Ερευνητές στο UC Santa Barbara παρουσίασαν μια καινοτόμα μέθοδο που εκμεταλλεύεται τα σήματα WiFi για υψηλής ποιότητας απεικόνιση ακίνητων αντικειμένων. Αυτή η καινοτόμα προσέγγιση χρησιμοποιεί τη Γεωμετρική Θεωρία Διάθλασης και τα αντίστοιχα Keller cones για να ανιχνεύσει τα άκρα των αντικειμένων, αντιπροσωπεύοντας ένα σημαντικό άλμα στην τεχνολογία απεικόνισης με χρήση WiFi.
Η παραδοσιακή απεικόνιση με χρήση WiFi αντιμετώπιζε προκλήσεις όταν ασχολούνταν με ακίνητες σκηνές, κυρίως λόγω της έλλειψης κίνησης. Ωστόσο, αυτή η έρευνα ακολουθεί διαφορετική προσέγγιση επικεντρώνοντας στον ανιχνευτή των άκρων των αντικειμένων αντί να αποτυπώνει ολόκληρη τη σκηνή. Τα ευρήματα της μελέτης παρουσιάστηκαν στο Proceedings of the 2023 IEEE National Conference on Radar (RadarConf) στις 21 Ιουνίου 2023.
Αυτή η καινοτόμα προσέγγιση βασίζεται στην προηγούμενη εργασία του Mostofi Lab, το οποίο από το 2009 έχει πρωτοπορήσει στην ανίχνευση με τη χρήση καθημερινών σημάτων ραδιοσυχνοτήτων όπως το WiFi για διάφορες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της ανάλυσης πλήθους, της αναγνώρισης ατόμων, της έξυπνης υγείας και των έξυπνων χώρων.
“Όταν ένα κύμα συναντά ένα σημείο άκρου, προκύπτει ένας κώνος εξερχόμενων ακτίνων σύμφωνα με τη Γεωμετρική Θεωρία Διάθλασης του Keller (GTD), που αναφέρεται ως κώνος του Keller,” εξήγησε η Mostofi. Οι ερευνητές σημειώνουν ότι αυτή η αλληλεπίδραση δεν περιορίζεται σε ορατά κοφτά άκρα, αλλά ισχύει για μια ευρύτερη σειρά επιφανειών με μικρότερη κυρτότητα.
“Ανάλογα με τον προσανατολισμό του άκρου, ο κώνος αφήνει διάφορα αποτυπώματα, δηλαδή, κωνικά τμήματα, σε έναν δεδομένο πίνακα λήψης. Στη συνέχεια, αναπτύσσουμε ένα μαθηματικό πλαίσιο που χρησιμοποιεί αυτά τα κωνικά αποτυπώματα ως υπογραφές για να εκτιμήσει τον προσανατολισμό των άκρων, δημιουργώντας έτσι έναν χάρτη άκρων της σκηνής,” συνέχισε η Mostofi.
Συγκεκριμένα, η ομάδα πρότεινε έναν βασισμένο στον κώνο του Keller πυρήνα προβολής για την απεικόνιση. Αυτός ο πυρήνας είναι υποκείμενα μια συνάρτηση των προσανατολισμών των άκρων, μια σχέση που χρησιμοποιείται στη συνέχεια για να εκτιμήσει την ύπαρξη/προσανατολισμό των ακρών μέσω της δοκιμής υποθέσεων για ένα μικρό σύνολο πιθανών προσανατολισμών των ακρων.
Αυτό σημαίνει ότι αν καθοριστεί η ύπαρξη ενός άκρου, επιλέγεται ο προσανατολισμός του άκρου που ταιριάζει καλύτερα με την αντίστοιχη υπογραφή βασισμένη στον κώνο του Keller για ένα συγκεκριμένο σημείο που ενδιαφέρει να απεικονίσουν.
