硅。它的优势是人眼中的液体在1550nm波段下是不透明的，因此光线无法到达眼睛后部的视网膜。这意味着激光可以在更高的功率水平下工作，而不会对眼睛造成安全风险。

但业内人士表示，905nm的激光雷达在技术以及整个产业链上，都相对成熟，但在安全性上存在一定的隐患。

大多数激光雷达公司使用波长为905nm的激光器，这些波长对公司很有吸引力，因为传感器可以使用传统的硅基制造技术。然而，不利的一面是，这些波长的激光相对容易损害人类视网膜。因此，安全要求严格限制激光功率。

但结果也很明显。

激光雷达在恶劣环境下，传输距离以及效果会大打折扣，传输的距离也不够远（实际效果，并非企业标称的数据，目前市面上的激光雷达厂商的指标大多数都是在良好的天气环境下测试的数据）。

造成这一结果的，与其工作的功率大小有关。理论上而言，功率越大，传输的距离就更远，但功率变大后稳定性较难控制，同时安全隐患也会增加。

目前的安全法规，将激光雷达发射器的功率普遍限制在了5mw以下。

按照目前正在对激光对眼睛的影响进行长期研究，重点是照射的长期影响。眼睛通常可以弥补小的盲点（不想照相机可以很明显看到问题），所以通常情况下，直到严重的时候，人们才注意到损害。

更复杂的安全标准是，即使在相同波长下，脉冲激光器也能产生与非脉冲激光器截然不同的效果。而脉冲激光对眼睛的影响尚不完全清楚。

由于没有一种激光是完全对眼睛安全的，所以研究人员总是建议使用极端小心，人不要直接看激光。同时，操作激光时必须使用安全装置。不过，这样的警示，目前在自动驾驶领域并没有得到企业的重视。

激光辐射采取防护措施主要依据激光安全标准，它通常规定了人眼或皮肤承受辐射极限或产品辐射极限。

目前国际上常用的激光安全标准有美国国家标准协会 ( ANS I Z136)标准和国际电工委员会( IEC )标准 ( IEC 60825)，另外还有世界卫生组织(WHO)标准、国际标准化组织 ( ISO )标准和国际辐射防护协会 ( IRPA )标准美国放射卫生局 ( BRH )标准等。

ANS I Z136. 1标准于1973年由美国国家标准协会 Z136委员会制定，现已进行多次修订，是美国关于激光安全的第一项国家标准，在国际上具有较大的权威性，并被多个国家引用。

该标准将激光器按输出能量、工作波长、脉宽等参数划分成若干个危害级别 (划分的依据是与损伤阈值直接相关的辐射量限值 )，再根据危害级别制订详细的安全防护措施。中国也参靠ANSI，制定了自己的标准GB7247，目前最新版本已经更新到了2012。

目前，还有一些Flash激光雷达产品采用的是IEC/EN 62471，这是评价灯具及灯具系统光生物学安全的指引，特别详述了曝光限制，参考量度技术，分类评估和光辐射中所有电力驱动的不连贯多频率光学危险之源控制，包括LED产品，但不包括波段距离在200nm至3000nm的激光产品。

无论是国内还是国外，参靠的标准都是相似的。关于激光发射的限制条件，有一个较为统一的尺度：MPE最大允许照射量，根据GB7247.1-2001的官方释义：正常情况下人体受到激光照射不会产生不良后果的激光辐射水平。

MPE水平指眼或皮肤受到照射后即刻或长时间后无损伤发生的最大照射水平，它与辐射波长、脉宽或照射时间、处于危险状态的生物组织以及暴露在400nm-1400nm的可见和近红外辐射中的视网膜成像的大小等有关。

符合相应的安全标准，需要通过一定的规格认证。目前，通常激光雷达产品是向美国的食品及药品管理局FDA申请，其按激光输出值的大小将激光设备分为六个等级，即ClassⅠ, ClassⅡa，ClassⅡ，ClassⅢa，ClassⅢb和ClassⅣ。

其中，ClassⅠ级（功率小于0.4mW） 激光属于低能量级激光设备，它是非常安全的并且可避免所有的静电危险。这也是目前大多数车载激光雷达产品标称的认证。

但国内外针对激光雷达的标准，目前还是主要针对工业、商业、娱乐、研究、教育及医学领域，车载激光雷达是一个新的应用领域。也由此造成了在各家激光雷达公司的产品说明书中，对于激光雷达的安全性说明也不统一。