盤旋在空中的「透視眼」，僅需Wifi信號就能將房間結構摸得一清二楚

近日，美國加州大學聖芭芭拉分校(UCSB)Yasamin Mostofi教授所率領的實驗室人員，向我們展示了利用日常無線信號完成對物體的3D測繪的前沿科技。

UCSB電子及計算機工程專業教授Mostofi表示：

「我們研發出的新方法，賦予了無人飛行器通過連接wifi信號即可摹繪實體牆內3D結構的能力「這一方法僅需利用WiFi RSSI測繪，不需要在目標區域做任何準備工作來進行輔助，亦可對靜態物體完成摹繪而不像其他技術要求只能對移動物體才能發揮作用。」

在他們所進行的實驗中，兩架無人駕駛的八角無人機(octocopter)在起飛後，按計劃環繞由四面磚牆築成的方形小屋進行飛行。

當然，為了測試這一方法的準確度，房間內部構造的細節並沒有披露給無人機。

有趣的是，這兩架無人機並非均用來進行測繪工作，而是有著明確嚴格的分工。在飛行中，一架僚機專門負責源源不斷地傳遞穩定的WiFi信號，而主力機則利用這WiFI信號完成3D測繪工作。

實驗結果僅有3.84%的誤差

在完成幾條預期線路的飛行後，無人機應用由研發人員開發的全新方法完成了對牆後未知區域的測繪，並保質保量地帶來了高解析度3D透視圖像。

結果令人十分滿意，如上圖所示，誤差僅有區區3.84%。該項目中的博士生Chitra R.Karanam表示：

「製作透過諸如磚牆或是水泥牆等牆壁的3D圖像，其實充滿挑戰性，但也正是這個原因驅動我們完成了這個新方法的研發。」

其實Mostori教授帶領的同名實驗室Mostori Lab在之前就是無線電波感知及成像領域的先行者，幾乎試過每一種不同頻率的電波，自然也包括WiFi信號。

他們的實驗室早在2010年就發表了第一份僅使用WiFI信號進行成像的實驗演示論文，並且之後還有幾篇同一項目的跟進成果。而這一次將WiFi信號利用到無人機上進行測繪，也是利用了之前的多年優秀基礎及大量實驗數據。

「不過，這次的新方法依然堪稱是一個重大突破，由於未知量的劇增，穿牆3D測繪遠比之前的項目要有挑戰性得多」，Mostori教授補充到。

不同於通過串聯地面機器人而收穫成功的2D測繪方法，3D的成功不僅依賴於其實驗室獨創的新方法，其軍功章上也應有無人機可以從多角度發起對目標區域測繪能力的一半。

該方法的流程大體上可分為緊密結合在一起的關鍵四步。

其實，第一階段工作的重點並非像我們所想的調試攝像頭或者無人機的性能，而是為接下來要進行的飛行提前規劃路線。

正如上文所提到的，3D測繪的成功之處在於多視角的全面測繪。所以研發人員要儘可能多地規劃不同的飛行路線，以儘可能全面地捕捉到三維空間變化的細節；同時也應將線路的數量保持在合理的範圍，避免冗雜的路線以提升效率。

接下來，為了對在目標區域進行傳遞的波的互動進行近似，Mostori教授的團隊採用了一個線性波模型。

最後的收官步驟則是利用信息的可壓縮性，僅動用小於4%的WiFi測量量來摹繪目標區域的圖像。

值得稱道的是，整個流程下來，僅動用了無人機、WiFi收發器及Tango平板這種十分容易獲取的現成部件，無需再大費周章地去採購材料。

雖然我們現在尚不能獲得牆內活動物體的俯瞰圖，這一新方法為室內結構測繪等領域提供了充足的想像力。有了它的技術支持，下次我們倘若身處緊急狀況，無需破門而入即可掌握房間內的一舉一動。

Mostori教授團隊還認為，該技術還可以在結構監控亦或是考古工作的進行中大顯神威，如不破壞文物建築內部即可為工作人員提供第一手信息等優秀的實用功能。

在去年無人機送外賣，無人機撒農藥等略華而不實的浪潮消逝過後，Mostori教授的團隊為我們打開了無人機應用的新思路。相較於試圖直接代替人類工作的喧囂，返璞歸真地回歸技術，助力我們的生活或許才是現階段無人機發展壯大的契機與根本所在。

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