Aplikacije in omejitve slikanja WiFi

Informacijska tehnologija, znana kot IT, je pripomogla k napredku številnih panog, kot so avtomobilska, stanovanjska, programska in medicinska industrija. Strokovnjaki in znanstveniki s področja IT so raziskali tudi izvedljivost zmogljive tehnologije slikanja, znane kot slikanje Wi-Fi.

Tehnologija računalniškega upodabljanja ima veliko področje uporabe pri odkrivanju in prepoznavanju predmetov. Znanstveniki so razvili številne tehnike z uporabo tradicionalnega mikrovalovnega upodabljanja, vendar niso mogli dobiti produktivnih rezultatov.

Zato so izpopolnili tehnologijo in uvedli slikanje Wi-Fi, ki ga bomo predstavili v tem prispevku.

Kaj je brezžično slikanje?

Brezžično slikanje je tehnologija, ki zajema in prenaša slike prek brezžičnega omrežja. To se morda sliši preprosto, vendar ni.

Brezžično slikanje je širok pojem, ki zajema več panog, vključno z:

• Avtomobil
• Pametni dom ali internet stvari
• Industrijske aplikacije

Pregledali bomo aplikacije in primere uporabe slikanja WiFi. Najprej pa spoznajte, kaj je ta tehnologija.

Uvod

Wi-Fi ali brezžična internetna tehnologija je bila uvedena leta 1997, ko so ljudje začeli uporabljati sodobne omrežne naprave. Pred tem so bili vir interneta telefonski vodi in podobne kabelske povezave.

Ker je bila ta tehnologija stara, uporabnikom kabelski internet ni prinesel nič boljšega. Bil je počasen in poln motenj v omrežju. Prav tako ni bil zanesljiv, saj je bilo pošiljanje podatkov od vira do cilja tvegano opravilo.

Sčasoma je združenje Wi-Fi predstavilo napredek na področju brezžične tehnologije in nadgradilo naprave Wi-Fi, vključno z usmerjevalniki, modemi, stikali in ojačevalniki.

Te naprave upoštevajo standarde IEEE WLAN, ki delujejo z vsemi vrstami omrežnih postaj. Najpogostejši standard WLAN, ki se uporablja v domačih internetnih povezavah, je 802.11ax.

Vsi vemo, kako pomembna je postala tehnologija Wi-Fi v našem življenju. V nadaljevanju so opisane najpogostejše uporabe tehnologije Wi-Fi:

• Komunikacija
• Souporaba podatkov
• Spletne igre na srečo

Znanstveniki so s širjenjem uporabe brezžičnega omrežja Wi-Fi na skoraj vse stanovanjske prostore odkrili, da ga je mogoče uporabiti tudi za druge namene. Eno od teh odkritij je bilo napredovanje postopka mikrovalovnega slikanja z uporabo signalov Wi-Fi.

Preden nadaljujemo, razumimo nekaj tehničnih izrazov, ki se uporabljajo v tem članku.

Prostorsko frekvenčno področje

Prostorska domena se nanaša na statično sliko predmeta, medtem ko frekvenčna domena analizira sliko s premikajočimi se slikovnimi pikami. To pomeni, da sprejemniki pri slikanju Wi-Fi zajemajo informacije slike v prostorski frekvenčni domeni.

Pasivni bistatični radar WiFi

Bistatični radar je naprava, ki se uporablja za merjenje dometa radarskega sistema z ločenimi oddajniki in sprejemniki WiFi. V pasivnem bistatičnem radarskem sistemu WiFi sprejemniki merijo časovno razliko, ko signal prispe iz oddajnikov.

Ti sprejemniki so odgovorni tudi za izračun časa oddajanja signalov WiFi, ki se odražajo od dejanske tarče.

Mikrovalovno slikanje v primerjavi s sistemom za slikanje WiFi

Mikrovalovno slikanje je starejša tehnologija kot slikanje prek omrežja WiFi. Glavni razlog, zakaj so se znanstveniki odločili za nadgradnjo tehnologije, je, da mikrovalovno slikanje porabi več časa za obdelavo.

Ta tehnika slikanja je predstavljala mehansko in električno skeniranje žarka, ki sta pokazala dobre rezultate. Vendar je bil čas pridobivanja podatkov pri obeh tehnikah pomanjkljivost, ki je upočasnila obdelavo slik pri slikanju s prostorsko frekvenco.

