Applications et limites de l'imagerie WiFi

Les technologies de l'information, communément appelées TI, ont fait progresser de nombreux secteurs tels que l'automobile, le logement, les logiciels et la médecine. Les experts et les scientifiques des TI ont également étudié la faisabilité d'une puissante technologie d'imagerie connue sous le nom d'imagerie Wi-Fi.

La technologie de l'imagerie computationnelle a un vaste champ d'application dans la détection et l'identification d'objets. Les scientifiques ont mis au point de nombreuses techniques utilisant l'imagerie traditionnelle par micro-ondes, mais ils n'ont pas réussi à obtenir des résultats productifs.

C'est pourquoi ils ont fait évoluer la technologie et introduit l'imagerie Wi-Fi, que nous allons aborder dans cet article.

Qu'est-ce que l'imagerie sans fil ?

L'imagerie sans fil est une technologie qui permet de capturer et de transmettre des images via un réseau sans fil. Cela peut sembler simple, mais ça ne l'est pas.

L'imagerie sans fil est un vaste concept qui couvre de nombreux secteurs, notamment :

• Automobile
• Maison intelligente ou IdO
• Applications industrielles

Nous allons passer en revue les applications et les cas d'utilisation de l'imagerie WiFi, mais il faut d'abord comprendre ce qu'est cette technologie.

Introduction

Le Wi-Fi, ou technologie internet sans fil, a été introduit en 1997 lorsque les gens ont commencé à utiliser des appareils de mise en réseau modernes. Auparavant, les lignes téléphoniques et autres connexions câblées similaires étaient les sources de l'internet.

Comme cette technologie était ancienne, les utilisateurs n'ont jamais pu profiter davantage de l'internet par câble. Celui-ci était lent et sujet à des perturbations du réseau. Il n'était pas non plus fiable, car les données envoyées d'une source à une destination étaient une tâche risquée.

Au fil du temps, la Wi-Fi Association a mis au point des avancées dans le domaine de la technologie sans fil et a amélioré les appareils Wi-Fi, notamment les routeurs, les modems, les commutateurs et les amplificateurs.

Ces appareils respectent les normes IEEE WLAN qui fonctionnent avec tous les types de stations réseau. La norme WLAN la plus couramment utilisée dans nos connexions internet domestiques est la norme 802.11ax.

Nous savons tous à quel point la technologie Wi-Fi est devenue importante dans nos vies. Voici les utilisations les plus courantes du Wi-Fi :

• Communication
• Partage des données
• Jeux en ligne

Alors que le Wi-Fi s'étendait à la quasi-totalité des espaces résidentiels, les scientifiques ont découvert qu'il pouvait également être utilisé pour d'autres applications, notamment pour faire progresser le processus d'imagerie par micro-ondes à l'aide de signaux Wi-Fi.

Avant de poursuivre, il convient de comprendre quelques termes techniques utilisés dans cet article.

Domaine des fréquences spatiales

Le domaine spatial fait référence à l'image statique d'un objet, tandis que le domaine fréquentiel analyse l'image avec ses pixels en mouvement. Cela signifie que les récepteurs d'imagerie Wi-Fi capturent les informations de l'image dans le domaine spatial fréquentiel.

Radar passif bistatique WiFi

Un radar bistatique est un dispositif utilisé pour mesurer la portée d'un système radar doté d'émetteurs et de récepteurs WiFi séparés. Dans le système de radar WiFi bistatique passif, les récepteurs mesurent la différence de temps entre l'arrivée d'un signal provenant des émetteurs.

Ces récepteurs sont également chargés de calculer l'heure des signaux WiFi transmis et réfléchis par la cible réelle.

Système d'imagerie par micro-ondes ou système d'imagerie par WiFi

L'imagerie par micro-ondes est une technologie plus ancienne que l'imagerie par WiFi. La principale raison pour laquelle les scientifiques ont opté pour cette nouvelle technologie est que l'imagerie par micro-ondes consomme plus de temps de traitement.

Cette technique d'imagerie présente un balayage mécanique et électrique du faisceau, qui donne de bons résultats, mais le temps d'acquisition des données dans les deux techniques est un inconvénient qui retarde le traitement des images dans l'imagerie à fréquence spatiale.

L'imagerie par micro-ondes s'est avérée une option préférable pour la détection et l'identification d'objets. Là encore, les échantillons scannés ont été traités à l'aide d'une technologie de pointe. Mais une fois encore, la limitation du temps nécessaire pour balayer un faisceau sur un champ a été le principal problème.

