Aplicații & Limitele imagisticii WiFi

Tehnologia informației, cunoscută sub numele de IT, a făcut să avanseze multe industrii, cum ar fi cea auto, a locuințelor, a software-ului și a medicinei. Experții IT și oamenii de știință au explorat, de asemenea, fezabilitatea unei tehnologii imagistice puternice, cunoscută sub numele de imagistică Wi-Fi.

Tehnologia de imagistică computațională are un domeniu de aplicare vast în domeniul detectării și identificării obiectelor. Oamenii de știință au conceput multe tehnici folosind imagistica tradițională cu microunde. Cu toate acestea, nu au putut obține rezultate productive.

De aceea, au avansat tehnologia și au introdus imagistica Wi-Fi, despre care vom vorbi în acest articol.

Ce este imagistica wireless?

Imagistica fără fir este o tehnologie care captează și transmite imagini printr-o rețea fără fir. Poate părea simplu, dar nu este.

Imagistica fără fir este un concept larg care acoperă mai multe industrii, inclusiv:

• Automobile
• Casa inteligentă sau IoT
• Aplicații industriale

Vom trece în revistă aplicațiile și cazurile de utilizare a imagisticii WiFi. Dar mai întâi, să înțelegem ce este această tehnologie.

Introducere

Wi-Fi, sau tehnologia internetului fără fir, a fost introdusă în 1997, când oamenii au început să folosească dispozitive moderne de conectare în rețea. Înainte de aceasta, liniile telefonice și alte conexiuni prin cablu similare erau sursele internetului.

Deoarece tehnologia era veche, utilizatorii nu au obținut niciodată mai mult de la internetul prin cablu. Era lent și plin de întreruperi de rețea. De asemenea, nu era fiabil, deoarece datele trimise de la o sursă la o destinație erau riscante.

Cu timpul, Asociația Wi-Fi a venit cu progrese în tehnologia wireless și a îmbunătățit dispozitivele Wi-Fi, inclusiv routerul, modemurile, switch-urile și boosterele.

Aceste dispozitive respectă standardele IEEE WLAN care funcționează cu toate tipurile de stații de rețea. Cel mai frecvent standard WLAN utilizat în conexiunile noastre de internet de acasă este 802.11ax.

Știm cu toții cât de importantă a devenit tehnologia Wi-Fi în viața noastră. În cele ce urmează sunt utilizările comune ale Wi-Fi:

• Comunicare
• Schimbul de date
• Jocuri de noroc online

Pe măsură ce Wi-Fi și-a extins domeniul de aplicare în aproape toate spațiile rezidențiale, oamenii de știință au descoperit că Wi-Fi poate fi folosit și pentru alte aplicații. Una dintre descoperirile pe care le-au făcut a fost avansarea procesului de imagistică cu microunde folosind semnale Wi-Fi.

Înainte de a trece mai departe, să înțelegem câțiva termeni tehnici utilizați în acest articol.

Domeniul spațial de frecvență

Domeniul spațial se referă la imaginea statică a oricărui obiect, în timp ce domeniul de frecvență analizează imaginea cu pixelii săi în mișcare, ceea ce înseamnă că receptoarele din imagistica Wi-Fi captează informațiile din imagine în domeniul spațial de frecvență.

Radar WiFi bistatic pasiv bistatic

Un radar bistatic este un dispozitiv utilizat pentru a măsura raza de acțiune a unui sistem radar care are emițătoare și receptoare WiFi separate. În sistemul radar WiFi bistatic pasiv, receptoarele măsoară diferența de timp în care un semnal sosește de la emițătoare.

Aceste receptoare sunt, de asemenea, responsabile pentru calcularea timpului semnalelor WiFi transmise și reflectate de ținta reală.

Sistemul de imagistică cu microunde vs. sistemul de imagistică WiFi

Imagistica cu microunde este o tehnologie mai veche decât cea WiFi. Principalul motiv pentru care oamenii de știință au optat pentru modernizarea tehnologiei este că imagistica cu microunde consumă mai mult timp de procesare.

Această tehnică de imagistică a prezentat o scanare mecanică și electrică a fasciculului, care a arătat rezultate bune. Cu toate acestea, timpul de achiziție a datelor în ambele tehnici a fost un dezavantaj care a întârziat procesarea imaginilor în imagistica de frecvență spațială.

Imagistica cu microunde a fost o opțiune preferabilă pentru detectarea și identificarea obiectelor. Din nou, probele scanate au fost procesate cu ajutorul tehnologiei de ultimă generație. Dar, din nou, limitarea timpului de scanare a unui fascicul pe un câmp a fost principala problemă.