Mikrovalovno slikanje je bilo primernejša možnost za odkrivanje in identifikacijo predmetov. Tudi v tem primeru so bili skenirani vzorci obdelani z najsodobnejšo tehnologijo. Vendar je bila glavna težava spet časovna omejitev za skeniranje snopa po polju.

Znanstvenik je isto tehnologijo uporabil tudi za zaznavanje predmetov, vendar ni mogel napredovati, ker naprave niso mogle zajeti nizkega toplotnega elektromagnetnega sevanja, ki ga povzročajo ljudje.

Za nakup sodobnega sprejemnika in opreme za obdelavo signalov z visoko občutljivostjo in širšo pasovno širino so bile potrebne velike naložbe.

Slikovni sistem WiFi

Tehnološka nadgradnja se je začela z uporabo omrežja Wi-Fi. Seveda vsi vemo, da je omrežje Wi-Fi vseprisotno, kar pomeni, da je na voljo na vseh lokacijah.

Doma, v pisarni, restavraciji, na železniški postaji ali stadionu vaše naprave, ki podpirajo Wi-Fi, sprejemajo brezžične signale. Zato so znanstveniki izkoristili Wi-Fi in nadgradili mikrovalovno slikanje.

Znanstveniki so Wi-Fi uporabili tudi za zaznavanje in razvrščanje ljudi pri slikanju skozi stene. Ker radijski valovi zlahka prodrejo skozi zavese, tkanine in stene, je Wi-Fi močno orodje za slikanje kompleksnih predmetov.

Obdelava signalov je učinkovitejša tudi pri sevanjih Wi-Fi zaradi njihove neprozornosti pri optičnih in infrardečih valovnih dolžinah.

Zato nova tehnika uporablja tradicionalno mikrovalovno slikanje z uporabo signalov Wi-Fi. neodvisni oddajniki WiFi, ki osvetljujejo te signale, so odgovorni za začetek postopka, medtem ko sprejemnik zajame informacije slike v prostorskem frekvenčnem vzorčenju in domeni.

Novi sistem za slikanje Wi-Fi uporablja pasivne radarske tehnike na sevanjih tretjih oseb. Pasivni radar uporablja ta sevanja za:

• Odkrivanje
• Sledenje

Druga razlika med mikrovalovnim slikanjem in slikanjem WiFi je, da prvo za obdelavo slik uporablja redke antenske sklope. Na žalost se s tem merijo le zelo nizka toplotno ustvarjena EM sevanja.

Po drugi strani pa nadgrajena tehnologija uporablja signale Wi-Fi, ki delujejo na običajnih sprejemnikih s frekvenco 25 MHz in integracijskim časom 10 mikrosekund. Frekvenca in integracijski čas sta izboljšana z uporabo signalov Wi-Fi za računalniško slikanje.

Zato lahko predlagana metoda v nadgrajeni različici mikrovalovnega slikovnega sistema deluje z nizkocenovno opremo in daje boljše rezultate. Za uporabo redke matrike ni treba vlagati v sprejemnike s široko pasovno širino.

Obstoječi sprejemniki lahko uporabljajo signale Wi-Fi, saj so na voljo skoraj povsod. Poleg tega v dodeljenem času ostanejo le korelirane komponente signala. Zato lahko ti signali povečajo računalniško slikanje za namene zaznavanja in komuniciranja.

Zakaj je slikanje prek Wi-Fi boljši pristop?

Snemanje z uporabo signalov Wi-Fi je iz različnih razlogov boljše od prejšnjih tehnologij. Snemanje z obdelavo signalov Wi-Fi je na primer sestavljeno iz dejavnika ohranjanja zasebnosti.

Prav tako vam ni treba porabiti več tisoč dolarjev za nakup vrhunskih sprejemnikov. Meritve moči WiFi zadostujejo za analizo zaznavanja in razvrščanja predmetov, da je slikanje uspešno.

Čeprav je na voljo specializirana strojna oprema za slikanje, so potrebni drugi dodatki, ki znatno povečajo stroške projekta.

Z uporabo vzorčenih informacij o prostorski frekvenci so rezultati pokazali lokalizacijo človeških in kovinskih predmetov. To je dokazalo uspešnost slikanja Wi-Fi z naslednjo srednjo natančnostjo:

• 26 cm za statične ljudi
• 15 cm za statične kovinske predmete

Omejitve slikanja Wi-Fi

Mikrovalovno slikanje z uporabo signalov Wi-Fi je nedvomno zmogljiva tehnologija za lokalizacijo ljudi in drugih predmetov. Zlahka lahko določite položaj določenega niza ljudi in predmetov. Vendar pa obstajajo nekatere omejitve pri izvajanju slikanja Wi-Fi.

