文/VR陀螺 ZJ

近日，麻省理工学院媒体实验室（MIT Media Lab）宣布其开发了一种设计新颖的AR头显，能够使用户观察“隐藏的物体”。开发者表示，该设备可以帮助工人找到完成电子商务订单的物品，或识别组装产品的部件。

这款头显结合了计算机视觉和无线感知，能够自动定位隐藏在视线之外的特定物品，这些物品也许放置在一个盒子里或隐藏在一堆东西之下，而头显能够引导用户去取回指定物品。该系统利用射频信号，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出的信号。

图源：MIT/Signal Kinetics

当佩戴者穿过房间时，头显会引导他们走向物品的位置，物品在AR界面上显示为一个透明的球体。一旦物品落入用户手中，被称为X-AR的头显就会验证他们是否拿起了正确的物品。当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误差在平均98毫米以内，它验证了用户拾取正确物品的准确率为96%。

 带有“X射线”视觉的AR头显

X-AR可以帮助电商仓库的工作人员快速找到杂乱货架上或埋在箱子里的物品，又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。它还可以用于制造设施，帮助技术人员找到正确的零件来组装产品。

电子工程和计算机科学系的副教授、麻省理工学院媒体实验室信号动力学小组的主任，也是关于X-AR（与密歇根大学合作）论文的高级作者Fadel Adib表示：“我们这个项目的目标是建立一个AR系统，让人们看到看不见的东西，包括盒子里或角落里的物品。该设备能够引导人们走向需要的物品，真正以之前不可能的方式查看物理世界。”

图源：MIT/Signal Kinetics

为了创造一个具有X射线视觉的AR头显，研究人员必须首先为现有的头显配备一个可以与带有RFID标记的物品进行通信的天线。大多数RFID定位系统使用相隔数米的多个天线，但研究人员需要一种轻型天线，就能以达到足够高的带宽与标签进行通信。

“一个很大的挑战是设计一个适合用在头显上的天线，而不覆盖任何摄像头或阻碍其运作，这一点非常重要。” Adib说道。

该团队采用了一个简单、轻便的环形天线，并通过使天线逐渐变细（即逐渐改变其宽度）和增加间隙进行试验，这两种技术都能提高带宽。由于天线通常露天工作，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。一旦研究小组构建了一个有效的天线，他们就专注于用它来定位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，这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。这种方式就像一个天线阵列，来自多个天线的测量结果会被结合起来，以定位一个设备。

X-AR利用来自头显自我追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，它会计算出每个位置的RFID标签识别概率。这个概率在标签的准确位置上是最高的的时候，设备会使用这个信息来锁定隐藏的物体。

图源：MIT/Signal Kinetics

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到了正确的物品。但由于用户站在原地，头显的天线没有移动，它就不能使用SAR来定位标签。

然而，当用户拿起物品时，RFID标签也会随之移动。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。然后该设备会检查标签是否发出正确的射频信号，以验证用户是否拿起了正确的物品。

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品。物品被定位后，会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。然后设备以在地板上显示足迹的形式投射出该物品的轨迹，该轨迹可以随着用户行走而动态更新。

研究人员表示：“我们抽象化了所有的技术层面，因此我们可以为用户提供无缝、清晰的体验，如果有人在仓库或智能家居环境中戴上这款设备，将拥有更好的体验。”

 拣选成功率可达98.9%

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，并在里面放置贴有RFID标签的物品。他们发现，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100毫米。研究人员测试的基线方法的误差中值为250至350毫米。他们还发现，在显示98.9%的情况下，它能正确地验证用户取到了正确的物品。这意味着X-AR能够减少98.9%的拣选错误。当物品还在盒子里时，它的准确率甚至能达到91.9%。

图源：MIT/Signal Kinetics

现在MIT的团队已经证明了X-AR的成功，研究人员计划探索如何使用不同的传感模式，如Wi-Fi、毫米波技术或太赫兹波，以增强该设备的可视化和互动能力。他们还可以增强天线的能力，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。

“因为今天没有这样的东西，我们必须想办法从头到尾建立一个全新类型的系统。” Adib说道，“实际上，我们所构建的是一个框架，这不仅有许多技术上的贡献，也是未来人们设计一个具有X射线视觉的AR头显的蓝图。”

原文链接：

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