Aplikácie & Limity zobrazovania pomocou WiFi

Informačné technológie, všeobecne známe ako IT, pokročili v mnohých priemyselných odvetviach, ako je automobilový priemysel, bývanie, softvér a medicína. IT odborníci a vedci tiež skúmali možnosti výkonnej zobrazovacej technológie známej ako Wi-Fi zobrazovanie.

Výpočtová zobrazovacia technológia má široký záber v oblasti detekcie a identifikácie objektov. Vedci navrhli mnoho techník využívajúcich tradičné mikrovlnné zobrazovanie. Nemohli však dosiahnuť produktívne výsledky.

Preto pokročili v technológii a zaviedli zobrazovanie cez Wi-Fi, ktorému sa budeme venovať v tomto príspevku.

Čo je bezdrôtové zobrazovanie?

Bezdrôtové zobrazovanie je technológia, ktorá zachytáva a prenáša obrázky prostredníctvom bezdrôtovej siete. Môže to znieť jednoducho, ale nie je to tak.

Bezdrôtové zobrazovanie je široký pojem, ktorý zahŕňa viaceré odvetvia vrátane:

• Automobil
• Inteligentná domácnosť alebo internet vecí
• Priemyselné aplikácie

Prejdeme si aplikácie a prípady použitia zobrazovania pomocou WiFi. Najskôr však pochopíme, čo je to za technológiu.

Úvod

Technológia Wi-Fi alebo bezdrôtového internetu bola zavedená v roku 1997, keď ľudia začali používať moderné sieťové zariadenia. Predtým boli zdrojom internetu telefónne linky a podobné iné káblové pripojenia.

Keďže táto technológia bola stará, používatelia nikdy nemali lepší káblový internet. Bol pomalý a plný porúch siete. Nebol ani spoľahlivý, pretože odosielanie údajov zo zdroja do cieľa bolo riskantné.

Časom asociácia Wi-Fi prišla s pokrokom v bezdrôtovej technológii a modernizovala zariadenia Wi-Fi. To zahŕňalo smerovače, modemy, prepínače a zosilňovače.

Tieto zariadenia sa riadia štandardmi IEEE WLAN, ktoré fungujú so všetkými typmi sieťových staníc. Najbežnejším štandardom WLAN používaným v našich domácich internetových pripojeniach je 802.11ax.

Všetci vieme, aká dôležitá sa stala technológia Wi-Fi v našom živote. Nasledujú bežné spôsoby použitia Wi-Fi:

• Komunikácia
• Zdieľanie údajov
• Online hry

Keďže Wi-Fi rozšírila svoje pôsobenie takmer do všetkých obytných priestorov, vedci zistili, že Wi-Fi sa dá využiť aj na iné aplikácie. Jedným z objavov, ktorý zistili, bol pokrok v procese mikrovlnného zobrazovania pomocou signálov Wi-Fi.

Predtým, ako prejdeme ďalej, vysvetlíme si niekoľko technických pojmov používaných v tomto článku.

Priestorová frekvenčná oblasť

Priestorová doména sa vzťahuje na statický obraz akéhokoľvek objektu, zatiaľ čo frekvenčná doména analyzuje obraz s jeho pohybujúcimi sa pixelmi. To znamená, že prijímače v zobrazovaní Wi-Fi zachytávajú informácie o obraze v priestorovej frekvenčnej doméne.

Pasívny bistatický radar WiFi

Bistatický radar je zariadenie používané na meranie dosahu radarového systému, ktorý má oddelené vysielače a prijímače WiFi. V pasívnom bistatickom radarovom systéme WiFi prijímače merajú rozdiel v čase, keď signál prichádza z vysielačov.

Tieto prijímače sú zodpovedné aj za výpočet času vysielaných signálov WiFi odrazených od skutočného cieľa.

Mikrovlnné zobrazovanie vs. zobrazovací systém WiFi

Mikrovlnné zobrazovanie je staršia technológia ako WiFi zobrazovanie. Hlavným dôvodom, prečo vedci pristúpili k modernizácii technológie, je, že mikrovlnné zobrazovanie spotrebuje viac času na spracovanie.

Táto zobrazovacia technika predstavovala mechanické a elektrické skenovanie lúčov, ktoré vykazovali dobré výsledky. Čas získavania údajov pri oboch technikách však bol nevýhodou, ktorá oneskorila spracovanie snímok pri zobrazovaní priestorovej frekvencie.

Mikrovlnné zobrazovanie bolo vhodnejšou možnosťou na detekciu a identifikáciu objektov. Aj v tomto prípade sa skenované vzorky spracovávali pomocou špičkovej technológie. Hlavným problémom však bolo opäť časové obmedzenie na skenovanie lúča nad poľom.

