利用无人机和WiFi的三维穿墙成像

加州大学圣巴巴拉分校(UCSB)Yasamin Mostofi教授实验室的研究者首次演示了利用寻常无线信号实现穿墙三维物体成像。该技术利用了两台无人机协力合作，有大量应用，包括紧急搜寻营救、考古发现以及结构检测。

UCSB电子和计算工程教授Mostofi说道：“我们提出的方法使得无人机(U□□)能仅利用WiFi信号建立穿墙三维细节图像。这一方法只使用了WiFi接收信号强度指示(RSSI)测量，无需任何关注区域的先验测量，也不需要对象移动来成像。”

该成果已经于今年4月发表在美国计算机协会/IEEE国际传感器网络信息处理会议上。

credit: 煎蛋画师Dealter

在该实验中，两个自动八旋翼无人机起飞并飞出一个封闭四边砖房，无人机完全不知道砖房内部情形。在飞行中，其中一个无人机不断发射WiFi信号，为进行三维成像，另一个无人机测量其接收功率。在经过一些提出的路径之后，无人机利用研究者研发的成像方法揭示墙后的区域，产生内部物体的三维高分辨率图像。所产生的三维图像与真实区域匹配得很好。

该项目的主导博士生Chitra R. Karanam说道：“高分辨率三维穿墙成像，比如砖墙或者混凝土墙，非常具有挑战性，也是所提出方法的主要出发点。”

这一进展是建立在Mostofi实验室先前的工作基础之上的，即探索利用类似于WiFi的日常无线电频率信号进行感知和成像。实验室在2010年发表了只利用WiFi成像的首个演示，随后又有其他相关工作。

Mostofi说道：“不过，由于未知量个数增加得太多，真实区域的三维穿墙成像也愈发具有挑战性。”他们先前的二维方法利用了前后工作的地面机器人，而三维实验的成功则是由于无人机能从不同角度接近该区域以及新提出的技术。

研究者实现三维穿墙成像的方法包含四个紧密集成的关键步骤。首先，他们提出能尽可能多的捕获三维空间变化的机器人路径，同时维持操作的效率。

然后，他们将三维未知区域建模为马尔可夫随机场(MRF)以捕捉空间依赖性，并利用基于图的置信传播方法根据周边立体像素的决策更新每个立体像素的成像值。

随后，为了近似传输波与关注区域的相互作用，研究者利用了一个线性波模型。

最后，他们利用WiFi测量信息的压缩性，仅利用4%的测量信息对区域进行成像。值得注意的是他们的实验设备是由现成的单元单独构成的，比如无人机，WiFi收发器和Tango平板电脑。

论文原文：DOI: http://dx.doi.org/10.1145/3055031.3055084

本文译自 phys，由 CliffBao 编辑发布。Sonia Fernandez