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试一试!无人机配上WiFi可透视建筑物进行3D构图

E安全6月26日讯,一组研究人员首次表示:搭载视频摄像的无人机可以利用WiFi对墙内物体进行三维构图。

在美国电气与电子工程师协会有关无线传感网络信息传输的国际会议上, 加州大学电子与计算机工程系教授Yasamin Mostofi以及一名博士生Chitra Karanam共同向计算机协会ACM提交了自己的研究成果。

Mostofi教授表示,他们采用的方法是利用无人机通过WiFi信号对墙内物体进行三维图像绘制。这种方法仅使用WiFi RSSI测量,不需要其他测量方式,也不需要对物体进行移动。

RSSI是指接收信号强度指示。实验使用了两台无人机,其中一台的无线电频率为2.4赫兹,墙体另一侧的无人机则用来测量信号强度。

研究人员使用的两个无人机型号均为3D Robotics RTF X8+ ,大小为40 x 40厘米 (15.7 x 15.7英寸),重量为3.5公斤(7.7磅)。

Mostofi教授解释称,接收到的无线信号会根据物体的阻挡而产生强弱之分,且受到未知技术的限制,3D成像比2D更难。“我们模拟了无线波模型并解出了描述WiFi信号传输的麦克斯韦方程,下一步则是用信号绘制图像。”

体素(体积元素volumepixel的简称

和二维图像的像素类似,体素是三维空间中显示基本点的单位。最后一步是用体素对墙内物体建模。

两架无人机相互平行,而且做锯齿状运动。他们悬停于10厘米厚的墙体之外,从每一个角度进行扫描,以获取最佳画质。

试一试!无人机配上WiFi可透视建筑物进行3D构图-E安全

但无人机不可能捕获每个细节,研究者们必须在建模过程中加入适当猜想使图像完整。

“每个体素都会根据临近体素的显示情况自行修正。例如,如果一个体素显示为空,那它旁边的体素则显示为满,接下去的体素或许会自行修正,总之是要具有空间相关性。”

Mostofi称置信度传播算法是做这种迭代更新的方式。从这一点来说,成像可能性大,且不易更改。这是我们的最终成像效果,它比原始成像图要精确很大。

试一试!无人机配上WiFi可透视建筑物进行3D构图-E安全

左:墙体遮挡了一个内部结构。中:一个准确的结构模型。右:使用WiFi信号做的模拟图

边边角角之类的清晰结构丢失了。但是无人机对物体长度的估测比较准确——1.48米的一堵墙,估测长度为1.5米。

这并非WiFi信号被第一次用于制图。MIT的一组研究人员曾使用WiFi信号来捕获墙后面的人体移动情况。但是这一次加州大学的实验是第一次使用无人机完成。

墙体环境是简单的,在无人机用于复杂的环境前还有许多问题有待解决,比如搜寻救援操作,结构化建模监测建筑物和桥梁,或是考古活动。

Mostofi教授表示其研究还有很大的改善空间。比如其他WiFi信号的干扰问题,成像质量问题等都需要在该技术投入实际使用前得到解决。

对于这项技术的应用场景,研究团队认为还是很广泛的,首先在军事领域可以用来探测敌人房屋的内部构造,进而帮助战斗人员制定出更好的作战方案。其次它也可以配备到消防和救援系统中,在搜救人员进入危险建筑物之前可以利用该系统来探测内部构造,然后再决定如何展开搜救。此外,该系统甚至还可以用来辅助考古,帮助考古学家更快更直观地了解墓室或是地形特征。

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