导读
除了提供无线网络连接,WiFi还有更多让大家意想不到的用途。最近,美国加州大学圣巴巴拉分校的科研人员首次演示了一种新方案,利用两架无人机发射和接收WiFi无线信号,以穿墙的方式,对墙后物体进行三维成像。
关键字
背景
如今的物联网时代,WiFi 已经成为各种物联网设备例如智能硬件、可穿戴设备、智能家居等等,进行无线连接的重要手段。也许在大多数人印象中,WiFi的主要作用就是提供无线网络连接。
然而除了提供无线网络连接,WiFi还有一些我们不太熟悉的独特用途,例如定位和成像。
例如,笔者曾在《Chronos系统:使用单个WiFi完成高精度定位》一文中曾经介绍过,美国麻省理工学院的科研人员,开发过一种称为“Chronos”的WiFi系统,它可以使用单个WiFi接入点来定位用户,精度达几十厘米,且不需要添加其他任何传感器。
(图片来源于:麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室)
《Wi-Fi全息技术:能穿墙获取物体全息图像!》一文也曾经介绍过,德国慕尼黑工业大学的科研人员利用WiFi发射器的杂散辐射,建立起了WiFi 发射器周围物体的三维全息图。
(图片来源:Friedemann Reinhard/Philipp Holl/慕尼黑工业大学)
然而,今天我们要重点关注的是美国加州大学圣巴巴拉分校(UCSB) Yasamin Mostofi 教授实验室的相关研究。
该实验室在利用日常无线射频信号,例如WiFi 进行成像和感知方面,起到了先驱作用。2010年,他们首次展示WiFi成像技术,后来又开展过几个相关项目。
2015年,他们的一个项目:'Head Counting with WiFi: Counting People Without Relying On Personal Devices',利用了WiFi信号测定给定区域的人数。
方法是通过两块无线网卡进行配合,一块发射WiFi信号,另一块接收WiFi信号,然后通过对于接收功率的测量,估算出那块区域中走动的人数。
(图片来源:UCSB)
另外一个项目:”X-Ray Vision for Robots: Seeing Through Walls with Only WiFi“,利用两个机器人之间的WiFi信号强度变化,对于墙后的物体进行二维成像。
方法是通过两个装有轮子的机器人作为搭档,发射和接收WiFi信号,通过测量接收信号强度RSSI的变化,对于墙壁后方的物体进行二维成像。
(图片来源:UCSB)
创新
在之前对于物体穿墙二维成像的研究基础上,最近Yasamin Mostofi 教授实验室的科研人员作出进一步的深入研究,首次演示出一种新方案,利用两架无人机发射和接收WiFi无线信号,以穿墙的方式对墙后的物体进行三维成像。
(图片来源:UCSB)
这项技术使用两架无人机作为搭档,协同工作。一架无人机负责发射WiFi信号,另一架则负责接收WiFi信号,通过在不同的路径点上,绘制出的WiFi信号波强度的差异,无人机经几次探测后,即可绘制出高分辨的三维图像。
UCSB 电气与计算机工程专业的教授 Mostofi 称:
“我们提出的方案能使无人机仅利用WiFi信号,就可以穿墙对于物体的细节进行三维成像。该方案单单利用了对于WiFi信号接收的信号强度指示(RSSI)的测量,而无需对于有关区域进行任何预先的测量,也无需被测物体移动进行成像。”
(图片来源:UCSB)
技术
首先,让我们回顾一下整个实验。
在实验中,两架无人机飞往一个封闭的、四面用砖砌成的简易房屋,墙内的情况很简单,如图所示:
(图片来源:UCSB)
然而,房屋的内部情况对于无人机来说是未知的。在飞行过程中,一架无人机会持续地发送WiFi信号,而另外一架无人机则会测量WiFi信号的接收功率,从而进行三维成像。
(图片来源:UCSB)
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