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X射线视觉:MIT发明的增强现实头显使人们能够看到隐藏的物品

2023-03-14 17:26 中国航空报 逸文

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麻省理工学院(MIT)的研究人员发明了一种增强现实头显,可以给人类提供X射线视觉。这项发明被称为X-AR,它将无线传感与计算机视觉相结合,使用户能够看到隐藏的物品。X-AR可以帮助用户找到丢失的物品,并引导他们走向这些物品进行取回。这项新技术在零售、仓储、制造、智能家居等领域有许多应用。

增强现实头显结合了计算机视觉和无线感知,可以自动定位隐藏在视线之外的特定物品,也许是在一个盒子里或在一堆东西下面,然后引导用户去取回它。

该系统利用射频(RF)信号,它可以穿过纸板箱、塑料容器或木质隔板等普通材料,找到贴有RFID标签的隐藏物品,这些标签反映了射频天线发送的信号。

当佩戴者穿过房间时,头显会引导他们走向物品的位置,物品会在增强现实(AR)界面上显示为一个透明的球体。一旦物品被用户拿在手中,被称为X-AR的头显就会验证他们是否拿起了正确的物品。

研究人员在一个类似仓库的环境中测试X-AR时,该头显可以将隐藏的物品定位到平均9.8厘米以内。它验证了用户拾取正确物品的准确率为96%。

X-AR可以帮助电子商务仓库的工作人员快速找到杂乱的货架上或埋在箱子里的物品,或者在同一仓库内有许多类似物品的情况下识别出订单的确切物品。它也可用于制造设施,帮助技术人员找到正确的零件来组装产品。

法德尔·阿迪布说:“我们这个项目的整个目标是建立一个增强现实系统,让你看到隐藏在盒子里或角落里的东西。它可以引导你走向它们,真正让你以从前不可能的方式看到物理世界。”阿迪布是电子工程和计算机科学系的副教授,媒体实验室的信号动力学小组主任,也是关于X-AR论文的资深作者。

为了创造具有X射线视觉的增强现实头显,研究人员首先必须为现有的头显配备一个可以与RFID标记的物品通信的天线。大多数RFID定位系统使用相隔数米的多个天线,但研究人员需要一个轻型天线,以达到足够高的带宽来与标签进行通信。

该团队采用了一个简单、轻便的环形天线,并通过渐变天线(逐渐改变其宽度)和增加缝隙进行试验,这两种技术都能提高带宽。由于天线通常在户外工作,研究人员对它进行了优化,以便在连接到头显遮阳板上时发送和接收信号。

建立了有效的天线装置后,研究人员专注于用它来定位RFID标记的物品。

他们利用了一种被称为合成孔径雷达(SAR)的技术,它类似于飞机对地面物体的成像方式。当用户在房间里移动时,X-AR用其天线从不同的有利位置进行测量,然后将这些测量结果结合起来。通过这种方式,它就像一个天线阵列,来自多个天线的测量结果被结合起来,以定位一个设备。

X-AR利用来自头显自我跟踪能力的视觉数据来建立一个环境地图,并确定其在该环境中的位置。当用户行走时,它计算出每个位置的RFID标签的概率。该概率在标签的确切位置上将是最高的,因此它使用这一信息来锁定隐藏的物体。

一旦X-AR定位了物品,用户拿起了它,头显就需要验证用户是否抓住了正确的物品。但现在用户站在原地不动,头显的天线也没有移动,所以它不能使用合成孔径雷达来定位标签。

然而,当用户拿起物品时,RFID标签也随之移动。X-AR可以测量RFID标签的运动,并利用头显的手部追踪能力来定位用户手中的物品。然后它检查标签是否发出正确的射频信号,以验证它是正确的物品。

研究人员利用头显的全息可视化功能,以一种简单的方式为用户显示

这些信息。一旦用户戴上头显,他们就会使用菜单从标签物品的数据库中选择一个物体。物体被定位后,它被一个透明的球体所包围,因此用户可以看到它在房间里的位置。然后设备以地板上的脚步声的形式投射出该物品的轨迹,该轨迹可以随着用户的行走而动态更新。

为了测试X-AR,研究人员创建了一个模拟仓库,在货架上装满纸箱和塑料箱,并在里面放置有RFID标签的物品。验证发现,X-AR可以引导用户走向目标物品,误差小于10厘米——这意味着物品的位置与X-AR引导用户的位置平均相差不到10厘米。研究人员测试的基线方法的误差中值为25至35厘米。

他们还发现,在98.9%的情况下,它能正确验证用户捡到了正确的物品。现在他们已经证明了X-AR的成功,研究人员计划探索如何使用不同的传感方式,如Wi-Fi、毫米波技术或太赫兹波,以增强其可视化和互动能力。他们还可以增强天线,使其射程超过3米,并将系统扩展到多个协调的头显上使用。

责任编辑:intern