只需一层RF传感器，就能为AR头显赋予“X光”穿透视力

业界作者：青亭网 2023-02-28 19:19:00

Esther | 编辑

近年来，AR在仓库、工厂等场景得到应用，比如GlobalFoundries、亚马逊、菜鸟裹裹就使用摄像头扫描定位货品，并使用AR来导航和标记。目前，这种方案主要基于视觉算法，因此仅能定位视线范围内的目标。然而，在一些堆满包裹的仓库，或是充满材料和隔层的厂房中，用视觉算法很难定位堆在底下、被遮挡的包裹。

因此，MIT Media Lab旗下的信号动力小组（The Signal Kinetics）提出了一种，将AR与射频（RF）技术结合的定位方案，并宣称可赋予使用者“X光”穿透视觉。据悉，该方案名为X-AR，其形态是一种柔性、拱形天线阵列，可叠加在HoloLens 2等AR头显外层，用于识别周围的RFID标签。将无线射频信号与AR头显的视觉功能结合后，可帮助用户快速定位和导航隐藏的目标物品，比如在仓库、物流等场景，可提醒工作人员注意隐藏在遮挡物后的放错位置的物品。

关于X-AR射频方案

细节方面，X-AR外观看起来像眼罩，重量不到1g，其形状专为AR眼镜/头显设计，可以很好的贴合头显前盖，不会遮挡头显上的摄像头或传感器。X-AR的接收器可识别超高频RFID信号，市面上很多产品已经使用RFID标签，比如服装、消费级商品、库存等等，而美国93%零售商已经采用UHF RFID技术（超高频RFID）。

RFID标签的优势在于，成本低、不用电，可规模化使用，适合用来管理仓库。相比于市面上其他RFID定位方案，X-AR的优势是采用单回路设计，因此体积更小，可环绕HoloLens 2等头显前盖的轮廓，而且天线之间不需要米级间距，也不需要在预设轨迹上移动。

那么X-AR是如何将RFID与与AR结合的呢？原来，X-AR不仅结合了HoloLens 2的计算机视觉功能，还结合AR用户界面，来很好的管理和分类库存。其使用方法如下：

首先，你要在AR中用手势选择想要在仓库中寻找的物品，比如某一件T恤。接着，X-AR系统通过传感器阵列发送无线信号，这些无线信号可激活周围的RFID标签，并接收返回的识别码。即使目标在箱子里或是被其他物品遮挡，X-AR也能接收到它返回的独特识别码。接着，X-AR根据收到的数据来生成3D场景图，当使用者在空间中移动时，该系统还会定位头显的移动路径，并结合RF检测结果，来预测场景中的目标RFID与头显的相对位置。

与此同时，X-AR还会在使用者运动时，扫描周围环境的位置，目的是缩小、锁定目标所在的范围。当X-AR识别到目标物体时，便会以AR的形式显示导航。此外，为了验证用户找到目标物体，X-AR还将识别到的手势动作与RF信号结合，以确认用户完成目标拾取。

这项研究主要有三大创新：

◎ AR-conformal宽带天线（RFID天线）：特点是基于柔性设计，可以很好的贴合HoloLens 2的前盖，而且重量轻，不会给现有的头显产品带来更大负担，而且不阻挡头显传感器或用户视线；

◎ RF-Visual合成孔径雷达（SAR）：将AR定位算法、计算机视觉摄像头、RF传感结合，即使用户在环境中自然行走，也能定位隐藏在视野之外的目标；细节方面，X-AR先用计算机视觉来实现自我定位，然后结合用户在移动时收集的RFID信息来创建合成孔径雷达（SAR），并以高精度定位RFID标记；

◎ 基于RF和视觉的验证步骤：通过追踪手势，X-AR可识别使用者拿到目标物体的动作，然后识别物品被拿起来时RFID的运动，执行反向SAR来确认找到目标物品。

性能与局限

理论上，天线可以放在头显顶部、用户肩膀上，甚至手中，X-AR的设计优势在于，它和头显很好的结合，不遮挡视线，也不占手，因此不影响使用者在仓库中执行其他任务。

经过234次性能试验，科研人员发现X-AR的定位效果非常准确，准确率达到95%以上，误差小于9.8厘米。不过该方案也存在一些局限，比如其原型机为有线设计，需要连接额外的电源或计算单元。科研人员指出，未来计划采用市面有售的RFID读取芯片，并集成到AR头显内部。

此外，X-AR仅支持单机运行，不支持多AR头显协作，而且识别范围仅3-4米，未来有望继续提升。值得注意的是，X-AR的传输功率低于市面上的穿戴式RFID传感器，因此未来可以在场景中使用RFID传感架构，为RFID标签供电。此外，RFID无法定位金属盒内的物品，智能读取金属或液体瓶子表面上的RFID标签。

随着物联网技术发展，RFID的应用范围越来越广泛，在仓储物流、医药、农业、畜牧业、汽车、电力、交通、零售等场景均可应用，比如超市、服装店、无人智能货柜、仓库等场景。其优势包括：扫描速度快、具有穿透性（可穿透纸张、木材、塑料等非金属或非透明材质）、数据储存容量大、小型化、外形多样化。

科研人员指出，X-AR方案在零售、工业等领域有多种应用场景，比如在仓库中，X-AR可指导员工补货、打包和处理退货，从而提升工作效率。而在零售店中，X-AR可帮助店员快速查找店内被乱放的商品，帮助客人找货，以及填补货架等等。在智能工厂领域，X-RA可以很好的将组装任务、工具信息可视化，还可以定位特定的元件，指导一线工人更好的执行工作，从而提升效率、降低失误率。

对于AR头显来讲，X-AR的意义还包括拓展了AR定位的范围，即使是摄像头和视觉算法感知范围外的目标，也能快速定位。未来，X-AR还有望与HoloLens 2之外的其他商用AR头显结合。

参考：

https://www.media.mit.edu/projects/augmented-reality-with-x-ray-vision/overview/

（ END）