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X射线视觉搭配RFID会擦除怎样的火花？

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日期：2023-03-06 13:37:05

摘要：近日，麻省理工学院新闻办公室对外宣传，该校研究团队研发出了一款名为X-AR的增强现实头显。据悉，该头显的研发成本由美国国家科学基金基金会等部门支持，在HoloLens 2架构的基础上结合了计算机视觉和无线感知能力，可以自动定位隐藏在视线之外的特定物品并引导用户取出（例如包装盒内部、柜子里面、货堆中间等）。

关键词：RFID

对于安全检查，想必大家都不陌生。在日常坐飞机、坐高铁、坐地铁，都会要求行李过X光机，而如果是瓶子、杯子里的水，则会麻烦一点：有时候会让你当场喝一口，有时候则会拿一个形似夜壶的装置照一下。X射线视觉听起来或许感觉有点像白日梦，但是这些照片清楚地展示了隐藏在包裹、口袋甚至是衣物之下的任何物品。

近日，麻省理工学院新闻办公室对外宣传，该校研究团队研发出了一款名为X-AR的增强现实头显。据悉，该头显的研发成本由美国国家科学基金基金会等部门支持，在HoloLens 2架构的基础上结合了计算机视觉和无线感知能力，可以自动定位隐藏在视线之外的特定物品并引导用户取出（例如包装盒内部、柜子里面、货堆中间等）。

此外，该头显还配备具有射频（RF）传感功能的 AR-conformal 宽带天线，通过将天线与头显摄像头配合使用，运行基于 AR 的 SAR 定位算法，即使通过纸板箱和塑料容器等特定材料也能识别带有射频标签的物体。

根据相关研究人员表示，目前全球的供应链行业中，UHF RFID技术被各个国家广泛使用，有研究表明，在美国有超过93%的零售商都采用了UHF RFID技术。例如商超walmart、食品公司Kraft以及冷链供应公司Eskimo Cold Storage等。于是，该团队在现有的射频传感技术中，选择了UHF RFID（射频识别）标签来开始研发。

想要制造具有X射线视觉的增强现实头显，研究人员首先必须为现有的设备配备可以与RFID标签物品进行通信。目前大多数RFID定位系统使用的多为相距数米的天线，而头显则只需要高宽带且可与标签通信的天线即可。

于是，该团队选取了一种简单、轻便的环形天线，并通过尽可能缩小天线和增加间隙进行实验，发现这两种技术都可以提高带宽。由于天线通常在露天工作，研究人员对其进行了优化，以便在连接到耳机的遮阳板上时发送和接收信号。

一旦团队构建了有效的天线，研发团队就开始了专注于使用它来定位带有RFID标签的物品。他们利用了一种称为合成孔径雷达（SAR）的技术，该技术类似于飞机对地面物体进行成像。当用户在房间内移动时，X-AR头显则从不同的有利位置使用天线进行测量，然后将这些测量结果组合在一起。这种方式就像一个天线阵列，其中来自多个天线的测量值被组合在一起以定位设备。另外，X-AR引入了一系列技术来处理由自然人体运动产生的定位伪影和约束，如自然头部倾斜和RFID反向散射辐射属性。

X-AR设计的最终组成是一种用于验证用户何时拿起了目标RFID标签物品的机制。这种验证对于避免成本高昂的错误非常重要，例如在电子商务仓库中拣货并将错误的订单运送给客户。人们可能会假设，一旦用户拿起RFID标记的目标项目，就可以通过将其定位到用户手中来简单地实现这种功能。在实践中，这样做十分具有挑战性。因为与上面的场景不同，用户的行走模拟了合成孔径，用户挑选物品停留在相对固定的位置。为了应对这一挑战，X-AR利用了RFID标签的移动性。具体而言，它执行反向SAR，以相对于所选项目的轨迹定位头显。

最终，团队以微软Hololens 2为基础实现了X-AR的端到端原型。在实验中，研究人员通过Unity对Hololens进行编程，以显示项目位置和标签，引导用户找到目标项目，并显示验证结果。他们评估了X-AR在230次实验试验中的表现，而结果表明：X-AR在视距和非视距场景中准确定位RFID标记的物体，中值精度为9.8cm。即使是第90百分位精度都保持在45cm以内。相比之下，基于标准SAR的基线具有两倍以上的误差，24.8 cm的中值精度和99.1 cm的第90百分位精度。X-AR追踪RFID标签和用户的手的移动，以自动验证所拾取物体的准确度超过95%。

展望未来，该团队后续计划尝试各种其他增强功能，包括 WiFi、毫米波技术、太赫兹波以及范围大于 3 米的改进天线。