Oamenii de știință au folosit aceeași tehnologie și pentru detectarea obiectelor, dar nu au putut progresa deoarece dispozitivele nu puteau capta radiațiile electromagnetice generate termic de oameni.

Acestea necesitau o investiție mare pentru a cumpăra un receptor modern și un echipament de procesare a semnalelor cu sensibilitate ridicată și o lățime de bandă mai mare.

Sistem de imagistică WiFi

Modernizarea tehnologiei a început cu utilizarea Wi-Fi. Dar, desigur, știm cu toții că Wi-Fi este omniprezent, ceea ce înseamnă că este disponibil în orice locație.

Fie că vă aflați acasă, la birou, la restaurant, în gară sau pe stadion, dispozitivele dumneavoastră cu Wi-Fi primesc semnale wireless. Acesta este motivul pentru care oamenii de știință au valorificat Wi-Fi și au îmbunătățit imagistica cu microunde.

Oamenii de știință au folosit, de asemenea, Wi-Fi pentru a detecta și a clasifica oamenii prin imagistica pereților. Deoarece undele radio pot pătrunde cu ușurință prin perdele, țesături și pereți, Wi-Fi este un instrument puternic pentru a obține imagini ale obiectelor complexe.

De asemenea, procesarea semnalelor este mai productivă în cazul radiațiilor Wi-Fi din cauza opacității acestora la lungimile de undă optice și infraroșii.

Prin urmare, noua tehnică utilizează imagistica tradițională cu microunde folosind semnale Wi-Fi. Transmițătorii WiFi independenți care iluminează aceste semnale sunt responsabili pentru inițierea procesului, în timp ce receptorul captează informațiile imaginii în eșantionarea și domeniul frecvenței spațiale.

Noul sistem de imagistică Wi-Fi utilizează tehnici de radar pasiv pe radiații de la terți. Radarul pasiv utilizează aceste radiații pentru:

• Detecție
• Urmărire

O altă diferență între imagistica prin microunde și cea prin WiFi este că prima utilizează rețele de antene rare pentru a procesa imaginile. Din păcate, aceasta măsoară doar radiațiile EM generate termic foarte scăzute.

Pe de altă parte, tehnologia îmbunătățită utilizează semnale Wi-Fi care funcționează pe receptoare normale la o frecvență de 25 MHz și un timp de integrare de 10 microsecunde. Frecvența și timpul de integrare sunt îmbunătățite prin utilizarea semnalelor Wi-Fi pentru imagistica computațională.

Prin urmare, metoda propusă în versiunea actualizată a sistemului de imagistică cu microunde poate funcționa pe echipamente cu costuri reduse și poate da rezultate mai bune. Nu este nevoie să se investească în receptoare cu lățime de bandă mare pentru a utiliza o matrice rară.

Receptoarele existente pot utiliza semnalele Wi-Fi, deoarece acestea sunt disponibile aproape peste tot. De asemenea, numai componentele de semnal corelate rămân în timpul alocat. Prin urmare, aceste semnale pot stimula imagistica computațională în scopuri de detectare și comunicare.

De ce este Wi-Fi Imaging o abordare mai bună?

Imagistica care utilizează semnale Wi-Fi este mai bună decât tehnologiile anterioare din diverse motive. De exemplu, imagistica care utilizează procesarea semnalelor Wi-Fi constă în păstrarea confidențialității.

De asemenea, nu trebuie să cheltuiți mii de dolari pentru a cumpăra receptoare de înaltă calitate. Măsurătorile de putere WiFi sunt suficiente pentru a analiza detectarea și clasificarea obiectelor pentru ca imagistica să fie un succes.

Deși există hardware specializat pentru imagistică, acesta necesită alte componente suplimentare care cresc semnificativ costul proiectului.

Utilizând informațiile eșantionate de frecvență spațială, rezultatele au arătat localizarea oamenilor și a obiectelor metalice, ceea ce a demonstrat rata de succes a imagisticii Wi-Fi cu următoarea precizie mediană:

• 26 cm pentru subiecții umani statici
• 15 cm pentru obiecte metalice statice

Limitările imagisticii Wi-Fi

Fără îndoială, imagistica cu microunde care utilizează semnale Wi-Fi este o tehnologie puternică pentru localizarea oamenilor și a altor obiecte. Puteți localiza cu ușurință poziția unui anumit set de oameni și obiecte. Cu toate acestea, există unele limitări în modul de implementare a imagisticii Wi-Fi.

Să le discutăm.

