激光雷達(dá)掃壞CMOS，難道汽車都要變成“光棱坦克”了？

激光雷達(dá)，對(duì)于汽車產(chǎn)業(yè)的重要性不言而喻，它是自動(dòng)駕駛汽車感知周圍環(huán)境的關(guān)鍵傳感器之一。憑借其高精度的 360 度全方位掃描能力，激光雷達(dá)能夠?qū)崟r(shí)生成車輛周圍環(huán)境的精確三維地圖，精準(zhǔn)檢測(cè)并追蹤其他車輛、行人、障礙物等，為自動(dòng)駕駛決策系統(tǒng)提供精準(zhǔn)且可靠的數(shù)據(jù)支持，是保障自動(dòng)駕駛汽車安全行駛、實(shí)現(xiàn)智能駕駛功能落地的核心基石，正推動(dòng)著汽車產(chǎn)業(yè)向著更智能、更安全的方向加速變革。

但是在給車輛更安全的環(huán)境感知能力之時(shí)，各位讀者有沒有想過，這些越來越多激光雷達(dá)，會(huì)逐漸開始危害我們的財(cái)產(chǎn)安全，而首當(dāng)其沖的就是手機(jī)攝像頭。

近日，有越來越多的證據(jù)證明，激光雷達(dá)會(huì)嚴(yán)重威脅CMOS傳感器的正常工作，可能會(huì)永久損壞智能手機(jī)攝像頭。Reddit 用戶 Jeguetelli在用他的iPhone 16 Pro Max拍攝一臺(tái)全新的沃爾沃 EX90 時(shí)，當(dāng)鏡頭移動(dòng)到車頂?shù)募す饫走_(dá)時(shí)，CMOS直接捕捉到了激光雷達(dá)的脈沖，巨大的能量直接擊中了鏡頭下的CMOS，留下了永久性的燒毀像素群，呈現(xiàn)出紅色、粉色和紫色。

拍攝沃爾沃EX90的激光雷達(dá)產(chǎn)生的壞點(diǎn)

這不禁讓大眾開始擔(dān)心起來，隨著路上的激光雷達(dá)越來越多，我們身邊的這種威脅會(huì)不會(huì)越來越多，我們平時(shí)使用的CMOS損壞還是小事，更進(jìn)一步，這些激光雷達(dá)的存在會(huì)不會(huì)成為我們眼鏡的隱藏殺手呢？

首先，我們先來簡(jiǎn)單說說什么激光會(huì)損壞我們的CMOS設(shè)備。太陽光是生活中最常見的光，它由多種波長組成。在穿過大氣層時(shí)，太陽光被削弱，導(dǎo)致其照射到地球表面的強(qiáng)度降低。而但是激光不同，激光只能輸出一個(gè)顏色的光波，顏色非常純凈，而且指向性極強(qiáng)，你可能不敢相信，激光的亮度可能比太陽光的亮度還要強(qiáng)。在面對(duì)如此強(qiáng)光的照射下，CMOS很有可能因自身的熱量過高，超過了元件的工作溫度上限，或者即時(shí)電壓超過限制，那元件就很有可能被擊穿，之后就會(huì)出現(xiàn)壞點(diǎn)、亮點(diǎn)或壞線、亮線。比較有代表性的場(chǎng)景就是各類演唱會(huì)的現(xiàn)場(chǎng)，會(huì)有各種用于舞美的激光燈具，隨便在互聯(lián)網(wǎng)上搜索一下，就能找到各類手機(jī)、相機(jī)被激光打壞的帖子。

那么，同樣也是在發(fā)射激光的激光雷達(dá)，是不是也同樣兇險(xiǎn)呢？首先，先要說明的是，雖然同為激光，但是激光雷達(dá)發(fā)出的激光顯然于演唱會(huì)上的各類激光不同——它用肉眼看不到啊。因?yàn)椋履茉窜嚨募す饫走_(dá)，基本上是紅外雷達(dá)，波長在900nm或者1550nm之間。

之后我們也來簡(jiǎn)單聊一聊激光雷達(dá)的工作原理：它持續(xù)不斷地向外發(fā)射激光脈沖，隨后利用雷達(dá)內(nèi)置的接收器以及先進(jìn)的信息處理系統(tǒng)，精準(zhǔn)測(cè)量脈沖反射回來的時(shí)間與強(qiáng)度，也就是所謂的回波，由此計(jì)算出物體與車輛之間的距離以及物體的大致形狀。值得注意的是，激光雷達(dá)發(fā)出的激光并非連續(xù)的光束，而是在極短的時(shí)間間隔內(nèi)，以納秒（十億分之一秒）級(jí)別的速度快速進(jìn)行打點(diǎn)操作。至于 128 線、192 線的激光雷達(dá)，這個(gè)數(shù)字代表的是它們?cè)谕粫r(shí)刻能夠發(fā)射出的光線道數(shù)，線數(shù)越多，其探測(cè)的精度也就越高。