“Τα άκρα των αντικειμένων στην πραγματική ζωή έχουν τοπικές εξαρτήσεις,” είπε ο Anurag Pallaprolu, ο κύριος φοιτητής διδακτορικών σπουδών στο έργο. “Έτσι, αφού εντοπίσουμε τα σημεία άκρων υψηλής εμπιστοσύνης μέσω του προτεινόμενου πυρήνα απεικόνισης, μεταφέρουμε στη συνέχεια τις πληροφορίες τους στο υπόλοιπο της σκηνής χρησιμοποιώντας προπαγάνδα πληροφοριών Bayesian[…].”
“[…]Αυτό το βήμα μπορεί επίσης να βοηθήσει στη βελτίωση της εικόνας, δεδομένου ότι μερικά από τα άκρα μπορεί να βρίσκονται σε τυφλές περιοχές ή να υπερκαλύπτονται από άλλα άκρα που είναι πιο κοντά στους πομπούς.”, συμπληρώνει ο ίδιος. Μόλις δημιουργηθεί μια εικόνα, οι ερευνητές μπορούν να την βελτιώσουν περαιτέρω χρησιμοποιώντας εργαλεία συμπλήρωσης εικόνων από τον τομέα της όρασης.
“Αξίζει να σημειωθεί ότι οι παραδοσιακές τεχνικές απεικόνισης οδηγούν σε κακή ποιότητα απεικόνισης όταν χρησιμοποιούνται με συμβατικούς πομποδέκτες WiFi,” πρόσθεσε ο Pallaprolu, “καθώς οι επιφάνειες μπορούν να φαίνονται σχεδόν καθρεπτικές σε χαμηλότερες συχνότητες, με αποτέλεσμα να μην αφήνουν αρκετές υπογραφές στον πίνακα λήψης.”
Οι ερευνητές έχουν επίσης μελετήσει εκτενώς τον αντίκτυπο διαφόρων παραμέτρων, όπως η κυρτότητα μιας επιφάνειας, ο προσανατολισμός του άκρου, η απόσταση από τον πίνακα λήψης και η θέση του πομπού, στους κώνους του Keller και το προτεινόμενο σύστημα απεικόνισης βασισμένο στα άκρα. Αυτή η έρευνα παρέχει τη βάση για τον σχεδιασμό ενός συστήματος απεικόνισης με μεθοδικό τρόπο.
Στις πρακτικές εξετάσεις της ομάδας, τρεις πομποί WiFi εκπέμπουν ασύρματα κύματα, ενώ δέκτες WiFi τοποθετούνται σε ένα ανθρώπινο όχημα που προσομοιάζει έναν πίνακα λήψης. Οι δέκτες μετρούν την ισχύ του ληφθέντος σήματος, το οποίο στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την απεικόνιση βάσει της προτεινόμενης μεθοδολογίας.
Η τεχνολογία αυτή έχει υποστεί εκτενείς δοκιμές σε διάφορα σενάρια, συμπεριλαμβανομένης της απεικόνισης μέσω τοίχων. Ένα ενδιαφέρον παράδειγμα εφαρμογής αυτής της προσέγγισης είναι το WiFi Reader, που επιδεικνύει τις δυνατότητές της με την απεικόνιση και την κατηγοριοποίηση αντικειμένων σε σχήμα γραμμάτων του αλφαβήτου.
Επιπλέον, οι ερευνητές έχουν επιτυχώς απεικονίσει και διαβάσει κείμενο μέσω τοίχων, επιδεικνύοντας τη δυνατότητα της τεχνολογίας για πρακτικές εφαρμογές στον πραγματικό κόσμο. Συνολικά, αυτή η καινοτόμα προσέγγιση έχει το δυναμικό να ανατρέψει την απεικόνιση ραδιοσυχνοτήτων (RF), ανοίγοντας νέες προοπτικές και εφαρμογές σε τομείς όπως η παρακολούθηση, η ασφάλεια και η απομακρυσμένη ανίχνευση.
