近日，著名的麻省理工学院(MIT)的研究人员正在开发一种增强现实(AR)头显，该头显使用全息图引导用户找到隐藏的物体。该设备甚至可以结合使用RFID和计算机视觉技术来验证用户是否拿起了他们正在寻找的特定物体。
据悉，该头显的研发成本由美国国家科学基金会等部门支持，在HoloLens 2架构的基础上结合了计算机视觉和无线感知能力，可以自动定位隐藏在视线之外的特定物品并引导用户取出（例如包装盒内部、柜子里面、货堆中间等）。
此外，该头显还配备具有射频（RFID）感应功能的 AR-conformal 宽带天线，通过将天线与头显摄像头配合使用，运行基于 AR 的 SAR 定位算法，即使通过纸板箱和塑料容器等特定材料也能识别带有RFID电子标签的物体，甚至可以穿过纸板箱和塑料箱等特定材料。
它的工作原理如下：头显传感器捕获的数据用于构建用户环境的3D表示。然后，天线以小于一英尺的精度定位丢失物体在环境中的位置，并在现实世界上显示一个类似球体的全息图。然后，用户遵循一组虚拟足迹引导他们走向目标。
根据相关研究人员表示，目前全球的供应链行业中，UHF RFID技术被各个国家广泛使用，有研究表明，在美国有超过93%的零售商都采用了UHF RFID技术。例如商超沃尔玛、服装公司ZARA、食品公司Kraft以及冷链供应公司Eskimo Cold Storage等。于是，该团队在现有的射频传感技术中，选择了超高频RFID标签来开始研发。
“我们这个项目的整体目标是建立一个增强现实系统，让你看到看不见的东西——盒子里或角落里的东西——这样做，它可以引导你走向它们，真正让你看到以前所未有的方式进入物理世界，”电气工程与计算机科学系副教授、X-AR头显论文的高级作者Fadel Adib说。
想要制造具有X射线视觉的增强现实头显，首先研究人员必须配备可以与RFID标签物品进行通信的设备。目前，大多数RFID定位系统使用的多为相距数米的天线，而头显则只需要高宽带且可与标签通信的天线即可。
于是，该团队选取了一种简单、轻便的环形天线，并通过尽可能缩小天线和增加间隙进行实验，发现这两种技术都可以提高带宽。由于天线通常在露天工作，研究人员对其进行了优化，以便在连接到耳机的遮阳板上时发送和接收信号。一旦团队构建了有效的天线，研发团队就开始了专注于使用它来定位带有RFID标签的物品。
他们利用了一种称为合成孔径雷达（SAR）的技术，该技术类似于飞机对地面物体进行成像。当用户在房间内移动时，X-AR头显则从不同的有利位置使用天线进行测量，然后将这些测量结果组合在一起。这种方式就像一个天线阵列，其中来自多个天线的测量值被组合在一起以定位设备。另外，X-AR引入了一系列技术来处理由自然人体运动产生的定位伪影和约束，如自然头部倾斜和RFID反向散射辐射属性。
X-AR设计的最终组成是一种用于验证用户何时拿起了目标RFID标签物品的机制。这种验证对于避免成本高昂的错误非常重要，例如在电子商务仓库中拣货并将错误的订单运送给客户。人们可能会假设，一旦用户拿起RFID标记的目标项目，就可以通过将其定位到用户手中来简单地实现这种功能。在实践中，这样做十分具有挑战性。因为与上面的场景不同，用户的行走模拟了合成孔径，用户挑选物品停留在相对固定的位置。为了应对这一挑战，X-AR利用了RFID标签的移动性。具体而言，它执行反向SAR，以相对于所选项目的轨迹定位头显。
最终，团队以微软Hololens 2为基础实现了X-AR的端到端原型。在实验中，研究人员通过Unity对Hololens进行编程，以显示项目位置和RFID电子标签，引导用户找到目标项目，并显示验证结果。他们评估了X-AR在230次实验试验中的表现，而结果表明：X-AR在视距和非视距场景中准确定位RFID标记的物体，中值精度为9.8cm。即使是第90百分位精度都保持在45cm以内。相比之下，基于标准SAR的基线具有两倍以上的误差，24.8 cm的中值精度和99.1 cm的第90百分位精度。
如前所述，X-AR能够以超过95%的准确率验证用户持有的物体。戴上头显后，用户会看到一系列带有RFID标签的物品供其选择。一旦定位了物体，头显就会进行检查以确保其标签发送正确的RFID信号，从而确认您找到了正确的物体。
（图文来源于航空工业虚拟现实产业联盟 作者：Kyle Melnick，侵删）
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