文/VR陀螺 ZJ

近日，麻省理工學(xué)院媒體實驗室（MIT Media Lab）宣布其開發(fā)了一種設(shè)計新穎的AR頭顯，能夠使用戶觀察“隱藏的物體”。開發(fā)者表示，該設(shè)備可以幫助工人找到完成電子商務(wù)訂單的物品，或識別組裝產(chǎn)品的部件。

這款頭顯結(jié)合了計算機視覺和無線感知，能夠自動定位隱藏在視線之外的特定物品，這些物品也許放置在一個盒子里或隱藏在一堆東西之下，而頭顯能夠引導(dǎo)用戶去取回指定物品。該系統(tǒng)利用射頻信號，可以穿過紙板箱、塑料容器或木質(zhì)隔板等普通材料，找到貼有RFID標(biāo)簽的隱藏物品，這些標(biāo)簽反映了射頻天線發(fā)出的信號。

圖源：MIT/Signal Kinetics

當(dāng)佩戴者穿過房間時，頭顯會引導(dǎo)他們走向物品的位置，物品在AR界面上顯示為一個透明的球體。一旦物品落入用戶手中，被稱為X-AR的頭顯就會驗證他們是否拿起了正確的物品。當(dāng)研究人員在一個類似倉庫的環(huán)境中測試X-AR時，該頭顯可以將隱藏的物品定位到誤差在平均98毫米以內(nèi)，它驗證了用戶拾取正確物品的準(zhǔn)確率為96%。

 帶有“X射線”視覺的AR頭顯

X-AR可以幫助電商倉庫的工作人員快速找到雜亂貨架上或埋在箱子里的物品，又或者在同一倉庫內(nèi)有許多類似物品的情況下識別出訂單的確切物品。它還可以用于制造設(shè)施，幫助技術(shù)人員找到正確的零件來組裝產(chǎn)品。

電子工程和計算機科學(xué)系的副教授、麻省理工學(xué)院媒體實驗室信號動力學(xué)小組的主任，也是關(guān)于X-AR（與密歇根大學(xué)合作）論文的高級作者Fadel Adib表示：“我們這個項目的目標(biāo)是建立一個AR系統(tǒng)，讓人們看到看不見的東西，包括盒子里或角落里的物品。該設(shè)備能夠引導(dǎo)人們走向需要的物品，真正以之前不可能的方式查看物理世界。”

圖源：MIT/Signal Kinetics

為了創(chuàng)造一個具有X射線視覺的AR頭顯，研究人員必須首先為現(xiàn)有的頭顯配備一個可以與帶有RFID標(biāo)記的物品進行通信的天線。大多數(shù)RFID定位系統(tǒng)使用相隔數(shù)米的多個天線，但研究人員需要一種輕型天線，就能以達到足夠高的帶寬與標(biāo)簽進行通信。

“一個很大的挑戰(zhàn)是設(shè)計一個適合用在頭顯上的天線，而不覆蓋任何攝像頭或阻礙其運作，這一點非常重要。” Adib說道。

該團隊采用了一個簡單、輕便的環(huán)形天線，并通過使天線逐漸變細（即逐漸改變其寬度）和增加間隙進行試驗，這兩種技術(shù)都能提高帶寬。由于天線通常露天工作，研究人員對它進行了優(yōu)化，以便在連接到頭顯遮陽板上時發(fā)送和接收信號。一旦研究小組構(gòu)建了一個有效的天線，他們就專注于用它來定位RFID標(biāo)記的物品。

他們利用了一種被稱為合成孔徑雷達（SAR）的技術(shù)，這類似于飛機對地面物體的成像方式。當(dāng)用戶在房間里移動時，X-AR用其天線從不同的有利位置進行測量，然后將這些測量結(jié)果結(jié)合起來。這種方式就像一個天線陣列，來自多個天線的測量結(jié)果會被結(jié)合起來，以定位一個設(shè)備。

X-AR利用來自頭顯自我追蹤能力的視覺數(shù)據(jù)來建立一個環(huán)境地圖，并確定其在該環(huán)境中的位置。當(dāng)用戶行走時，它會計算出每個位置的RFID標(biāo)簽識別概率。這個概率在標(biāo)簽的準(zhǔn)確位置上是最高的的時候，設(shè)備會使用這個信息來鎖定隱藏的物體。

圖源：MIT/Signal Kinetics

一旦X-AR定位了物品，用戶拿起了它，頭顯就需要驗證用戶是否抓到了正確的物品。但由于用戶站在原地，頭顯的天線沒有移動，它就不能使用SAR來定位標(biāo)簽。

然而，當(dāng)用戶拿起物品時，RFID標(biāo)簽也會隨之移動。X-AR可以測量RFID標(biāo)簽的運動，并利用頭顯的手部追蹤能力來定位用戶手中的物品。然后該設(shè)備會檢查標(biāo)簽是否發(fā)出正確的射頻信號，以驗證用戶是否拿起了正確的物品。

研究人員利用頭顯的全息可視化功能，以一種簡單的方式為用戶顯示這些信息。一旦用戶戴上頭顯，他們就會使用菜單從標(biāo)簽物品的數(shù)據(jù)庫中選擇一個物品。物品被定位后，會被一個透明的球體所包圍，因此用戶可以看到它在房間里的位置。然后設(shè)備以在地板上顯示足跡的形式投射出該物品的軌跡，該軌跡可以隨著用戶行走而動態(tài)更新。

研究人員表示：“我們抽象化了所有的技術(shù)層面，因此我們可以為用戶提供無縫、清晰的體驗，如果有人在倉庫或智能家居環(huán)境中戴上這款設(shè)備，將擁有更好的體驗。”

 揀選成功率可達98.9%

為了測試X-AR，研究人員創(chuàng)建了一個模擬倉庫，在貨架上裝滿紙箱和塑料箱，并在里面放置貼有RFID標(biāo)簽的物品。他們發(fā)現(xiàn)，X-AR可以引導(dǎo)用戶走向目標(biāo)物品，誤差小于10厘米，這意味著物品的位置與X-AR引導(dǎo)用戶的位置平均相差不到100毫米。研究人員測試的基線方法的誤差中值為250至350毫米。他們還發(fā)現(xiàn)，在顯示98.9%的情況下，它能正確地驗證用戶取到了正確的物品。這意味著X-AR能夠減少98.9%的揀選錯誤。當(dāng)物品還在盒子里時，它的準(zhǔn)確率甚至能達到91.9%。

圖源：MIT/Signal Kinetics

現(xiàn)在MIT的團隊已經(jīng)證明了X-AR的成功，研究人員計劃探索如何使用不同的傳感模式，如Wi-Fi、毫米波技術(shù)或太赫茲波，以增強該設(shè)備的可視化和互動能力。他們還可以增強天線的能力，使其射程超過3米，并將系統(tǒng)擴展到多個協(xié)調(diào)的頭顯上使用。

“因為今天沒有這樣的東西，我們必須想辦法從頭到尾建立一個全新類型的系統(tǒng)。” Adib說道，“實際上，我們所構(gòu)建的是一個框架，這不僅有許多技術(shù)上的貢獻，也是未來人們設(shè)計一個具有X射線視覺的AR頭顯的藍圖。”

原文鏈接：

https://optics.org/news/14/3/11