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不要用手機(jī)對著激光雷達(dá)錄像
用手機(jī)對著激光雷達(dá)拍照或錄像，可能會把你的手機(jī)攝像頭干廢。
本月初，有用戶在社交平臺小紅書上稱，“夜拍蔚來ET5和銀河，發(fā)現(xiàn)排出來的照片有兩個賊亮的看不到的星，發(fā)現(xiàn)是手機(jī)攝像頭被激光雷達(dá)打壞了。”
稍早前，也有網(wǎng)友稱自己在拍攝蔚來新車ES7時，小米12S Ultra的相機(jī)受到了損壞，拍攝出的畫面中出現(xiàn)了多條水平綠線。網(wǎng)友稱拍的時候車是停著的，但激光雷達(dá)仍在工作。
再向前追溯，2019年CES展會期間，一位索尼手機(jī)用戶在拍攝AEye公司的激光雷達(dá)時，手機(jī)攝像頭同樣出現(xiàn)綠線。
這三個事件中，相同點(diǎn)是都指向了1550nm光源的激光雷達(dá)。
那么，1550nm激光雷達(dá)是否會燒壞手機(jī)攝像頭？
Chat GPT 4.0給出了結(jié)論。
但具體為什么會出現(xiàn)這種情況？我們做了些研究。
被燒壞的手機(jī)攝像頭
現(xiàn)有的1550nm激光雷達(dá)不止一次燒壞過手機(jī)攝像頭。
除了上面提到的手機(jī)被激光雷達(dá)燒壞的案例，據(jù)激光雷達(dá)從業(yè)人士向HiEV表示，有激光雷達(dá)公司在內(nèi)部測試1550nm產(chǎn)品時，也曾出現(xiàn)過類似情況。
但這是小概率事件。
背后的原因也很好理解，放眼全球范圍，1550nm車載激光雷達(dá)正式量產(chǎn)的時間并不長。目前以向蔚來汽車提供產(chǎn)品的圖達(dá)通為主，其他激光雷達(dá)公司采用的是905nm光源。
此外，1550nm激光雷達(dá)也不是遇上手機(jī)攝像頭一定會將后者干掉。
弄清楚整個事情之前，我們先來了解兩個東西。
手機(jī)攝像頭是什么？
手機(jī)攝像頭的專業(yè)術(shù)語叫CMOS傳感器，這是一種將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的圖像傳感器。它是數(shù)字相機(jī)、手機(jī)攝像頭、監(jiān)控?cái)z像頭等數(shù)碼成像設(shè)備中最常用的傳感器之一。
CMOS傳感器由成千上萬個微小的光電傳感單元組成，每個傳感單元都能夠?qū)⒐庑盘栟D(zhuǎn)換成電信號。
如圖所示，CMOS傳感器的原理是將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，其中每個像素單元由感光元件、轉(zhuǎn)換電路和讀出電路三部分組成。
- 感光元件是一個光敏二極管或光電容，當(dāng)光線照射到它上面時，就會產(chǎn)生電荷。
- 轉(zhuǎn)換電路將感光元件產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)換成電壓信號，并且在此過程中放大和整形電荷，使其更容易測量。
- 讀出電路將電荷轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，讀出電路一般采用逐行逐列的方式，將每個像素單元的信號逐一讀出，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
最終，由計(jì)算機(jī)對讀取的數(shù)字信號進(jìn)行處理和編碼，生成一幅完整的數(shù)字圖像。
激光雷達(dá)是什么？
激光雷達(dá)可以通過發(fā)射激光脈沖，然后測量脈沖的回波時間和強(qiáng)度，從而確定目標(biāo)物體的距離、位置、形狀等信息。
激光雷達(dá)通常由激光器、掃描器、探測器、處理器等部分組成。
下面是一個簡單的激光雷達(dá)的原理圖，可以用來說明激光雷達(dá)的基本原理和組成部分：
- 激光器（Laser）：發(fā)射激光脈沖的光源，一般采用固態(tài)激光器、半導(dǎo)體激光器等。
- 掃描器（Scanner）：控制激光束的掃描范圍和速度，一般采用旋轉(zhuǎn)鏡或微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）掃描器。
