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，麻省理工學院新聞辦公室對外宣傳，該校研究團隊研發出了一款名為X-AR的增強現實頭顯。據悉，該頭顯的研發成本由美國國家科學基金基金會等部門支持，在HoloLens 2架構的基礎上結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用戶取出（例如包裝盒內部、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簽的物體。

根據相關研究人員表示，目前全球的供應鏈行業中，UHF RFID技術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。例如商超walmart、食品公司Kraft以及冷鏈供應公司Eskimo Cold Storage等。于是，該團隊在現有的射頻傳感技術中，選擇了UHF RFID（射頻識別）標簽來開始研發。

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

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

一旦團隊構建了有效的天線，研發團隊就開始了專注于使用它來定位帶有RFID標簽的物品。他們利用了一種稱為合成孔徑雷達（SAR）的技術，該技術類似于飛機對地面物體進行成像。當用戶在房間內移動時，X-AR頭顯則從不同的有利位置使用天線進行測量，然后將這些測量結果組合在一起。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備。另外，X-AR引入了一系列技術來處理由自然人體運動產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設計的最終組成是一種用于驗證用戶何時拿起了目標RFID標簽物品的機制。這種驗證對于避免成本高昂的錯誤非常重要，例如在電子商務倉庫中揀貨并將錯誤的訂單運送給客戶。人們可能會假設，一旦用戶拿起RFID標記的目標項目，就可以通過將其定位到用戶手中來簡單地實現這種功能。在實踐中，這樣做十分具有挑戰性。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。為了應對這一挑戰，X-AR利用了RFID標簽的移動性。具體而言，它執行反向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為基礎實現了X-AR的端到端原型。在實驗中，研究人員通過Unity對Hololens進行編程，以顯示項目位置和標簽，引導用戶找到目標項目，并顯示驗證結果。他們評估了X-AR在230次實驗試驗中的表現，而結果表明：X-AR在視距和非視距場景中準確定位RFID標記的物體，中值精度為9.8cm。即使是第90百分位精度都保持在45cm以內。相比之下，基于標準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標簽和用戶的手的移動，以自動驗證所拾取物體的準確度超過95%。

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

審核編輯 ：李倩