對于安全檢查，想必大家都不陌生。在日常坐飛機、坐高鐵、坐地鐵，都會要求行李過X光機，而如果是瓶子、杯子里的水，則會麻煩一點：有時候會讓你當(dāng)場喝一口，有時候則會拿一個形似夜壺的裝置照一下。X射線視覺聽起來或許感覺有點像白日夢，但是這些照片清楚地展示了隱藏在包裹、口袋甚至是衣物之下的任何物品。

近日，麻省理工學(xué)院新聞辦公室對外宣傳，該校研究團隊研發(fā)出了一款名為X-AR的增強現(xiàn)實頭顯。據(jù)悉，該頭顯的研發(fā)成本由美國國家科學(xué)基金基金會等部門支持，在HoloLens 2架構(gòu)的基礎(chǔ)上結(jié)合了計算機視覺和無線感知能力，可以自動定位隱藏在視線之外的特定物品并引導(dǎo)用戶取出（例如包裝盒內(nèi)部、柜子里面、貨堆中間等）。

此外，該頭顯還配備具有射頻（RF）傳感功能的 AR-conformal 寬帶天線，通過將天線與頭顯攝像頭配合使用，運行基于 AR 的 SAR 定位算法，即使通過紙板箱和塑料容器等特定材料也能識別帶有射頻標(biāo)簽的物體。

根據(jù)相關(guān)研究人員表示，目前全球的供應(yīng)鏈行業(yè)中，UHF RFID技術(shù)被各個國家廣泛使用，有研究表明，在美國有超過93%的零售商都采用了UHF RFID技術(shù)。例如商超walmart、食品公司Kraft以及冷鏈供應(yīng)公司Eskimo Cold Storage等。于是，該團隊在現(xiàn)有的射頻傳感技術(shù)中，選擇了UHF RFID（射頻識別）標(biāo)簽來開始研發(fā)。

想要制造具有X射線視覺的增強現(xiàn)實頭顯，研究人員首先必須為現(xiàn)有的設(shè)備配備可以與RFID標(biāo)簽物品進(jìn)行通信。目前大多數(shù)RFID定位系統(tǒng)使用的多為相距數(shù)米的天線，而頭顯則只需要高寬帶且可與標(biāo)簽通信的天線即可。

于是，該團隊選取了一種簡單、輕便的環(huán)形天線，并通過盡可能縮小天線和增加間隙進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)這兩種技術(shù)都可以提高帶寬。由于天線通常在露天工作，研究人員對其進(jìn)行了優(yōu)化，以便在連接到耳機的遮陽板上時發(fā)送和接收信號。

一旦團隊構(gòu)建了有效的天線，研發(fā)團隊就開始了專注于使用它來定位帶有RFID標(biāo)簽的物品。他們利用了一種稱為合成孔徑雷達(dá)（SAR）的技術(shù)，該技術(shù)類似于飛機對地面物體進(jìn)行成像。當(dāng)用戶在房間內(nèi)移動時，X-AR頭顯則從不同的有利位置使用天線進(jìn)行測量，然后將這些測量結(jié)果組合在一起。這種方式就像一個天線陣列，其中來自多個天線的測量值被組合在一起以定位設(shè)備。另外，X-AR引入了一系列技術(shù)來處理由自然人體運動產(chǎn)生的定位偽影和約束，如自然頭部傾斜和RFID反向散射輻射屬性。

X-AR設(shè)計的最終組成是一種用于驗證用戶何時拿起了目標(biāo)RFID標(biāo)簽物品的機制。這種驗證對于避免成本高昂的錯誤非常重要，例如在電子商務(wù)倉庫中揀貨并將錯誤的訂單運送給客戶。人們可能會假設(shè)，一旦用戶拿起RFID標(biāo)記的目標(biāo)項目，就可以通過將其定位到用戶手中來簡單地實現(xiàn)這種功能。在實踐中，這樣做十分具有挑戰(zhàn)性。因為與上面的場景不同，用戶的行走模擬了合成孔徑，用戶挑選物品停留在相對固定的位置。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，X-AR利用了RFID標(biāo)簽的移動性。具體而言，它執(zhí)行反向SAR，以相對于所選項目的軌跡定位頭顯。

最終，團隊以微軟Hololens 2為基礎(chǔ)實現(xiàn)了X-AR的端到端原型。在實驗中，研究人員通過Unity對Hololens進(jìn)行編程，以顯示項目位置和標(biāo)簽，引導(dǎo)用戶找到目標(biāo)項目，并顯示驗證結(jié)果。他們評估了X-AR在230次實驗試驗中的表現(xiàn)，而結(jié)果表明：X-AR在視距和非視距場景中準(zhǔn)確定位RFID標(biāo)記的物體，中值精度為9.8cm。即使是第90百分位精度都保持在45cm以內(nèi)。相比之下，基于標(biāo)準(zhǔn)SAR的基線具有兩倍以上的誤差，24.8 cm的中值精度和99.1 cm的第90百分位精度。X-AR追蹤RFID標(biāo)簽和用戶的手的移動，以自動驗證所拾取物體的準(zhǔn)確度超過95%。

展望未來，該團隊后續(xù)計劃嘗試各種其他增強功能，包括 WiFi、毫米波技術(shù)、太赫茲波以及范圍大于 3 米的改進(jìn)天線。

審核編輯 ：李倩