WiFi无人机：可穿墙对物体立体成像
导读
除供给无线群集邻接，WiFi另有更多让大年夜师意想不到的用处。比来，美国加州除夜学圣巴巴拉分校的科研人员初度演示了一种新筹划，独霸两架无人机发射和领受WiFi无线旗子记号，以穿墙的编制，对墙后物体举办三维成像。
关头字
WiFi、无人机、成像
布景
如今的物联网时代，WiFi 已成为各类物联网设备比如智能硬件、可穿戴设备、智能家居等等，举办无线邻接的次要身手。大年夜大年夜约在除夜除夜都人印象中，WiFi的次要感染就是供给无线群集邻接。
可是除供给无线群集邻接，WiFi另有一些我们不太熟谙的奇怪用处，比如定位和成像。
比如，笔者曾在《Chronos琐细：独霸单个WiFi完成高精度定位》一文中曾引见过，美国麻省理工学院的科研人员，斥地过一种称为“Chronos”的WiFi琐细，它可独霸单个WiFi接进点来定位用户，精度达几十厘米，且不须要添加其他任何传感器。
（图片本源于：麻省理工学院筹算机科学与人工智能考验考验室）
《Wi-Fi全息技能：能穿墙掉落踪掉落踪物体全息图象！》一文也曾引见过，德国慕尼黑财富除夜学的科研人员独霸WiFi发射器的杂散辐射，创建起了WiFi 发射器邻近物体的三维全息图。
独霸地下室的Wi-Fi发射器，可以绘制出全数仓库的三维图象
（图片本源：Friedemann Reinhard/Philipp Holl/慕尼黑财富除夜学）
可是，往日我们要重点存眷的是美国加州除夜学圣巴巴拉分校（UCSB） Yasamin Mostofi 传授考验考验室的相干研究。
该考验考验室在独霸往常无线射频旗子记号，比如WiFi 举办成像和感知方面，起到了前驱感染。2010年，他们初度展示WiFi成像技能，后来又展开过几个相干项目。
2015年，他们的一个项目："Head Counting with WiFi: Counting People Without Relying On Personal Devices"，独霸了WiFi旗子记号测定给定区域的人数。
编制是经由过程两块无线网卡举办合营，一块发射WiFi旗子记号，此外一块领受WiFi旗子记号，然后经由过程对领受功率的测量，预算出那块区域中走动的人数。
（图片本源：UCSB）
此外一个项目：”X-Ray Vision for Robots: Seeing Through Walls with Only WiFi“，独霸两个机械人之间的WiFi旗子记号强度改削，对墙后的物体举办二维成像。
编制是经由过程两个装有轮子的机械人作为火伴，发射和领受WiFi旗子记号，经由过程测量领受旗子记号强度RSSI的改削，对墙壁后方的物体举办二维成像。
（图片本源：UCSB）
立异
在之前对物体穿墙二维成像的研究根本上，比来Yasamin Mostofi 传授考验考验室的科研人员作出进一步的深切研究，初度演示出一种新筹划，独霸两架无人机发射和领受WiFi无线旗子记号，以穿墙的编制对墙后的物体举办三维成像。
（图片本源：UCSB）
这项技能独霸两架无人机作为火伴，协同工作。一架无人机担当发射WiFi旗子记号，此外一架则担当领受WiFi旗子记号，经由过程在不合的路途点上，绘制出的WiFi旗子记号波强度的不合，无人机经几回探测后，便可绘制出高分辨的三维图象。
UCSB 电气与筹算机工程专业的传授 Mostofi 称：
“我们提出的筹划能使无人机仅独霸WiFi旗子记号，便可以穿墙对物体的细节举办三维成像。该筹划单零丁霸了对WiFi旗子记号领受的旗子记号强度指使（RSSI）的测量，而无需对有关区域举办任何过后的测量，也无需被测物体挪动举办成像。”
（图片本源：UCSB）
技能
起首，让我们回想回想一下全数考验考验。
在考验考验中，两架无人机飞往一个封锁的、邻近用砖砌成的复杂纯真房屋，墙内的气候很复杂，如图所示：
（图片本源：UCSB）
可是，房屋的内部气候对无人机来讲是未知的。在遨游飞翔过程中，一架无人机会延续地发送WiFi旗子记号，而此外一架无人机则会测量WiFi旗子记号的领受功率，从而举办三维成像。
（图片本源：UCSB）
当无人机穿越几条筹算的路途后，会独霸研究人员研发的成像技能，展示出墙内的区域，生成其内部物体的高分辨率的三维图象。这类三维图象和该区域的理论气候高度婚配。
（图片本源：UCSB）
这类穿墙对物体举办三维成像的编制由四个关头部分构成：
（图片本源：UCSB）
之一，他们筹划的路途要可以在这三个维度上，尽大年夜大年夜约多地捕获空间不合，同时也能贯穿连接独霸屈就。
（图片本源：UCSB）
第二，他们用马尔可夫随机场（Markov Random Field ）来对存眷的三维未知区域举办建模，捕获空间依托性，并且独霸基于图形的信赖度撒播算法，在相邻立体像素（三维图象的小单位）根本上，更新每个立体像素的成像决意狡计。
（图片本源：UCSB）
第三，为了使得发射波的交互感染接近于存眷的区域，他们独霸了线性波模型。
（图片本源：UCSB）
末尾，他们独霸了信息内容的膨胀性，经由过程特别很是多量的WiFi测量对该区域举办成像（不到4%）。
（图片本源：UCSB）
上面，我们一同看看研究人员独霸了甚么样的考验考验拆卸。
值得寄看的是，他们的拆卸无缺由现成的设备比如无人机、WiFi收发器和Tango平板电脑构成。
发射旗子记号的无人机设备了一个用于发送WiFi旗子记号的路由器，和一个谷歌Tango平板电脑用于本身定位。一样，领受旗子记号的无人机设备了一个树莓派单位，一个WiFi网卡用于测量WiFi RSSI和一个Tango平板电脑用于本身定位。
无人机具有航途基准点，从而可以沿着路途遨游飞翔，并且彼此之间会不竭调和，多么使得它们处于切确的发射/领受的配对职位上。
（图片本源：UCSB）
价值
这项立异的关头价值，起首是措置了一个极具挑衅性的问题：
对砖墙或混凝土墙后的物体举办高分辨率的三维成像。
此外，研究人员从之前独霸空中机械人举办二维成像，拓展到了独霸无人机举办多角度、立体化的三维成像。
将来，这项技能将可以独霸于一些列的局限，比如紧要搜救、考古发掘和筹划监测等等。
参考材料
【1】http://www.news.uc +++ .edu/2017/018068/x-ray-eyes-sky
【2】C.R. Karanam and Y. Mostofi, "3D Through-Wall Imaging with Unmanned Aerial Vehicles Using WiFi," in the proceedings of the 16th ACM/IEEE International Conference on Information Processing in Sensor Networks (IPSN), April 2017 http://www.ece.uc +++ .edu/~ymostofi/***s/IPSN17_KaranamMostofi.pdf
【3】http://www.ece.uc +++ .edu/~ymostofi/
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