Pogovorimo se o njih.

Velikost predmeta

Predlagana tehnologija slikanja Wi-Fi temelji na velikosti predmeta. Slikovni sistem locira predmete velike velikosti. Na primer:

• Kavč
• Tabele
• Velika okna

Nedvomno je predmete velikih dimenzij enostavno zaznati in locirati zaradi njihovih jasnih dimenzij za analizo. Ne glede na to, ali se uporablja 2D ali 3D tehnologija, algoritmi za obdelavo slik enostavno prepoznajo predmete velikih dimenzij, ne da bi za to porabili veliko časa.

Ko pripravljate sistem za obdelavo slik, mu morate najprej omogočiti, da se nauči predmete kot vzorce. Ta postopek se imenuje strojno učenje in je eno najpogostejših področij umetne inteligence (AI).

Strojno učenje je temeljni korak pri vseh vrstah slikanja. Če želite zgraditi tehnologijo brez hranjenja sistema pred slikanjem, morate kupiti zmogljivo opremo z umetno inteligenco, ki predmet analizira kot ljudje. Toda porabiti preveč denarja samo zaradi udobja ni pametno, saj je strojno učenje enostavno izvajati.

Zato morate sistem oskrbovati z vzorci predmetov, da bo zajemanje prenesenih signalov WiFi dalo boljše rezultate kot sprejemniki, ki se uporabljajo pri običajnem radarskem zaznavanju in mikrovalovnem slikanju.

Material

Pri uporabi slikanja Wi-Fi za zaznavanje in lokalizacijo je pomemben tudi material predmeta. Predlagani sistem na primer zagotavlja obetavne rezultate, če ima predmet odsevne površine.

Kovinske površine so se na primer vedno izkazale za boljše objekte, tudi za optične ali infrardeče frekvence.

Enako načelo velja tudi tukaj: predmet velikih dimenzij z odbojno površino je lažje slikati kot majhne kovinske predmete. Zakaj?

Čeprav svetleč predmet dobro odbija signale WiFi, je zaradi njegove majhne velikosti območje prečnega prereza preobremenjeno s prihajajočim sevanjem. Zaradi tega več oddajanih signalov WiFi ne more ustrezno predstaviti tega predmeta.

Druga težava z dimenzijo predmeta je, da se interakcija med obema entitetama zmanjša, ko velikost postane sorazmerna z valovno dolžino signala WiFi.

Kako rešiti omejitev dimenzije glede na frekvenco?

Sistem za slikanje Wi-Fi zahteva znatno razliko med velikostjo predmeta in valovno dolžino prisotnih signalov WiFi. Če je predmet velik, mora biti valovna dolžina signalov WiFi manjša in obratno.

Za zmanjšanje valovne dolžine signalov WiFi morate oddajati višjo frekvenco, tj. 5 GHz. Vendar še vedno ni konkretnih rezultatov, da bi nizkofrekvenčni signali WiFi v pasivnih interferometričnih slikovnih sistemih delovali z manjšimi predmeti.

Razlog je manjši prečni prerez, ki ne omogoča, da bi korelirane komponente signala ostale nedotaknjene pri slikanju skozi steno.

Med manjšimi predmeti, ki so bili vzorčeni med več poskusi, so bili:

• Kovanec
• Ključi
• Varnostni zatič

Poleg uporabe drugačne opreme se opazuje tudi spreminjanje frekvenčnega območja za zaznavanje predmetov z manjšo prostorsko ločljivostjo.

Ločljivost slike

Ločljivost slikanja je bistvena značilnost predlagane tehnologije. Poleg tega je odvisna od naslednjih dveh dejavnikov:

• Valovna dolžina signala Wi-Fi
• Dolžina antenskega polja

Ločljivost slikanja lahko povečate tako, da ohranite konstantno valovno dolžino signala in povečate dolžino antenskega polja.

Med poskusom so znanstveniki poskušali povečati ločljivost slike s povečanjem frekvence na 5 GHz, kar zmanjša valovno dolžino. Nato niso spremenili valovne dolžine obdelave signala in dolžine antenskega polja.

Zato znanstveniki niso opazili izboljšanja ločljivosti slikanja. Druga ključna ugotovitev je bila, da število anten pri slikanju ni bilo pomembno.

Če postavite anteno na pravo mesto, lahko dosežete produktivne rezultate že s parom anten. Zakaj?

