配備雙 Wi-Fi 的無人機(jī)通過像超人一樣透過墻壁進(jìn)行 3D 成像

作者：Jean-Jacques DeLisle，特約撰稿人

能夠看穿固體結(jié)構(gòu)已經(jīng)在科幻小說和奇幻文學(xué)中流傳了一百多年，并被超人的 X 射線視覺所普及。盡管 X 射線可用于成像和穿透 3D 結(jié)構(gòu)，但它們具有不良和有害的電離輻射效應(yīng)。軍方通過開發(fā)可以粗略繪制建筑物內(nèi)結(jié)構(gòu)圖甚至跟蹤在房間內(nèi)移動(dòng)的人員的雷達(dá)系統(tǒng)對此進(jìn)行了改進(jìn)。然而，這些系統(tǒng)需要非常昂貴的設(shè)備和精密設(shè)置才能準(zhǔn)確工作，并且只能從單個(gè)角度對結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像。這在緊急響應(yīng)、考古調(diào)查、測量和結(jié)構(gòu)監(jiān)測等需要未知和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的更詳細(xì) 3D 圖像的應(yīng)用中是非常有限的。

這就是低成本商用技術(shù)的創(chuàng)新使用，例如加州大學(xué)圣巴巴拉分校的研究人員展示了僅使用兩架八旋翼無人機(jī)（UAV 或無人機(jī)）、Wi-Fi RSSI 測量設(shè)備、Raspberry 的穿墻 3D 成像Pi 處理器和 Google Tango 3D 計(jì)算機(jī)視覺平臺。該實(shí)驗(yàn)使用了兩架自主八旋翼飛行器，一架發(fā)射一架接收，它們在一個(gè)由普通磚塊制成的未知結(jié)構(gòu)周圍導(dǎo)航，同時(shí)以各種角度進(jìn)行測量。在自主導(dǎo)航多條路線后，使用研究人員開發(fā)的特殊方法處理圖像信息，以生成內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖像。

使用商用無人機(jī) (UAV)、Wi-Fi 技術(shù)、Raspberry Pi 處理器和 Google Tango 計(jì)算機(jī)視覺平臺，這些研究人員能夠演示穿墻式 3D 成像。圖片來源：加州大學(xué)圣巴巴拉分校。

根據(jù)該項(xiàng)目的首席博士生Chitra R. Karanam 的說法，“通過墻壁（例如磚墻或混凝土墻）進(jìn)行高分辨率 3D 成像非常具有挑戰(zhàn)性，也是提出該方法的主要?jiǎng)訖C(jī)?！?/p>

盡管使用當(dāng)前技術(shù)和來自同一實(shí)驗(yàn)室的先前研究可以相對容易地測量簡單的 3D 結(jié)構(gòu)和已知結(jié)構(gòu)，但尺寸變化很大的完全未知的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)實(shí)世界的結(jié)構(gòu)并不容易捕獲。由于選擇普通無線信號是因?yàn)樗鼈兡軌蛲ㄟ^常見的建筑材料和室外結(jié)構(gòu)傳播，因此使用 Wi-Fi 和類似技術(shù)可以提供低成本且高效的成像平臺。

“我們提出的方法使無人駕駛飛行器能夠通過僅使用 Wi-Fi 信號的 3D 墻壁對細(xì)節(jié)進(jìn)行成像；然而，由于未知數(shù)的數(shù)量顯著增加，實(shí)現(xiàn)真實(shí)區(qū)域的 3D 穿墻成像更具挑戰(zhàn)性。“這種方法僅使用 Wi-Fi RSSI 測量，不需要在感興趣區(qū)域進(jìn)行任何事先測量，也不需要物體移動(dòng)即可成像?！?/p>

雖然只是一個(gè)實(shí)驗(yàn)演示，在目前的狀態(tài)下不一定能夠進(jìn)行現(xiàn)場級成像，但這項(xiàng)技術(shù)確實(shí)表明，商業(yè)上可用的計(jì)算機(jī)處理、無線測量和 UAV（無人機(jī)）的高度可以以創(chuàng)新的方式用于以前打開門只有資金雄厚的實(shí)驗(yàn)室和軍隊(duì)才能使用。采用這種技術(shù)的自主無人機(jī)測量最終可能會(huì)導(dǎo)致更準(zhǔn)確的地質(zhì)和考古測量，以及在自然災(zāi)害和其他緊急響應(yīng)情況下的快速測量。

審核編輯 黃昊宇