Les scientifiques ont également utilisé la même technologie pour la détection d'objets, mais ils n'ont pas pu progresser parce que les dispositifs ne pouvaient pas capter les faibles rayonnements électromagnétiques générés thermiquement par les personnes.

Ils nécessitaient un investissement important pour l'achat d'un récepteur moderne et d'un équipement de traitement des signaux ayant une sensibilité élevée et une largeur de bande plus large.

Système d'imagerie WiFi

La mise à niveau technologique a commencé par l'utilisation du Wi-Fi, mais nous savons tous que le Wi-Fi est omniprésent, ce qui signifie qu'il est disponible dans tous les lieux.

Que vous soyez à la maison, au bureau, au restaurant, à la gare ou au stade, vos appareils équipés du Wi-Fi reçoivent des signaux sans fil. C'est la raison pour laquelle les scientifiques ont capitalisé sur le Wi-Fi et amélioré l'imagerie par micro-ondes.

Les scientifiques ont également utilisé le Wi-Fi pour détecter et classer les humains à travers les murs. Les ondes radio pouvant facilement pénétrer à travers les rideaux, les tissus et les murs, le Wi-Fi est un outil puissant pour l'imagerie d'objets complexes.

Le traitement des signaux est également plus productif dans les radiations Wi-Fi en raison de leur opacité aux longueurs d'onde optiques et infrarouges.

Des émetteurs WiFi indépendants illuminant ces signaux sont responsables du lancement du processus tandis que le récepteur capture les informations de l'image dans le domaine de l'échantillonnage et de la fréquence spatiale.

Le nouveau système d'imagerie Wi-Fi utilise des techniques de radar passif sur les rayonnements de tiers. Le radar passif utilise ces rayonnements pour :

• Détection
• Suivi

Une autre différence entre l'imagerie par micro-ondes et l'imagerie WiFi est que la première utilise des réseaux d'antennes éparses pour traiter les images. Malheureusement, cela ne permet de mesurer que les très faibles radiations EM générées par la chaleur.

D'autre part, la technologie améliorée utilise des signaux Wi-Fi qui fonctionnent sur des récepteurs normaux à une fréquence de 25 MHz et un temps d'intégration de 10 microsecondes. La fréquence et le temps d'intégration sont améliorés en utilisant les signaux Wi-Fi pour l'imagerie computationnelle.

La méthode proposée dans la version améliorée du système d'imagerie par micro-ondes peut donc fonctionner avec un équipement peu coûteux et donner de meilleurs résultats. Il n'est pas nécessaire d'investir dans des récepteurs à large bande passante pour utiliser un réseau clairsemé.

Les récepteurs existants peuvent utiliser les signaux Wi-Fi car ils sont disponibles presque partout. En outre, seules les composantes corrélées du signal restent dans le temps alloué. Par conséquent, ces signaux peuvent stimuler l'imagerie informatique à des fins de détection et de communication.

Pourquoi l'imagerie Wi-Fi est-elle une meilleure approche ?

L'imagerie utilisant des signaux Wi-Fi est meilleure que les technologies précédentes pour diverses raisons. Par exemple, l'imagerie utilisant le traitement des signaux Wi-Fi consiste en un facteur de préservation de la vie privée.

De plus, il n'est pas nécessaire de dépenser des milliers d'euros pour acheter des récepteurs haut de gamme. Les mesures de la puissance du WiFi suffisent à analyser la détection et la classification des objets pour que l'imagerie soit réussie.

Bien qu'il existe du matériel spécialisé pour l'imagerie, il nécessite d'autres ajouts qui augmentent considérablement le coût du projet.

En utilisant les informations de fréquence spatiale échantillonnées, les résultats ont montré la localisation d'objets humains et métalliques, ce qui a prouvé le taux de réussite de l'imagerie Wi-Fi avec la précision médiane suivante :

• 26 cm pour les sujets humains statiques
• 15 cm pour les objets métalliques statiques

Limites de l'imagerie Wi-Fi

Il ne fait aucun doute que l'imagerie par micro-ondes utilisant des signaux Wi-Fi est une technologie puissante pour localiser des personnes et d'autres objets. Vous pouvez facilement localiser la position d'un ensemble particulier de personnes et d'objets. Cependant, la mise en œuvre de l'imagerie Wi-Fi présente certaines limites.

Discutons-en.

