文/VR陀螺 ZJ

近日，麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室（MIT Media Lab）宣布其開(kāi)發(fā)了一種設(shè)計(jì)新穎的AR頭顯，能夠使用戶(hù)觀察“隱藏的物體”。開(kāi)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(shí)別組裝產(chǎn)品的部件。

這款頭顯結(jié)合了計(jì)算機(jī)視覺(jué)和無(wú)線感知，能夠自動(dòng)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(gè)盒子里或隱藏在一堆東西之下，而頭顯能夠引導(dǎo)用戶(hù)去取回指定物品。該系統(tǒng)利用射頻信號(hào)，可以穿過(guò)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(hào)。

圖源：MIT/Signal Kinetics

當(dāng)佩戴者穿過(guò)房間時(shí)，頭顯會(huì)引導(dǎo)他們走向物品的位置，物品在AR界面上顯示為一個(gè)透明的球體。一旦物品落入用戶(hù)手中，被稱(chēng)為X-AR的頭顯就會(huì)驗(yàn)證他們是否拿起了正確的物品。當(dāng)研究人員在一個(gè)類(lèi)似倉(cāng)庫(kù)的環(huán)境中測(cè)試X-AR時(shí)，該頭顯可以將隱藏的物品定位到誤差在平均98毫米以?xún)?nèi)，它驗(yàn)證了用戶(hù)拾取正確物品的準(zhǔn)確率為96%。

 帶有“X射線”視覺(jué)的AR頭顯

X-AR可以幫助電商倉(cāng)庫(kù)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(cāng)庫(kù)內(nèi)有許多類(lèi)似物品的情況下識(shí)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(lái)組裝產(chǎn)品。

電子工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)系的副教授、麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室信號(hào)動(dòng)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(jí)作者Fadel Adib表示：“我們這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是建立一個(gè)AR系統(tǒng)，讓人們看到看不見(jiàn)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(gè)具有X射線視覺(jué)的AR頭顯，研究人員必須首先為現(xiàn)有的頭顯配備一個(gè)可以與帶有RFID標(biāo)記的物品進(jìn)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(gè)天線，但研究人員需要一種輕型天線，就能以達(dá)到足夠高的帶寬與標(biāo)簽進(jìn)行通信。

“一個(gè)很大的挑戰(zhàn)是設(shè)計(jì)一個(gè)適合用在頭顯上的天線，而不覆蓋任何攝像頭或阻礙其運(yùn)作，這一點(diǎn)非常重要。” Adib說(shuō)道。

該團(tuán)隊(duì)采用了一個(gè)簡(jiǎn)單、輕便的環(huán)形天線，并通過(guò)使天線逐漸變細(xì)（即逐漸改變其寬度）和增加間隙進(jìn)行試驗(yàn)，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(duì)它進(jìn)行了優(yōu)化，以便在連接到頭顯遮陽(yáng)板上時(shí)發(fā)送和接收信號(hào)。一旦研究小組構(gòu)建了一個(gè)有效的天線，他們就專(zhuān)注于用它來(lái)定位RFID標(biāo)記的物品。

他們利用了一種被稱(chēng)為合成孔徑雷達(dá)（SAR）的技術(shù)，這類(lèi)似于飛機(jī)對(duì)地面物體的成像方式。當(dāng)用戶(hù)在房間里移動(dòng)時(shí)，X-AR用其天線從不同的有利位置進(jìn)行測(cè)量，然后將這些測(cè)量結(jié)果結(jié)合起來(lái)。這種方式就像一個(gè)天線陣列，來(lái)自多個(gè)天線的測(cè)量結(jié)果會(huì)被結(jié)合起來(lái)，以定位一個(gè)設(shè)備。

X-AR利用來(lái)自頭顯自我追蹤能力的視覺(jué)數(shù)據(jù)來(lái)建立一個(gè)環(huán)境地圖，并確定其在該環(huán)境中的位置。當(dāng)用戶(hù)行走時(shí)，它會(huì)計(jì)算出每個(gè)位置的RFID標(biāo)簽識(shí)別概率。這個(gè)概率在標(biāo)簽的準(zhǔn)確位置上是最高的的時(shí)候，設(shè)備會(huì)使用這個(gè)信息來(lái)鎖定隱藏的物體。

圖源：MIT/Signal Kinetics

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

然而，當(dāng)用戶(hù)拿起物品時(shí)，RFID標(biāo)簽也會(huì)隨之移動(dòng)。X-AR可以測(cè)量RFID標(biāo)簽的運(yùn)動(dòng)，并利用頭顯的手部追蹤能力來(lái)定位用戶(hù)手中的物品。然后該設(shè)備會(huì)檢查標(biāo)簽是否發(fā)出正確的射頻信號(hào)，以驗(yàn)證用戶(hù)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(jiǎn)單的方式為用戶(hù)顯示這些信息。一旦用戶(hù)戴上頭顯，他們就會(huì)使用菜單從標(biāo)簽物品的數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇一個(gè)物品。物品被定位后，會(huì)被一個(gè)透明的球體所包圍，因此用戶(hù)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(hù)行走而動(dòng)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(hù)提供無(wú)縫、清晰的體驗(yàn)，如果有人在倉(cāng)庫(kù)或智能家居環(huán)境中戴上這款設(shè)備，將擁有更好的體驗(yàn)。”

 揀選成功率可達(dá)98.9%

為了測(cè)試X-AR，研究人員創(chuàng)建了一個(gè)模擬倉(cāng)庫(kù)，在貨架上裝滿(mǎn)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(hù)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(hù)的位置平均相差不到100毫米。研究人員測(cè)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(yàn)證用戶(hù)取到了正確的物品。這意味著X-AR能夠減少98.9%的揀選錯(cuò)誤。當(dāng)物品還在盒子里時(shí)，它的準(zhǔn)確率甚至能達(dá)到91.9%。

圖源：MIT/Signal Kinetics

現(xiàn)在MIT的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明了X-AR的成功，研究人員計(jì)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(qiáng)該設(shè)備的可視化和互動(dòng)能力。他們還可以增強(qiáng)天線的能力，使其射程超過(guò)3米，并將系統(tǒng)擴(kuò)展到多個(gè)協(xié)調(diào)的頭顯上使用。

“因?yàn)榻裉鞗](méi)有這樣的東西，我們必須想辦法從頭到尾建立一個(gè)全新類(lèi)型的系統(tǒng)。” Adib說(shuō)道，“實(shí)際上，我們所構(gòu)建的是一個(gè)框架，這不僅有許多技術(shù)上的貢獻(xiàn)，也是未來(lái)人們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)具有X射線視覺(jué)的AR頭顯的藍(lán)圖。”

原文鏈接：

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