Vedci použili rovnakú technológiu aj na detekciu objektov, ale nemohli pokročiť, pretože zariadenia nedokázali zachytiť nízke tepelne generované elektromagnetické žiarenie od ľudí.

Vyžadovali si veľké investície do nákupu moderného prijímača a zariadenia na spracovanie signálu s vysokou citlivosťou a širším pásmom.

Zobrazovací systém WiFi

Modernizácia technológií sa začala používaním Wi-Fi. Všetci však, samozrejme, vieme, že Wi-Fi je všadeprítomné, čo znamená, že je dostupné na každom mieste.

Či už ste doma, v kancelárii, v reštaurácii, na vlakovej stanici alebo na štadióne, vaše zariadenia s podporou Wi-Fi prijímajú bezdrôtové signály. To je dôvod, prečo vedci využili Wi-Fi a vylepšili mikrovlnné zobrazovanie.

Vedci použili Wi-Fi aj na detekciu a klasifikáciu ľudí pri zobrazovaní cez steny. Keďže rádiové vlny ľahko prenikajú cez záclony, látky a steny, Wi-Fi je výkonný nástroj na zobrazovanie zložitých objektov.

Spracovanie signálu je produktívnejšie aj pri žiarení Wi-Fi, pretože je nepriehľadné pri optických a infračervených vlnových dĺžkach.

Nová technika preto využíva tradičné mikrovlnné zobrazovanie pomocou signálov Wi-Fi. Nezávislé vysielače Wi-Fi osvetľujúce tieto signály sú zodpovedné za začatie procesu, zatiaľ čo prijímač zachytáva informácie o obraze v priestorovom frekvenčnom vzorkovaní a doméne.

Nový zobrazovací systém Wi-Fi využíva pasívne radarové techniky na žiarenie tretích strán. Pasívny radar využíva toto žiarenie na:

• Detekcia
• Sledovanie

Ďalším rozdielom medzi mikrovlnným a WiFi zobrazovaním je, že v prvom prípade sa na spracovanie obrazu používajú riedke anténne polia. Bohužiaľ, tým sa meria len veľmi nízke tepelne generované EM žiarenie.

Na druhej strane modernizovaná technológia využíva signály Wi-Fi, ktoré pracujú na bežných prijímačoch s frekvenciou 25 MHz a integračným časom 10 mikrosekúnd. Frekvencia a integračný čas sa zlepšujú použitím signálov Wi-Fi na počítačové zobrazovanie.

Takže navrhovaná metóda v modernizovanej verzii mikrovlnného zobrazovacieho systému môže fungovať na nízkonákladových zariadeniach a prinášať lepšie výsledky. Na použitie riedkeho poľa nie je potrebné investovať do prijímačov so širokou šírkou pásma.

Existujúce prijímače môžu využívať signály Wi-Fi, pretože sú dostupné takmer všade. Takisto v pridelenom čase zostávajú len korelované zložky signálu. Preto tieto signály môžu zvýšiť výpočtové zobrazovanie na účely snímania a komunikácie.

Prečo je zobrazovanie pomocou Wi-Fi lepším prístupom?

Zobrazovanie pomocou signálov Wi-Fi je z rôznych dôvodov lepšie ako predchádzajúce technológie. Napríklad zobrazovanie pomocou spracovania signálov Wi-Fi pozostáva z faktora zachovania súkromia.

Taktiež nemusíte míňať tisíce dolárov na nákup špičkových prijímačov. Na analýzu detekcie objektov a klasifikáciu stačí meranie výkonu WiFi, aby bolo snímanie úspešné.

Hoci je k dispozícii špecializovaný hardvér na zobrazovanie, vyžaduje si ďalšie doplnky, ktoré výrazne zvyšujú náklady na projekt.

Pomocou vzorkovaných informácií o priestorovej frekvencii výsledky ukázali lokalizáciu ľudských a kovových objektov. To dokázalo úspešnosť zobrazovania Wi-Fi s nasledujúcou mediánovou presnosťou:

• 26 cm pre statické ľudské subjekty
• 15 cm pre statické kovové predmety

Obmedzenia zobrazovania pomocou Wi-Fi

Mikrovlnné zobrazovanie pomocou signálov Wi-Fi je bezpochyby výkonná technológia na lokalizáciu ľudí a iných objektov. Môžete ľahko lokalizovať polohu konkrétneho súboru ľudí a objektov. Pri implementácii zobrazovania pomocou Wi-Fi však existujú určité obmedzenia.

Poďme o nich diskutovať.