Taille de l'objet

La technologie d'imagerie Wi-Fi proposée s'appuie sur la taille de l'objet. Le système d'imagerie localise les objets de grande taille, par exemple :

• Canapé
• Tableaux
• Grandes fenêtres

Qu'ils utilisent la technologie 2D ou 3D, les algorithmes de traitement d'images identifient facilement les objets de grande taille sans perdre beaucoup de temps.

Lorsque vous préparez un système pour le traitement d'images, vous devez d'abord lui permettre d'apprendre les objets en tant qu'échantillons. Ce processus s'appelle l'apprentissage automatique, l'un des domaines les plus courants de l'intelligence artificielle (IA).

L'apprentissage automatique est l'étape fondamentale de tout type d'imagerie. Pour construire une technologie sans alimenter votre système avant l'imagerie, vous devez acheter un équipement d'IA puissant qui analyse l'objet comme des humains. Mais dépenser trop d'argent juste pour la commodité n'est pas sage car l'apprentissage automatique est facile à mettre en œuvre.

Vous devez donc alimenter votre système avec des échantillons d'objets afin que la capture des signaux WiFi transmis puisse donner de meilleurs résultats que les récepteurs utilisés dans la détection radar traditionnelle et l'imagerie par micro-ondes.

Matériau

Le matériau de l'objet a également son importance lorsque l'on utilise l'imagerie Wi-Fi pour la détection et la localisation. Par exemple, le système proposé donne des résultats prometteurs si l'objet présente des surfaces réfléchissantes.

Par exemple, les surfaces métalliques se sont toujours révélées être de meilleurs objets, même pour les fréquences optiques ou infrarouges.

Le même principe s'applique ici : un objet de grande taille ayant une surface réfléchissante est plus facile à imager que de petits objets métalliques. Pourquoi ?

Bien qu'un objet brillant réfléchisse de bons signaux WiFi, sa petite taille fait que la section transversale est encombrée par le rayonnement entrant, ce qui fait que les multiples signaux WiFi transmis ne peuvent pas imaginer correctement cet objet.

Un autre problème lié à la dimension de l'objet est que lorsque la taille devient proportionnelle à la longueur d'onde des signaux WiFi, l'interaction entre les deux entités se réduit.

Comment résoudre le problème de la limite entre dimension et fréquence ?

Un système d'imagerie Wi-Fi nécessite une différence significative entre la taille de l'objet et la longueur d'onde des signaux WiFi présents. Si la taille de l'objet est grande, la longueur d'onde des signaux WiFi doit être plus petite et vice versa.

Pour réduire la longueur d'onde des signaux WiFi, il faut émettre à une fréquence plus élevée, c'est-à-dire 5 GHz. Cependant, il n'y a pas encore de résultats concrets montrant que les signaux WiFi à basse fréquence dans les systèmes d'imagerie interférométriques passifs fonctionnent avec des objets de petite taille.

Cela est dû à la plus petite section transversale, qui ne permet pas aux composantes du signal corrélé de rester intactes à travers l'imagerie murale.

Voici quelques-uns des petits objets qui ont été échantillonnés au cours d'expériences multiples :

• Pièce de monnaie
• Clés
• Goupille de sécurité

Outre l'utilisation d'équipements différents, la modification de la gamme de fréquences pour la détection d'objets à plus faible résolution spatiale est à l'étude.

Résolution de l'image

La résolution de l'image est une caractéristique essentielle de la technologie proposée et dépend des deux facteurs suivants :

• Longueur d'onde du signal Wi-Fi
• Longueur du réseau d'antennes

Il est possible d'augmenter la résolution d'imagerie en maintenant la longueur d'onde du signal constante et en augmentant la longueur du réseau d'antennes.

Au cours de l'expérience, les scientifiques ont tenté d'améliorer la résolution de l'image en augmentant la fréquence à 5 GHz, ce qui réduit la longueur d'onde, mais ils n'ont pas modifié la longueur d'onde de traitement du signal ni la longueur du réseau d'antennes.

Par conséquent, les scientifiques n'ont pas observé d'amélioration de la résolution d'imagerie. Une autre découverte importante est que le nombre d'antennes n'a pas d'importance dans le processus d'imagerie.

Si vous placez l'antenne dans la bonne position, vous pouvez obtenir des résultats productifs avec seulement une paire d'antennes. Pourquoi ?