- 接收器（Receiver）：接收目標(biāo)物體反射回來的激光信號，一般采用光電二極管、光電倍增管等。
- 計(jì)算機(jī)（Computer）：對接收到的激光信號進(jìn)行處理，包括測量距離、位置、速度等信息，生成三維點(diǎn)云圖或圖像。
激光器發(fā)出高能量的脈沖激光，掃描器將激光束控制在一定范圍內(nèi)掃描，接收器接收回波信號并測量回波的時間和強(qiáng)度，計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并生成三維點(diǎn)云圖或圖像。
激光雷達(dá)的工作原理是利用激光束在空氣中傳播的速度非?？?，可以近似地看作光在真空中的傳播速度，因此可以用極高的精度來測量物體的距離和位置。
激光雷達(dá)所用的激光波長一般為幾百納米至幾微米不等，常見的波長有905納米、1550納米等，具體的波長根據(jù)不同的應(yīng)用需求而定。
那么，當(dāng)手機(jī)攝像頭拍攝激光雷達(dá)時，真的會被燒壞嗎？
一定條件下，會
一般情況下，車載激光雷達(dá)發(fā)射的光束在傳輸過程中會逐漸衰減，到達(dá)接收器時的光強(qiáng)已經(jīng)很小。此外，現(xiàn)代激光雷達(dá)系統(tǒng)通常都采用濾光片等措施來減少對CMOS傳感器等光敏元件的干擾和損害。
所以，車載激光雷達(dá)通常不會燒壞CMOS傳感器。
那么，什么情況下激光雷達(dá)會對CMOS傳感器造成損壞？
激光雷達(dá)的光束強(qiáng)度和波長都會對其對物體的作用產(chǎn)生影響，因此光束的功率和波長都是需要考慮的因素。
此前有論文對激光對CMOS傳感器的輻照損傷機(jī)制和影響因素進(jìn)行了深入研究。
文章針對不同波長（532、1064和1550 nm）和能量密度（10-1000 mJ/cm2）的激光對CMOS傳感器進(jìn)行了輻照實(shí)驗(yàn)，通過研究不同條件下CMOS傳感器的輻照后電性能和圖像質(zhì)量，得出以下結(jié)論：
- 激光波長對CMOS傳感器的輻照損傷產(chǎn)生顯著影響，其中532 nm的激光輻照引起的損傷最為顯著，而1550 nm的激光輻照引起的損傷相對較小。
- 激光功率對CMOS傳感器的輻照損傷程度有非常顯著的影響，功率越高，對傳感器的損傷也越明顯。在所有測試中，1000 mJ/cm2的激光輻照產(chǎn)生了最嚴(yán)重的損傷。
- 輻照時間也對損傷程度產(chǎn)生影響。較短時間的激光輻照會對傳感器產(chǎn)生暫時性損傷，而較長時間的輻照則會對傳感器產(chǎn)生更為嚴(yán)重和持久的損傷。
- 激光輻照對CMOS傳感器中單元電荷轉(zhuǎn)移率和電荷收集效率等性能指標(biāo)產(chǎn)生了影響，同時也對圖像噪聲、動態(tài)范圍等圖像質(zhì)量指標(biāo)產(chǎn)生了影響。
從上圖可以看到，隨著激光能量增加，CMOS依次出現(xiàn)光斑損傷、線損傷、十字交叉線面損傷。
通過CMOS失效機(jī)理分析、結(jié)合損傷CCD仿真模擬，可知：
- CMOS出現(xiàn)光斑損傷主要是由于微透鏡和濾光片受損，伴隨著部分金屬鋁剝落融化，部分單元像素失效造成的；
- 出現(xiàn)線損傷主要是由于局部電路短路或斷路導(dǎo)致信號傳輸中斷；
- 隨著CMOS溫度繼續(xù)升高，晶體硅融化，二氧化硅由于受到熱應(yīng)力作用發(fā)生變形和斷裂，金屬線路嚴(yán)重?fù)p壞，出現(xiàn)十字交叉線面損傷，CMOS大面積失效。
回到文章開頭出現(xiàn)的1550nm激光雷達(dá)燒壞手機(jī)攝像頭案例。
一種觀點(diǎn)認(rèn)為，1550nm的激光束照射到Si像素上不會被吸收，會直接透射過去，也就是說，1550nm不會燒壞所有的CMOS，純Si工藝的不會燒壞。但是在CIS底層電路中有可能對1550nm較敏感的部分，造成短時間熱效應(yīng)，燒壞該部分電路。
還有一種分析觀點(diǎn)認(rèn)為，1550激光雷達(dá)脈沖功率較高，人眼是有晶狀體的，含有比較多的水，能夠吸收一部分能量，對光的能量做一些衰減。但有些手機(jī)的攝像頭沒有做1550nm的濾波，光直接打到了CMOS上，造成了損壞。
一位接近圖達(dá)通的人士告訴HiEV，問題原因目前還沒有明確定論，但基本上能判斷一些影響因素，可能和激光能量、透過率這兩個因素相關(guān)。
