在2019CES上,我們曾經報導過一個小插曲,一位工程師拍自動駕駛車,不料手上價值2000美元的索尼相機被雷射雷達灼傷。雷射雷達真的可以灼燒相機的影像感測器嗎?文遠知行的工程師為我們作了解答。
上述事件背景是某工程師拍攝一家企業推出的1550nm波段的雷射雷達,後來發現相機損壞出現壞點, 而官方給的說明是相機CMOS的敏感度是眼球的1000倍。也就是說,他不排除是旗下雷射雷達把相機CMOS灼燒了。
CMOS損壞後拍攝的照片
雷射雷達真的可以灼燒相機的影像感測器嗎?
首先, 讓我們了解一下什麼是CMOS IMAGE SENSOR, 簡稱CIS。
CMOS : Complementary Metal-Oxide Semiconductor互補性氧化金屬半導體
CMOS 的材質主要是利用矽和鍺這兩種元素所做成的半導體,使其在CMOS上共存著帶N(帶 – 電) 和 P(帶 + 電)級的半導體,這兩個互補效應所產生的電流即可被處理晶片紀錄和解讀成影像,簡而言之就是光電轉換效應。
CMOS光電轉換效應原理
CIS對於光的接收與人眼有很大的不同。
人眼與CIS的接收波段範圍
由此圖可知:人眼的可見光波段範圍在400nm ~ 700nm左右,而CIS的可見光波段範圍在350nm ~ 1050nm左右。
P.S. 因參雜及技術等因素, 可見範圍會有差異
看到這裡,熟悉雷射雷達的朋友們會想到, 我們無人駕駛使用的雷射雷達波段在903nm,那為什麼我們使用CIS的手機或是數位相機看不到雷射雷達發出來的光?
主要是因為我們的手機及相機構造中有一片紅外線濾光片(IR CUT),用途是用來濾除人眼不可見光,如650nm ~ 700nm以上的波段,讓CIS可以還原人眼所看到的色彩。
手機CIS模組構成
紅外線濾光片(IR CUT)波段
有/無紅外線濾光片(IR CUT)的效果
文遠知行WeRide的無人車採用的是傳感器融合的方案,車上同時有攝像頭和雷射雷達,要保證它們都安裝到車上後不會互相影響,為實現更優方案,還可以看能不能讓CMOS看到雷射、能不能做到融合,以前做的試驗這次剛好可以派上用場。
CIS配有紅外線濾光片
從視頻中可以看出,只有雷達處有可見光源,但其他位置無法感知到雷射的路徑。
CIS配濾除903nm以外光源的濾光片
從視頻可以看出,雷達持續從360°發射雷射,並且會反射到四周的牆壁上,但由於濾光片濾除了903nm以外光源,其他位置都是黑的。
全波段的CIS錄像
可以看到雷達持續發射雷射,並且在牆壁的邊緣會有光斑,雷達根據被照射物體的反光程度,也在不斷調整發射雷射的功率。
讓我們拉近看一下, 由此實驗可得知,CIS是可以感測到903nm的雷射雷達光源。
無濾光片情況下CIS的感知情況
那回到一開始提到的CES的小插曲事件。
我們就CIS的原理及特性來看,1550nm是不被CIS所感測接收成像的, 而且一般相機還有IR CUT濾光片存在, 也就是說因為太靈敏而損壞CIS基本上應該是不可能的, 因為CIS是無法感測到這個波段的光源, 倘若CIS可以感測到這個波段的光源, 那就會被轉換為影像信號體現在照片上, 畫面上應會有相當多的雷射點, 如本文的實驗一樣。
但還是發生了燒毀相機的事件, 這應該作何解釋? 猜測可能是1550nm波段的光不被silicon吸收, 在結構中的其他材質上轉換為熱能, 燒毀了photo diode, 又或者是此CIS結構中有對1550nm的波段較薄弱的材質, 但在該雷射雷達產品問世之後爭相拍照的人估計不少, 為何只有該相機損壞真因還需要進行精密的實驗並分析才能得知了。
技術顧問:文遠知行Eden(硬體組)
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