Veľkosť objektu

Navrhovaná technológia zobrazovania Wi-Fi sa spolieha na veľkosť objektu. Zobrazovací systém lokalizuje objekty veľkých rozmerov. Napríklad

• Gauč
• Tabuľky
• Veľké okná

Niet pochýb o tom, že objekty veľkých rozmerov sa dajú ľahko odhaliť a lokalizovať vďaka ich prehľadným rozmerom. Či už sa používa 2D alebo 3D technológia, algoritmy spracovania obrazu ľahko identifikujú objekty veľkých rozmerov bez toho, aby na to potrebovali veľa času.

Keď pripravujete systém na spracovanie obrazu, musíte ho najprv nechať naučiť sa objekty ako vzorky. Tento proces sa nazýva strojové učenie, jedna z najrozšírenejších oblastí umelej inteligencie (AI).

Strojové učenie je základným krokom akéhokoľvek typu zobrazovania. Ak chcete vytvoriť technológiu bez toho, aby ste systém pred zobrazovaním nakŕmili, musíte si kúpiť výkonné zariadenie s umelou inteligenciou, ktoré analyzuje objekt ako ľudia. Utrácať príliš veľa peňazí len kvôli pohodliu však nie je múdre, pretože strojové učenie sa dá ľahko implementovať.

Preto musíte svoj systém zásobovať vzorkami objektov, aby zachytávanie vysielaných signálov WiFi prinieslo lepšie výsledky ako prijímače používané pri tradičnej radarovej detekcii a mikrovlnnom zobrazovaní.

Materiál

Pri použití Wi-Fi zobrazovania na detekciu a lokalizáciu je dôležitý aj materiál objektu. Navrhovaný systém napríklad poskytuje sľubné výsledky, ak má objekt reflexné povrchy.

Napríklad kovové povrchy sa vždy ukázali ako lepšie objekty, a to aj pre optické alebo infračervené frekvencie.

Rovnaký princíp platí aj v tomto prípade: veľkorozmerný objekt s reflexným povrchom sa zobrazuje ľahšie ako malé kovové objekty. Prečo?

Hoci lesklý objekt dobre odráža signály WiFi, jeho malá veľkosť spôsobuje, že prierezová plocha je pre prichádzajúce žiarenie preťažená. V dôsledku toho si viaceré vysielané signály WiFi nedokážu tento objekt správne predstaviť.

Ďalším problémom s rozmermi objektu je, že keď sa jeho veľkosť stane úmernou vlnovej dĺžke signálov WiFi, interakcia medzi týmito dvoma entitami sa zníži.

Ako vyriešiť obmedzenie pomeru rozmerov a frekvencie?

Zobrazovací systém Wi-Fi vyžaduje výrazný rozdiel medzi veľkosťou objektu a vlnovou dĺžkou prítomných signálov Wi-Fi. Ak je veľkosť objektu veľká, vlnová dĺžka signálov Wi-Fi musí byť menšia a naopak.

Musíte vysielať vyššiu frekvenciu, t. j. 5 GHz, aby ste znížili vlnovú dĺžku signálov WiFi. Stále však neexistuje konkrétny výsledok, že nízkofrekvenčné signály WiFi v pasívnych interferometrických zobrazovacích systémoch pracujú s menšími objektmi.

Dôvodom je menšia plocha prierezu, ktorá neumožňuje, aby korelované zložky signálu zostali neporušené pri zobrazovaní cez stenu.

Niektoré z menších objektov, z ktorých sa počas viacerých experimentov odobrali vzorky, boli:

• Mince
• Kľúče
• Bezpečnostný kolík

Okrem použitia rôznych zariadení sa sleduje aj zmena frekvenčného rozsahu na detekciu objektov s menším priestorovým rozlíšením.

Rozlíšenie obrazu

Rozlíšenie zobrazovania je základnou vlastnosťou navrhovanej technológie. Okrem toho závisí od týchto dvoch faktorov:

• Vlnová dĺžka signálu Wi-Fi
• Dĺžka anténneho poľa

Rozlíšenie zobrazovania môžete zvýšiť zachovaním konštantnej vlnovej dĺžky signálu a zväčšením dĺžky anténnej sústavy.

Počas experimentu sa vedci pokúsili zvýšiť rozlíšenie obrazu zvýšením frekvencie na 5 GHz, čím sa zmenšila vlnová dĺžka. Potom nezmenili vlnovú dĺžku spracovania signálu a dĺžku anténnej sústavy.

V dôsledku toho vedci nepozorovali žiadne zvýšenie rozlíšenia zobrazovania. Ďalším kľúčovým zistením bolo, že počet antén nezáleží na procese zobrazovania.

Ak umiestnite anténu do správnej polohy, môžete dosiahnuť produktívne výsledky len s dvojicou antén. Prečo?