在如此高精度的探測(cè)模式下，一般的車載激光雷達(dá)會(huì)持續(xù)掃描車輛前方水平 120°、垂直 25° 范圍內(nèi)數(shù)百米的區(qū)域，以獲取豐富的環(huán)境感知數(shù)據(jù)。在這樣大面積且高頻率的掃描過程中，手機(jī)鏡頭幾乎難以避免地會(huì)接觸到激光雷達(dá)發(fā)射出的激光射線。起初，它可能會(huì)燒毀 CMOS 上的微透鏡、拜爾濾鏡等關(guān)鍵部件，隨著激光持續(xù)作用，最終甚至?xí)苯訜龤Р季€層。這種損壞在手機(jī)屏幕上會(huì)呈現(xiàn)出從一個(gè)小小的亮點(diǎn)，逐漸發(fā)展成一條線，直至影響整個(gè)屏幕畫面的不良現(xiàn)象。

那這么說來，街上現(xiàn)在越來越多的激光雷達(dá)在車頭上頂著，豈不是一個(gè)個(gè)都成了“光棱坦克”了？對(duì)于設(shè)備的CMOS來說大街直接成了最危險(xiǎn)的地方，無數(shù)的激光雷達(dá)掃來掃掃去，沾著死碰到亡的。但是這種被車頂激光雷達(dá)打壞CMOS的現(xiàn)象也沒有大規(guī)模發(fā)生，只是極個(gè)別事件，這又是這么回事兒呢？

眾所周知，咱也不能拋開計(jì)量談毒性，在這里筆者整理了一下《中國光學(xué)》期刊對(duì)于《激光對(duì) CMOS 圖像傳感器的損傷問題》的研究論文。簡(jiǎn)單來說，對(duì)于波長較短的 532nm 激光，當(dāng)能量密度達(dá)到約 28.95mJ/cm2 時(shí)，CMOS 圖像傳感器就會(huì)出現(xiàn)不可逆的點(diǎn)損傷，而波長較長的 1064nm 激光，需要將能量密度升高至約 40.79mJ/cm2，才會(huì)在 CMOS 圖像傳感器上產(chǎn)生點(diǎn)損傷。

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng) 532nm 激光的能量密度達(dá)到 69.91mJ/cm2 時(shí)，CMOS 圖像傳感器不僅會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)損傷，還會(huì)出現(xiàn)橫縱向的線損傷，損傷點(diǎn)橫縱向區(qū)域的整條線的像素失效，此時(shí)受損像素?cái)?shù)量有所增加，但其他區(qū)域的像素仍能正常工作。隨著能量密度繼續(xù)提高，當(dāng)達(dá)到 167.6mJ/cm2 時(shí)，整個(gè)圖像線損傷現(xiàn)象明顯，相機(jī)成像質(zhì)量大幅下降，畫面變得模糊，且顯微鏡觀察下發(fā)現(xiàn)激光燒蝕面積進(jìn)一步擴(kuò)大，損傷區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的深坑，影響到感光層后的金屬電路層，阻礙信號(hào)傳輸。當(dāng)激光能量密度超過 519.3mJ/cm2 時(shí)，探測(cè)器完全無法成像。

對(duì)于 1064nm 激光，當(dāng)能量密度達(dá)到100.6mJ/cm2 時(shí)，出現(xiàn)線損傷；在能量密度為132.4mJ/cm2時(shí)，CMOS 圖像傳感器遭受功能性損傷；而當(dāng)能量密度高達(dá)1.24J/cm2時(shí)，探測(cè)器致盲，無法正常工作。

從以上數(shù)據(jù)，我們大概可以得出一個(gè)結(jié)論，就是波長越長的的激光，燒毀CMOS所需的能量就越大，而上文中提到，目前主流的車用激光雷達(dá)的波長都在900nm到1550nm之間。具體來說就是兩種規(guī)格 905nm 和 1550nm。而作為對(duì)比，主要做905nm激光雷達(dá)產(chǎn)品的企業(yè)禾賽科技曾經(jīng)透露過一個(gè)參數(shù)，在距離激光雷達(dá) 10cm 的位置，功率密度大概是 0.0004 W/cm2。也就是說在這個(gè)距離下，每秒CMOS受到激光照射的功率 0.4 mJ/cm2。對(duì)比一下1064nm對(duì)于CMOS的損傷閾值為100.6mJ/cm2，可以說微不足道。