Polja anten zajemajo sevanja opazovanega predmeta. Uporaba več lokacij anten nedvomno poveča verjetnost optimalne ločljivosti slikanja, vendar je to vprašanje stroškovno učinkovite tehnologije.

Poleg tega podjetja izdelujejo tudi poceni antene za slikovno tehnologijo Wi-Fi, da bi povečala njen obseg in učinkovitost.

Tako si lahko predmet predstavljate samo z meritvami moči WiFi, če ohranite konstantno dolžino antenskega polja. Spreminjanje vhodnega frekvenčnega območja lahko vpliva tudi na ločljivost slikanja.

Objektna usmerjenost

Orientacija predmeta je še ena omejitev pri predlagani tehnologiji. Sistem za slikanje WiFi zahteva, da je predmet v vzorcu oddanega sevanja. Veste že, da EM valovi ustvarijo polje in potujejo v ritmu. To polje postane trend za naslednje valove.

Če v to polje postavite predmet, katerega orientacija leži v odklonskem položaju, ne boste dobili pravih rezultatov. Zato je pomembno, da je orientacija predmeta znotraj vzorca oddanega sevanja.

Poleg tega lahko to vprašanje rešite na naslednje načine:

• Optimalno nastavite lokacijo anten.
• Izberite antene, ki imajo boljše sevalne vzorce.

Pomembno je poznati vodoravno in navpično os vzorca, da bi dobili uporaben rezultat v dveh dimenzijah prostorske frekvence.

Uporaba slikanja Wi-Fi

V komercialne in industrijske namene se uporablja več aplikacij slikanja Wi-Fi, na primer.

Sledenje zalogam

Nakupovalni centri in nakupovalna središča za upravljanje zalog uporabljajo vozičke z radarskimi senzorji. Ti vozički z radarskim nadzorom ne potrebujejo senzorske oznake, saj vsak voziček deluje s posebnim identifikatorjem.

Podatkovna baza vozičke razdeli v več skupin, nato pa nadzornik vsaki skupini dodeli nalogo.

Ti vozički so uspešni pri učinkovitem upravljanju zalog v skladiščih. Poleg tega lahko kupci te vozičke dobijo tudi v prostorih trgovine in uživajo v nakupovanju s sistemom brezgotovinskega nakupa.

Pametni domovi

Internet stvari je naslednji velik preboj v stanovanjski industriji. Tehnologija slikanja Wi-Fi izvaja tradicionalno radarsko zaznavanje za prepoznavanje velikih predmetov, vključno z:

• Vrata
• Windows
• Hladilnik

Za nadzor velikih predmetov v hiši lahko namestite antene in potrebne senzorje. Prostorske frekvence, ki jih meri antenski niz, lahko na primer preverijo obstoječe komunikacijske signale in vas obvestijo o stanju predmeta.

Poleg tega lahko celoten sistem programirate z uporabo povprečne prostorske vzajemne koherence ter vodoravnih in navpičnih smeri za nadzor gibanja predmeta s pomočjo obdelave signalov Wi-Fi.

Glavna omejitev te aplikacije je stabilno omrežje, saj pasivni sistemi za slikanje potrebujejo signale WiFi, da lahko analizirajo dimenzije predmeta.

Pogosta vprašanja

Kaj je WiFi Doppler?

WiFi Doppler je tehnologija zaznavanja, ki za zaznavanje položaja in gibanja predmeta uporablja samo eno napravo WiFi. Za rezultate z uporabo WiFi Doppler ne potrebujete več naprav WiFIi.

Ali lahko WiFi vidi skozi stene?

Da. S signali Wi-Fi lahko vidite skozi stene.

Kako doseči, da WiFi prodre skozi steno?

1. Povečajte brezžično omrežje Wi-Fi v stavbi s podaljševalniki dosega Wi-Fi.
2. Vzpostavite mrežno omrežje.

Več signalov WiFi, ki se prenašajo drug prek drugega. Kako?

Signali WiFi se običajno križajo, če usmerjevalnika delujeta na istem kanalu.

Ali lahko signali WiFi prinesejo rezultate s slikanjem sten?

Da, ker WiFi uporablja radijske valove, ki lahko prodrejo skozi stene.

Zaključek

Slikanje prek brezžičnega omrežja Wi-Fi se zaradi svoje razpoložljivosti v skoraj vsakem stanovanjskem, poslovnem in industrijskem prostoru vse pogosteje uporablja na področju obdelave slik. Zato bo uporaba slikanja prek omrežja Wi-Fi za zaznavanje lokacije in gibanja predmeta naslednja velika tehnologija v korist ljudi.