让你看到隐形的东西：麻省理工X光AR头显创新物流、工业管理

VRAR星球

近日美国媒体报道，麻省理工学院的研究团队研发出一种名为X-AR的增强现实头显，能使佩戴者看到隐藏的物体，可用于找出电子商务订单上的物品，或识别用于组装产品的零件。

以不可能的方式看世界

这款得到美国国家科学基金会等部门资金支持的增强现实头显，基于 HoloLens 2，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——它们可能在盒子里，或是在货堆下面，然后引导用户取出。

该头显利用射频（RF）信号，可以穿过常见的材料——如纸板箱、塑料容器或木制分隔器，找到贴上射频识别（RFID）标签的隐藏物品。射频识别标签可以反映射频天线发送的信号，它便宜且无需电池，已经被广泛应用于服装零售和仓库等众多场景。

当佩戴头显穿过房间时，头显会引导佩戴者朝向物品所在的位置，在增强现实（AR）界面中显示为一个透明视窗。一旦物品在用户手中，X-AR头显就会验证是否拿取了正确的物品。

X-AR头显可以帮助电子商务仓库的工作人员在杂乱的货架上，快速准确地识别出订单上的物品并将其找到，不管它们是藏在箱子里，还是在同一个箱子里的许多相似物品当中。该头显也可用于智慧制造领域，指导用户组装产品，让装配流程可视化，标出工具并标明零部件，既提高效率，又减少错误率。

麻省理工学院电气工程和计算机科学系副教授、媒体实验室信号动力学小组主任Fadel Adib是研究团队成员，他说：“我们这个项目的整个目标是建立一个增强现实系统，让你看到隐形的东西——盒子里的或角落里的东西。该系统可以引导你走向它们，真正让你用以前不可能的方式看到现实世界。”

巨大的挑战：轻型天线

要想制造一种具有X射线视觉的增强现实头显，首先必须为头显配备一个可以与射频识别标签物品通信的天线。大多数射频识别定位系统使用多个相距数米远的天线，而头显则需要一个有足够高带宽的并可以与标签通信的轻型天线。

设计一个可以安装在头显上、又不覆盖摄像头或妨碍操作的天线，是一个巨大的挑战。该团队采用了一种简单、轻便的环形天线，并通过缩小天线和增加间隙提高带宽。由于天线通常在户外工作，研究人员对其进行了优化，以便在连接到头显时能够准确发送和接收信号。

SAR：隐藏物品定位

在完成了一个有效天线后，研究团队开始专注于研究使用它来定位带有射频识别标签的物品。他们利用了一种被称为合成孔径雷达（SAR）的技术。这种技术类似于飞机对地面物体的成像。当用户在房间内移动时，X-AR头显用天线从不同的有利位置进行测量，然后将这些测量结果组合起来。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以用于定位。

X-AR系统利用头显自动跟踪功能的视觉数据来构建环境地图，并确定其在该环境中的位置。当用户行走时，系统计算每个位置的射频识别标签的概率。概率越高，标签位置就越准确，系统通过使用这些信息来锁定隐藏的对象。

研究项目合作者密歇根大学助理教授Dodds说：“这是一个挑战，但我们在实验中发现，它实际上可以很好地适应人类的自然运动。因为人类经常走动，所以它可以让我们从许多不同的位置进行测量，并准确地定位一个物体。”。

一旦X-AR定位了物品，用户拿起它，头显需要验证用户是否抓住了正确的物体。但现在用户站着不动，头显天线也不动，因此无法使用SAR定位标签。然而，当用户拿起物品时，射频识别标签会随之移动。X-AR可以测量射频识别标签的运动，并利用头显的手部跟踪功能来定位用户手中的物品。然后它检查标签是否发送了正确的射频信号，以验证它是否是正确的对象。

头显的全息可视化功能，以简单的方式为用户显示信息。用户戴上头显，便可使用菜单从标记项目的数据库中选择对象。物体被定位后，会被一个透明的视窗包围，这样用户就可以看到它在房间里的位置。随后，设备以地板上足迹的形式将轨迹投射到该物品，轨迹可以随着用户行走而更新动态。

“我们抽象出所有技术方面，以便为用户提供无缝、清晰的体验，如果有人将其放在仓库环境或智能家居中，这一点尤为重要，”一位研究者说。

AR头显的未来蓝图

为了测试 X-AR头显，研究人员创建了一个模拟仓库，在货架上放满纸板箱和塑料箱，并将贴有射频识别标签的物品放入其中。他们发现 X-AR将用户引导至目标物品时的误差小于 10 厘米，还发现X-AR 验证用户拿起正确物品的准确率为96%。

该系统不需要直观地看到物品，就可以验证是否选择正确。如果你有 10 部不同的手机，包装相似，你可能无法分辨它们之间的区别，然而X-AR 可以引导你选择正确的手机。

在证明了 X-AR 的成功后，研究人员计划探索如何使用不同的传感模式，如 WiFi、毫米波技术或太赫兹波等，来增强可视化和交互能力。还可以增强天线，使其范围超过 3 米，并扩展系统以供多个头显使用。

“因为今天没有这样的东西，我们必须弄清楚如何从头到尾构建一种全新的系统，”Adib说：“实际上，我们提出的是一个框架，里面有很多技术贡献，但它也是未来如何设计具有 X 射线视觉的 AR 头显的蓝图。”

前所未有的应用场景

微软行业研究总裁Ranveer Chandra 指出：“这个项目让AR 系统能在非视线场景中工作，迈出了走向未来AR系统的重要一步。它使用了一种非常巧妙的技术，利用射频传感来增强现有 AR 系统的计算机视觉能力。这可以将 AR 系统的应用推向前所未有的场景，例如零售业、制造业或新的技术应用。”

近年来，有识之士不断呼吁，元宇宙既要开发硬件，更要发展内容。没有好的丰富的内容，再好的硬件也不过是一堆烧钱的废物。麻省理工学院X-AR增强现实头显，将元宇宙引入物流管理和工业管理，极大提高了工作效率，不仅为元宇宙世界增添了新的技术，而且贡献了新的内容，开辟了更广阔的道路。

我们期待更多科技工作者、科技部门和企业，为元宇宙创造出更多更精彩的创新技术和应用内容。

文/维克多