Anténne sústavy zachytávajú vyžarovanie z pozorovaného objektu. Použitie viacerých anténnych miest nepochybne zvyšuje pravdepodobnosť optimálneho rozlíšenia zobrazenia, ale je to otázka nákladovo efektívnej technológie.

Okrem toho spoločnosti vyrábajú aj lacné antény pre zobrazovaciu technológiu Wi-Fi, aby zvýšili jej rozsah a účinnosť.

Objekt si teda môžete predstaviť len s meraním výkonu WiFi, ak zachováte konštantnú dĺžku anténnej sústavy. Zmena vstupného frekvenčného rozsahu môže ovplyvniť aj rozlíšenie zobrazovania.

Objektová orientácia

Orientácia objektu je ďalším obmedzením v navrhovanej technológii. Zobrazovací systém WiFi vyžaduje, aby sa objekt nachádzal vo vzorci vysielaného žiarenia. Už viete, že EM vlny vytvárajú pole a pohybujú sa v rytme. Toto pole sa stáva trendom pre nasledujúce vlny.

Ak do tohto poľa umiestnite objekt, ktorého orientácia leží vo vychýlenej polohe, nedostanete pravdivé výsledky. Preto je dôležité, aby orientácia objektu bola v rámci obrazca vysielaného žiarenia.

Okrem toho môžete tento problém riešiť nasledujúcimi spôsobmi:

• Optimálne nastavte umiestnenie antén.
• Vyberte si antény, ktoré majú lepší vyžarovací diagram.

Je dôležité poznať horizontálnu a vertikálnu os vzoru, aby ste získali užitočné výsledky v dvoch priestorových frekvenčných dimenziách.

Aplikácie zobrazovania pomocou Wi-Fi

Na komerčné a priemyselné účely sa využíva niekoľko aplikácií zobrazovania pomocou Wi-Fi. Napríklad.

Sledovanie zásob

Nákupné centrá a nákupné strediská používajú na riadenie zásob vozíky s radarovými snímačmi. Tieto radarom riadené vozíky nepotrebujú žiadnu značku snímača, pretože každý vozík pracuje so špeciálnym identifikátorom.

Databáza zoskupí vozíky do niekoľkých tímov a potom nadriadený pridelí každému tímu úlohu.

Tieto vozíky sú úspešné pri efektívnom riadení zásob v skladoch. Okrem toho si zákazníci môžu tieto vozíky zaobstarať aj v priestoroch predajne a užívať si nákupy bezhotovostným systémom.

Inteligentné domy

Internet vecí je ďalším veľkým prelomom v oblasti bývania. Zobrazovacia technológia Wi-Fi vykonáva tradičnú radarovú detekciu na identifikáciu veľkých objektov vrátane:

• Dvere
• Windows
• Chladnička

Na kontrolu veľkých objektov v dome môžete rozmiestniť antény a potrebné snímače. Priestorové frekvencie merané sústavou antén môžu napríklad overiť existujúce komunikačné signály a informovať vás o stave objektu.

Okrem toho môžete celý systém naprogramovať pomocou priemernej vzájomnej priestorovej koherencie a horizontálnych a vertikálnych smerov na riadenie pohybu objektu pomocou spracovania signálu Wi-Fi.

Hlavným obmedzením tejto aplikácie je stabilná sieť, pretože pasívne zobrazovacie systémy potrebujú na analýzu rozmerov objektu signály WiFi.

Často kladené otázky

Čo je WiFi Doppler?

WiFi Doppler je technológia snímania, ktorá na zisťovanie polohy a pohybu objektu využíva len jedno zariadenie WiFi. Na získanie výsledkov pomocou WiFi Doppler nepotrebujete viacero zariadení WiFIi.

Vidí WiFi cez steny?

Áno. Pomocou signálov Wi-Fi môžete vidieť cez steny.

Ako dosiahnuť, aby WiFi preniklo cez stenu?

1. Zlepšite interné Wi-Fi pomocou rozširovačov dosahu Wi-Fi.
2. Nasadenie siete mesh.

Viaceré signály WiFi sa prenášajú jeden cez druhý. Ako?

Signály WiFi sa zvyčajne pretínajú, ak smerovače pracujú na rovnakom kanáli.

Môžu signály WiFi priniesť výsledky prostredníctvom zobrazovania stien?

Áno, pretože WiFi využíva rádiové vlny, ktoré môžu preniknúť cez steny.

Záver

Zobrazovanie pomocou Wi-Fi sa stáva bežným v oblasti spracovania obrazu, pretože je dostupné takmer v každom obytnom, obchodnom a priemyselnom priestore. Preto bude používanie zobrazovania pomocou Wi-Fi na zisťovanie polohy a pohybu objektu ďalšou veľkou technológiou v prospech človeka.