Dimensiunea obiectului

Tehnologia de imagistică Wi-Fi propusă se bazează pe dimensiunea obiectului. Sistemul de imagistică localizează obiectele de dimensiuni mari. De exemplu:

• Canapea
• Tabele
• Ferestre mari

Fără îndoială, obiectele de mari dimensiuni sunt ușor de detectat și localizat datorită dimensiunilor lor clare pentru analiză. Fie că se utilizează tehnologia 2D sau 3D, algoritmii de procesare a imaginilor identifică cu ușurință obiectele de mari dimensiuni fără a pierde mult timp.

Atunci când pregătiți un sistem pentru procesarea imaginilor, trebuie mai întâi să-l lăsați să învețe obiectele ca mostre. Acest proces se numește învățare automată, unul dintre cele mai comune domenii ale inteligenței artificiale (AI).

Învățarea automată este pasul fundamental al oricărui tip de imagistică. Pentru a construi o tehnologie fără a alimenta sistemul înainte de imagistică, trebuie să cumpărați un echipament puternic de inteligență artificială care analizează obiectul ca oamenii. Dar a cheltui prea mulți bani doar pentru comoditate nu este înțelept, deoarece învățarea automată este ușor de implementat.

Prin urmare, trebuie să vă alimentați sistemul cu eșantioane de obiecte, astfel încât captarea semnalelor WiFi transmise să producă rezultate mai bune decât receptoarele utilizate în detectarea radar tradițională și în imagistica cu microunde.

Material

Materialul obiectului contează, de asemenea, atunci când se utilizează imagistica Wi-Fi pentru detectare și localizare. De exemplu, sistemul propus oferă rezultate promițătoare dacă obiectul are suprafețe reflectorizante.

De exemplu, suprafețele metalice s-au dovedit întotdeauna a fi obiecte mai bune, chiar și pentru frecvențele optice sau infraroșii.

Același principiu se aplică și în acest caz: un obiect de dimensiuni mari cu o suprafață reflectorizantă este mai ușor de imaginat decât obiectele metalice mici. De ce?

Deși un obiect strălucitor reflectă bine semnalele WiFi, dimensiunile sale mici fac ca suprafața secțiunii transversale să fie congestionată pentru radiațiile primite. Prin urmare, multiplele semnale WiFi transmise nu pot imagina în mod corespunzător acel obiect.

O altă problemă legată de dimensiunea obiectului este aceea că, atunci când dimensiunea devine proporțională cu lungimea de undă a semnalelor WiFi, interacțiunea dintre cele două entități se reduce.

Cum se rezolvă limitarea dimensiune-frecvență?

Un sistem de imagistică Wi-Fi necesită o diferență semnificativă între dimensiunea obiectului și lungimea de undă a semnalelor WiFi prezente. Dacă dimensiunea obiectului este mare, lungimea de undă a semnalelor WiFi trebuie să fie mai mică și invers.

Trebuie să transmiteți o frecvență mai mare, adică 5 GHz, pentru a reduce lungimea de undă a semnalelor WiFi. Cu toate acestea, nu există încă niciun rezultat concret care să demonstreze că semnalele WiFi de frecvență joasă în sistemele de imagistică interferometrică pasivă funcționează cu obiecte mai mici.

Acest lucru se datorează suprafeței mai mici a secțiunii transversale, care nu permite componentelor semnalului corelat să rămână intacte prin imagistica de perete.

Unele dintre obiectele mai mici care au fost eșantionate în timpul experimentelor multiple au fost:

• Moneda
• Chei
• Ac de siguranță

În afară de utilizarea unor echipamente diferite, se urmărește modificarea gamei de frecvențe pentru detectarea obiectelor cu rezoluție spațială mai mică.

Rezoluția imaginii

Rezoluția imaginii este o caracteristică esențială a tehnologiei propuse. În plus, aceasta depinde de următorii doi factori:

• Lungimea de undă a semnalului Wi-Fi
• Lungimea rețelei de antene

Puteți mări rezoluția imaginii menținând constantă lungimea de undă a semnalului și mărind lungimea rețelei de antene.

În timpul experimentului, oamenii de știință au încercat să îmbunătățească rezoluția imaginii prin creșterea frecvenței la 5 GHz, ceea ce reduce lungimea de undă. Apoi, nu au modificat lungimea de undă de procesare a semnalului și lungimea rețelei de antene.

Ca urmare, oamenii de știință nu au observat nicio îmbunătățire a rezoluției imaginii. O altă descoperire cheie a fost că numărul de antene nu a contat în procesul de imagistică.

Dacă plasați antena în poziția corectă, puteți obține rezultate productive cu doar o pereche de antene. De ce?