Les réseaux d'antennes captent les radiations de l'objet observé. L'utilisation de plusieurs emplacements d'antennes augmente sans aucun doute la probabilité d'une résolution d'image optimale, mais il s'agit d'une question de technologie rentable.

En outre, les entreprises fabriquent également des antennes bon marché pour la technologie d'imagerie Wi-Fi afin d'en accroître la portée et l'efficacité.

Vous pouvez donc imaginer l'objet avec seulement des mesures de puissance WiFi si vous gardez la longueur du réseau d'antennes constante. La modification de la gamme de fréquences entrantes peut également affecter la résolution de l'imagerie.

Orientation objet

L'orientation de l'objet est une autre contrainte de la technologie proposée. Le système d'imagerie WiFi exige que l'objet se trouve dans le schéma du rayonnement transmis. Vous savez déjà que les ondes EM créent un champ et se déplacent selon un rythme. Ce champ devient une tendance pour les ondes suivantes.

Si vous placez un objet dans ce champ alors que son orientation se trouve en position de déviation, vous n'obtiendrez pas de bons résultats. Il est donc important de maintenir l'orientation de l'objet à l'intérieur du modèle de rayonnement transmis.

En outre, vous pouvez résoudre ce problème de la manière suivante :

• Définir l'emplacement des antennes de manière optimisée.
• Choisissez les antennes qui ont les meilleurs diagrammes de rayonnement.

Il est important de connaître les axes horizontal et vertical du motif pour obtenir un résultat utile dans les deux dimensions de la fréquence spatiale.

Applications de l'imagerie Wi-Fi

Plusieurs applications de l'imagerie Wi-Fi sont utilisées à des fins commerciales et industrielles, par exemple.

Suivi des stocks

Les centres commerciaux utilisent des chariots équipés de capteurs radar pour la gestion des stocks. Ces chariots contrôlés par radar n'ont pas besoin d'étiquette de capteur car chaque chariot fonctionne avec un identifiant spécial.

La base de données regroupe les chariots en plusieurs équipes, puis le superviseur attribue une tâche à chaque équipe.

Ces chariots permettent de gérer efficacement les stocks des entrepôts. En outre, les clients peuvent également se procurer ces chariots dans les locaux du magasin et profiter d'un système d'achat sans numéraire.

Maisons intelligentes

La technologie d'imagerie Wi-Fi effectue une détection radar traditionnelle pour identifier les objets de grande taille, y compris.. :

• Portes
• Fenêtres
• Réfrigérateur

Vous pouvez déployer des antennes et les capteurs nécessaires pour contrôler les objets volumineux de votre maison. Par exemple, les fréquences spatiales mesurées par le réseau d'antennes peuvent vérifier les signaux de communication existants et vous informer de l'état de l'objet.

En outre, vous pouvez programmer l'ensemble du système en utilisant la cohérence mutuelle spatiale moyenne et les directions horizontales et verticales pour contrôler le mouvement de l'objet à l'aide du traitement des signaux Wi-Fi.

La principale contrainte de cette application est de disposer d'un réseau stable car les systèmes d'imagerie passive ont besoin de signaux WiFi pour analyser les dimensions de l'objet.

FAQ

Qu'est-ce qu'un Doppler WiFi ?

Le Doppler WiFi est une technologie de détection qui utilise un seul appareil WiFi pour détecter la position et le mouvement d'un objet. Vous n'avez pas besoin de plusieurs appareils WiFi pour obtenir des résultats avec le Doppler WiFi.

Le WiFi peut-il voir à travers les murs ?

Oui, vous pouvez utiliser les signaux Wi-Fi pour voir à travers les murs.

Comment faire pénétrer le WiFi dans un mur ?

1. Boostez le WiFi interne en utilisant des amplificateurs de portée Wi-Fi.
2. Déployer un réseau maillé.

Comment les multiples signaux WiFi sont-ils transmis les uns à travers les autres ?

Les signaux WiFi se croisent généralement si les routeurs fonctionnent sur le même canal.

Les signaux WiFi peuvent-ils produire des résultats grâce à l'imagerie murale ?

Oui, car le WiFi utilise des ondes radio qui peuvent traverser les murs.

Conclusion

L'imagerie Wi-Fi est de plus en plus répandue dans le domaine du traitement d'images en raison de sa disponibilité dans presque tous les espaces résidentiels, commerciaux et industriels. Par conséquent, l'utilisation de l'imagerie Wi-Fi pour détecter l'emplacement et le mouvement d'un objet sera la prochaine grande technologie au service de l'homme.