根據(jù)影視颶風(fēng)以及綠芯頻道的實(shí)測(cè)，市面上絕大多數(shù)的激光雷達(dá)對(duì)于CMOS來說都是安全的。但是這里面有一個(gè)異類，就是蔚來ET7所使用的1550nm的圖達(dá)通獵鷹激光雷達(dá)，它會(huì)確實(shí)在10cm之內(nèi)損害大部分手機(jī)的CMOS。

但各位先別急著“噴”蔚來，蔚來之所以選擇1550nm激光雷達(dá)不僅它的功率更大，能輕松探測(cè)超過400M以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過主流905nm的200米左右，而且還是因?yàn)樗鼘?duì)于人眼有著更好的保護(hù)效果。因?yàn)楦鶕?jù)研究，1550nm波長的激光會(huì)被水大量吸收，也就是說，當(dāng)這些激光照射到人眼的時(shí)候，就會(huì)被晶狀體、角膜等等結(jié)構(gòu)吸收，根本照射不到視網(wǎng)膜。更何況10cm的距離相當(dāng)于人要爬上前機(jī)蓋，把手機(jī)對(duì)著激光雷達(dá)拍攝，這樣的拍攝姿勢(shì)生活中就很難可以做到。

那么也許有讀者會(huì)問，既然蔚來的激光雷達(dá)可以更好的保護(hù)人眼，那么其他主流的激光雷達(dá)會(huì)對(duì)人眼有害嘍？我們先說結(jié)論！經(jīng)過嚴(yán)格的設(shè)計(jì)、精細(xì)的調(diào)控和國際標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格認(rèn)證，車載激光雷達(dá)在正常使用情況下是安全的，因?yàn)楝F(xiàn)在全球的激光標(biāo)準(zhǔn)都是以保護(hù)人眼為第一準(zhǔn)則，更嬌貴的CMOS暫時(shí)不在保護(hù)范圍，絕大部分情況也是安全的，重點(diǎn)保護(hù)的人眼就更沒問題了。

全球范圍內(nèi)，IEC 60825-1 標(biāo)準(zhǔn)是激光產(chǎn)品安全領(lǐng)域最具權(quán)威性的規(guī)范。它依據(jù)激光對(duì)人體可能造成的傷害風(fēng)險(xiǎn)，將產(chǎn)品細(xì)分為不同安全等級(jí)。其中，Class 1 級(jí)別激光產(chǎn)品在正常操作場(chǎng)景下，不會(huì)對(duì)人眼產(chǎn)生危害。對(duì)于車載激光雷達(dá)而言，其設(shè)計(jì)階段嚴(yán)格遵循 Class 1 安全準(zhǔn)則，這要求設(shè)備在直接觀測(cè)或經(jīng)漫反射后，其激光輸出功率與能量均需大幅低于生物組織損傷閾值，從而確保使用過程中的安全性。

但或許又有讀者會(huì)想，未來道路上很可能出現(xiàn)多輛搭載激光雷達(dá)的汽車同時(shí)行駛的情況，這是否會(huì)讓發(fā)射的激光束在空間上疊加，導(dǎo)致累積效應(yīng)從而對(duì)人眼造成潛在傷害？

針對(duì)這一問題，通常有以下分析思路：一方面，多車激光雷達(dá)同時(shí)運(yùn)行時(shí)，其激光束在路面上的實(shí)際交疊區(qū)域往往存在于距離車輛較遠(yuǎn)的區(qū)域，此時(shí)激光能量密度已大幅衰減；另一方面，激光雷達(dá)采用動(dòng)態(tài)掃描技術(shù)，各激光束在空間分布與發(fā)射時(shí)序上存在差異，同時(shí)精確聚焦于人眼瞳孔的概率極低，計(jì)算結(jié)果表明僅為十億分之一左右；再者，即便發(fā)生短暫疊加，由于掃描速率極高，疊加持續(xù)時(shí)間僅為微秒量級(jí)，遠(yuǎn)未達(dá)到引發(fā)生物組織損傷的照射時(shí)長閾值。因此，即便在最復(fù)雜的路況下，激光雷達(dá)的累積輻射強(qiáng)度也遠(yuǎn)低于對(duì)人眼或皮膚造成傷害的臨界水平。

因此，各位讀者不用擔(dān)心現(xiàn)在的激光雷達(dá)會(huì)對(duì)視力造成影響，而對(duì)于喜歡給愛車拍照的讀者來說，大部分車輛都可以放心拍。而對(duì)于蔚來ET7的車主，應(yīng)該也沒人會(huì)爬上前機(jī)蓋頂給不好看的激光雷達(dá)大鼓包拍微距或者特寫吧？對(duì)...對(duì)吧，應(yīng)該沒有吧？