Rețelele de antene captează radiațiile provenite de la obiectul observat. Utilizarea mai multor locații de antene crește fără îndoială probabilitatea unei rezoluții optime a imaginii, dar este o chestiune de tehnologie eficientă din punct de vedere al costurilor.

În plus, companiile produc și antene cu costuri reduse pentru tehnologia de imagistică Wi-Fi, pentru a-i spori domeniul de aplicare și eficiența.

Astfel, vă puteți imagina obiectul doar cu măsurători de putere WiFi, dacă mențineți constantă lungimea rețelei de antene. Schimbarea gamei de frecvențe de intrare ar putea afecta, de asemenea, rezoluția imaginii.

Orientarea obiectelor

Orientarea obiectului este o altă constrângere în tehnologia propusă. Sistemul de imagistică WiFi necesită ca obiectul să se afle în tiparul radiației transmise. Știți deja că undele EM creează un câmp și se deplasează în ritm. Acest câmp devine o tendință pentru următoarele unde.

Dacă plasați un obiect în acest câmp cu orientarea sa în poziție de deviere, nu veți obține rezultate reale. Prin urmare, este important să păstrați orientarea obiectului în cadrul modelului de radiație transmisă.

În plus, puteți aborda această problemă în următoarele moduri:

• Stabiliți locația antenelor într-un mod optimizat.
• Alegeți antenele care au modele de radiație mai bune.

Este important să cunoașteți axele orizontală și verticală ale modelului pentru a obține un rezultat util în cele două dimensiuni de frecvență spațială.

Aplicații ale imagisticii Wi-Fi

Mai multe aplicații ale imagisticii Wi-Fi sunt utilizate în scopuri comerciale și industriale, de exemplu.

Urmărirea inventarului

Centrele comerciale și centrele comerciale au folosit cărucioare care utilizează senzori radar pentru gestionarea inventarului. Aceste cărucioare controlate prin radar nu au nevoie de nicio etichetă pentru senzori, deoarece fiecare cărucior funcționează cu un ID special.

Baza de date grupează cărucioarele în mai multe echipe, iar apoi supraveghetorul alocă fiecărei echipe o sarcină.

Aceste cărucioare reușesc să gestioneze eficient inventarul depozitelor. În plus, clienții pot obține aceste cărucioare și în incinta marțului și se pot bucura de cumpărături cu un sistem de achiziție fără numerar.

Case inteligente

IoT este următoarea mare descoperire în industria imobiliară. Tehnologia de imagistică Wi-Fi realizează detecția radar tradițională pentru a identifica obiecte mari, inclusiv:

• Uși
• Windows
• Frigider

Puteți amplasa antene și senzorii necesari pentru a controla obiectele mari din casă. De exemplu, frecvențele spațiale măsurate de rețeaua de antene pot verifica semnalele de comunicații existente și vă pot notifica cu privire la starea obiectului.

În plus, puteți programa întregul sistem folosind coerența spațială medie mutuală și direcțiile orizontală și verticală pentru a controla mișcarea obiectului cu ajutorul procesării semnalului Wi-Fi.

Principala constrângere a acestei aplicații este de a avea o rețea stabilă, deoarece sistemele de imagistică pasivă au nevoie de semnale WiFi pentru a analiza dimensiunile obiectului.

Întrebări frecvente

Ce este un WiFi Doppler?

WiFi Doppler este o tehnologie de detecție care utilizează un singur dispozitiv WiFi pentru a detecta poziția și mișcarea unui obiect. Nu aveți nevoie de mai multe dispozitive WiFIi pentru a obține rezultate folosind WiFi Doppler.

Poate WiFi să vadă prin pereți?

Da, puteți folosi semnalele Wi-Fi pentru a vedea prin pereți.

Cum pot face ca WiFi să pătrundă într-un perete?

1. Îmbunătățiți conexiunea WiFi internă cu ajutorul extensoarelor de rază Wi-Fi.
2. Implementați o rețea mesh.

Semnalele WiFi multiple transmise între ele. Cum?

Semnalele WiFi se intersectează, de obicei, dacă routerele funcționează pe același canal.

Pot semnalele WiFi să producă rezultate prin imagistica de perete?

Da, deoarece WiFi utilizează unde radio care pot pătrunde prin pereți.

Concluzie

Imagistica Wi-Fi este din ce în ce mai răspândită în domeniul prelucrării imaginilor datorită disponibilității sale în aproape toate spațiile rezidențiale, comerciale și industriale. Prin urmare, utilizarea imagisticii Wi-Fi pentru a detecta locația și mișcarea unui obiect va fi următoarea mare tehnologie în beneficiul oamenilor.