近日，著名的麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員正在開發(fā)一種增強(qiáng)現(xiàn)實(AR)頭顯，該頭顯使用全息圖引導(dǎo)用戶找到隱藏的物體。該設(shè)備甚至可以結(jié)合使用RFID和計算機(jī)視覺技術(shù)來驗證用戶是否拿起了他們正在尋找的特定物體。
據(jù)悉，該頭顯的研發(fā)成本由美國國家科學(xué)基金會等部門支持，在HoloLens 2架構(gòu)的基礎(chǔ)上結(jié)合了計算機(jī)視覺和無線感知能力，可以自動定位隱藏在視線之外的特定物品并引導(dǎo)用戶取出（例如包裝盒內(nèi)部、柜子里面、貨堆中間等）。
此外，該頭顯還配備具有射頻（RFID）感應(yīng)功能的 AR-conformal 寬帶天線，通過將天線與頭顯攝像頭配合使用，運(yùn)行基于 AR 的 SAR 定位算法，即使通過紙板箱和塑料容器等特定材料也能識別帶有RFID電子標(biāo)簽的物體，甚至可以穿過紙板箱和塑料箱等特定材料。
它的工作原理如下：頭顯傳感器捕獲的數(shù)據(jù)用于構(gòu)建用戶環(huán)境的3D表示。然后，天線以小于一英尺的精度定位丟失物體在環(huán)境中的位置，并在現(xiàn)實世界上顯示一個類似球體的全息圖。然后，用戶遵循一組虛擬足跡引導(dǎo)他們走向目標(biāo)。
根據(jù)相關(guān)研究人員表示，目前全球的供應(yīng)鏈行業(yè)中，UHF RFID技術(shù)被各個國家廣泛使用，有研究表明，在美國有超過93%的零售商都采用了UHF RFID技術(shù)。例如商超沃爾瑪、服裝公司ZARA、食品公司Kraft以及冷鏈供應(yīng)公司Eskimo Cold Storage等。于是，該團(tuán)隊在現(xiàn)有的射頻傳感技術(shù)中，選擇了超高頻RFID標(biāo)簽來開始研發(fā)。
“我們這個項目的整體目標(biāo)是建立一個增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)，讓你看到看不見的東西——盒子里或角落里的東西——這樣做，它可以引導(dǎo)你走向它們，真正讓你看到以前所未有的方式進(jìn)入物理世界，”電氣工程與計算機(jī)科學(xué)系副教授、X-AR頭顯論文的高級作者Fadel Adib說。
想要制造具有X射線視覺的增強(qiáng)現(xiàn)實頭顯，首先研究人員必須配備可以與RFID標(biāo)簽物品進(jìn)行通信的設(shè)備。目前，大多數(shù)RFID定位系統(tǒng)使用的多為相距數(shù)米的天線，而頭顯則只需要高寬帶且可與標(biāo)簽通信的天線即可。
于是，該團(tuán)隊選取了一種簡單、輕便的環(huán)形天線，并通過盡可能縮小天線和增加間隙進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)這兩種技術(shù)都可以提高帶寬。由于天線通常在露天工作，研究人員對其進(jìn)行了優(yōu)化，以便在連接到耳機(jī)的遮陽板上時發(fā)送和接收信號。一旦團(tuán)隊構(gòu)建了有效的天線，研發(fā)團(tuán)隊就開始了專注于使用它來定位帶有RFID標(biāo)簽的物品。
他們利用了一種稱為合成孔徑雷達(dá)（SAR）的技術(shù)，該技術(shù)類似于飛機(jī)對地面物體進(jìn)行成像。當(dāng)用戶在房間內(nèi)移動時，X-AR頭顯則從不同的有利位置使用天線進(jìn)行測量，然后將這些測量結(jié)果組合在一起。這種方式就像一個天線陣列，其中來自多個天線的測量值被組合在一起以定位設(shè)備。另外，X-AR引入了一系列技術(shù)來處理由自然人體運(yùn)動產(chǎn)生的定位偽影和約束，如自然頭部傾斜和RFID反向散射輻射屬性。
X-AR設(shè)計的最終組成是一種用于驗證用戶何時拿起了目標(biāo)RFID標(biāo)簽物品的機(jī)制。這種驗證對于避免成本高昂的錯誤非常重要，例如在電子商務(wù)倉庫中揀貨并將錯誤的訂單運(yùn)送給客戶。人們可能會假設(shè)，一旦用戶拿起RFID標(biāo)記的目標(biāo)項目，就可以通過將其定位到用戶手中來簡單地實現(xiàn)這種功能。在實踐中，這樣做十分具有挑戰(zhàn)性。因為與上面的場景不同，用戶的行走模擬了合成孔徑，用戶挑選物品停留在相對固定的位置。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，X-AR利用了RFID標(biāo)簽的移動性。具體而言，它執(zhí)行反向SAR，以相對于所選項目的軌跡定位頭顯。
最終，團(tuán)隊以微軟Hololens 2為基礎(chǔ)實現(xiàn)了X-AR的端到端原型。在實驗中，研究人員通過Unity對Hololens進(jìn)行編程，以顯示項目位置和RFID電子標(biāo)簽，引導(dǎo)用戶找到目標(biāo)項目，并顯示驗證結(jié)果。他們評估了X-AR在230次實驗試驗中的表現(xiàn)，而結(jié)果表明：X-AR在視距和非視距場景中準(zhǔn)確定位RFID標(biāo)記的物體，中值精度為9.8cm。即使是第90百分位精度都保持在45cm以內(nèi)。相比之下，基于標(biāo)準(zhǔn)SAR的基線具有兩倍以上的誤差，24.8 cm的中值精度和99.1 cm的第90百分位精度。
如前所述，X-AR能夠以超過95%的準(zhǔn)確率驗證用戶持有的物體。戴上頭顯后，用戶會看到一系列帶有RFID標(biāo)簽的物品供其選擇。一旦定位了物體，頭顯就會進(jìn)行檢查以確保其標(biāo)簽發(fā)送正確的RFID信號，從而確認(rèn)您找到了正確的物體。
（圖文來源于航空工業(yè)虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟 作者：Kyle Melnick，侵刪）
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