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华为给自动驾驶汽车安装激光雷达,它的激光会照瞎眼睛吗?

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不要用激光照眼睛!

  激光是一种能量强大的光束,它很可能对你造成伤害,所以在任何时候都不要拿激光笔照射眼睛。激光能造成多大伤害?我们需要先做一个计算,如果你对计算过程不感兴趣,可以直接跳到本节末尾看结论。

  你能够长时间盯着中午的太阳看吗?恐怕不能,太阳光线太强,我们的视线会下意识地躲开它;即便正对着太阳,你的瞳孔也会收缩到最小,以保护娇嫩的视网膜不受阳光伤害。

  

  面对强光我们会自然地闭上眼睛

  

  • 太阳光有多强?在无云的中午,地面最大日照强度为1kW/m²或者1mW/mm²;
  • 假设我们直视阳光时瞳孔直径为2mm,则面积约为3mm²,因此通过瞳孔照射到视网膜的太阳光能量大约有3mW(毫瓦);
  • 眼睛晶状体的焦距大约为22毫米,从地球看太阳,它的视角是0.5° = 9mR。因此太阳在视网膜上形成图像的直径 = 22mm × 9mR = 0.2mm,太阳图像的面积 = 0.03mm²;
  • 这时候太阳在视网膜上的(功率/面积)为3mW/0.03mm² = 100毫瓦/平方毫米。

  如果换成一个1毫瓦功率的氦氖激光笔会怎么样?

  

  激光笔

  

  • 激光笔功率(P) = 1mW,波长(l) = 633nm,光束半径(w) = 1mm,眼睛焦距(f) = 22mm,因此激光在视网膜上形成斑点的直径 = (2 × f × l)/(w × pi)= 9×10 ?³ mm,面积 = 6×10?? mm²;
  • 激光照射到视网膜上的功率密度为 1mW / (6×10?? mm²) = 16667 mW / mm² = 16.667瓦/ 平方毫米。

  因此,1毫瓦的激光器有可能在视网膜上产生167倍于直射阳光的强度!

  

  激光强度极大

  你也许能很快地躲开太阳光直射,但并不是所有人都能快速躲开激光(特别是好奇的孩子),所以即便5毫瓦以下的激光器是安全的,也请在任何时候都不要将激光笔对准别人,更不要愚蠢地照射自己的眼睛,安全不代表你可以长时间直视它,眼睛可能会瞎掉。

智能化汽车需要激光

  汽车发展的趋势是自动化驾驶,它不需要司机就能将你平安地送去上班再送回家。为了做到这一点,科学家们要让汽车自己判断前方道路和四周情况,识别可能出现的危险。特斯拉试图通过让汽车识别摄像头的图像来判断前面有什么,但计算机在识别图像时常常会出问题,由此也导致了一些恶性事故。

  

  激光雷达扫描四周

  更多的制造商在汽车上安装激光雷达。通过向四周发射激光束,再接收反射回来的激光信号,车载计算机可以判断前方到底有什么物体、它与汽车的距离和相对速度,再控制汽车作出反应。可以预见,当未来自动驾驶汽车普及时,满大街都充满了激光束。这些激光不可避免会照射到我们的眼睛,它会造成伤害吗?有许多人表示担忧。

  

  激光雷达识别的脉冲图像

看不见的激光

  与自然界所有的光线一样,激光也是光,但激光器只会发出某一种特定波长(频率)光线,因此激光颜色是固定的。

  以我们常用的激光指示器为例,发出绿色光的激光笔,它的波长为555纳米;而670纳米波长激光笔发出的是红光。我们能看见它,是因为从400nm到1400nm波长的光能顺利穿过眼球到达视网膜。

  

  光线到达眼球

  但科学家们认为当光的波长高于1400nm,介于1400nm~1700nm之间时,激光就不容易被我们看见,因此也不容易伤害视网膜。如果汽车激光雷达发出1550nm波长的激光,这束激光就是安全的。

  

  1550纳米波长激光相对安全

为什么1550nm激光安全?

  寒冷的冬天,我们喜欢晒太阳,阳光让我们觉得温暖。光子是携带着能量的粒子,当它撞击物体时,有一部分光子会被物体吸收,使物体的分子产生振动,振动会产生热能。不同物体分子振动频率不同,它们所吸收光子的波长也各不相同。

  还以阳光为例,太阳发出的可见光波长范围在360nm(紫色)~750nm(红色)之间,当阳光照射到海面时,红、橙、黄色光最先被吸收,而蓝色和紫色的光吸收最少,它们可以到达更深的地方并向四周散射,此我们看到大海是蓝色的。

  

  蓝光不容易被海水吸收

  同样道理,我们眼球的角膜和晶状体可以强烈吸收1550纳米附近波长的光线。当这个波长的光子进入眼球时,它首先会引起前方分子的振动,于是光子的能量被消耗掉,不能再向里边深入,因此视网膜无法接收到光子。从这个角度看,1550nm波长激光对视力是相对安全的。

  当然,如果激光照射的功率足够大、持续照射的时间长,它发出的热量仍然会灼伤角膜和晶状体。

  

  大功率“安全激光”也能伤害眼睛

  好在车载激光雷达是以短脉冲的方式快速扫描四周,光束落到眼球上的时间极其短暂,被我们吸收到的能量也非常低,它基本不会构成伤害。

不必因噎废食

  由于激光拥有许多无可比拟的优势,无论是测量、数字通信、工业、医学、军事或者仅仅作为一支指示笔,激光早已深入我们生活的方方面面。未来包括自动化驾驶在内,各种激光技术会越来越普及。

  

  激光雷达将广泛应用

  我们了解到激光的特性、也学会敬畏它,只要不长时间注视激光束,或者随意用激光笔照射别人,激光就是安全的。

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