完善方向也基本上有了。
一方面，對于激光脈沖能量可以通過特殊模式的開發(fā)以進(jìn)行控制。在還沒有非常完善的研究評判之前，可以開發(fā)一些特殊模式，做到近距離跟車、靜止時刻場景下特殊模式的開發(fā)，在特殊模式下能夠?qū)γ}沖能量有一些控制。
另一方面，能量是和透過率、鏡頭光圈大小、鏡頭和濾光片的鍍膜是相關(guān)的。這三種因素會影響到激光脈沖打到CMOS能量的。其中，濾光片的鍍膜成本會相對低一些，是比較能夠?qū)嵅俚臓顟B(tài)了。
總體來說，當(dāng)一輛頂著1550nm激光雷達(dá)的汽車從你身邊經(jīng)過時，保險(xiǎn)起見請不要對著拍照，否則真有可能會燒壞手機(jī)攝像頭。
同時，欣賞的時候跟激光雷達(dá)保持一個安全距離——10cm，離的太近了是突破人眼安全閾值的。
What is more：激光雷達(dá)會對人眼有傷害嗎？
激光雷達(dá)有可能會燒壞手機(jī)攝像頭，那它會燒壞眼睛嗎？
大功率的激光器肯定會。但車載激光雷達(dá)，目前并沒有對眼睛造成傷害的公開案例。
從功率上來看，之前有觀點(diǎn)說，對于同樣的功率和激光器類型，905 nm波長的激光的單光子探測器靈敏度相對比1550 nm波長的激光高，因此，可以在較低功率下實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的探測和測量。
相比之下，1550 nm波長的激光器單光子探測器靈敏度較低，并且人眼安全閾值高（比905nm高40倍），所以1550nm波長激光雷達(dá)普遍會通過提升激光器功率來實(shí)現(xiàn)比905nm更遠(yuǎn)的探測距離。
在具體應(yīng)用中，激光器的功率和波長需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行選擇和調(diào)整，以達(dá)到最佳的性能和效果。
所以說，離開具體的應(yīng)用場景和系統(tǒng)參數(shù)來談這兩種波長功率的高低，就是在耍流氓。
從對眼睛的傷害程度來看，之前有觀點(diǎn)稱905nm過量會傷害視網(wǎng)膜，因?yàn)樗軌虼┩秆劬η安?，主要被視網(wǎng)膜黑色素吸收；而1550nm過量會傷害角膜和晶狀體，因?yàn)樗鼤谎矍虻木铙w和角膜吸收，兩者在過量的情況下，對于眼球傷害部位不同。
這個觀點(diǎn)不一定正確。
2010年中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所發(fā)表過一篇文章：
波長在可見光和近紅外光的激光，眼屈光介質(zhì)的吸收率較低，透射率高，而屈光介質(zhì)的聚焦能力（即聚光力）強(qiáng)。強(qiáng)度高的可見或近紅外光進(jìn)入眼睛時可以透過人眼屈光介質(zhì)，聚積光于視網(wǎng)膜上。
此時視網(wǎng)膜上的激光能量密度及功率密度提高到幾千甚至幾萬倍，大量的光能在瞬間聚中于視網(wǎng)膜上，致視網(wǎng)膜的感光細(xì)胞層溫度迅速升高，以至使感光細(xì)胞凝固變性壞死而失去感光的作用。
遠(yuǎn)紅外激光對眼睛的損害主要以角膜為主，這是因?yàn)檫@類波長的激光幾乎全部被角膜吸收，所以角膜損傷最重，主要引起角膜炎和結(jié)膜炎，患者感到眼睛痛，異物樣刺激、怕光、流眼淚、眼球充血，視力下降等。
按照ASTM（美國試驗(yàn)和材料檢測協(xié)會）的定義，可見光的波長范圍為380到780納米，近紅外光的波長范圍為780到2500納米，遠(yuǎn)紅外光的波長范圍為2500納米到1毫米。
905nm和1550nm都屬于近紅外光，并沒有找到學(xué)術(shù)論文研究過他們對眼睛影響的區(qū)別。
出于不同的應(yīng)用場景和需求，不同的激光雷達(dá)制造商在開會選擇不同波長的激光作為其核心技術(shù)。
他們會在宣傳和營銷中夸大自己產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，甚至詆毀競爭對手的產(chǎn)品。
這也是為什么網(wǎng)上有很多關(guān)于905 nm和1550nm激光的優(yōu)缺點(diǎn)討論，并且其中有不少是沒有結(jié)合應(yīng)用場景和需求就下結(jié)論的。
