Ứng dụng & Giới hạn của hình ảnh Wi-Fi

Công nghệ thông tin, thường được gọi là CNTT, đã phát triển nhiều ngành công nghiệp như ô tô, nhà ở, phần mềm và y học. Các chuyên gia CNTT và nhà khoa học cũng khám phá tính khả thi của công nghệ hình ảnh mạnh mẽ được gọi là hình ảnh Wi-Fi.

Công nghệ hình ảnh điện toán có phạm vi rộng lớn trong phát hiện và nhận dạng đối tượng. Các nhà khoa học đã nghĩ ra nhiều kỹ thuật sử dụng hình ảnh vi sóng truyền thống. Tuy nhiên, họ không thể đạt được kết quả hiệu quả.

Đó là lý do tại sao họ cải tiến công nghệ và giới thiệu hình ảnh Wi-Fi mà chúng tôi sẽ đề cập trong bài đăng này.

Hình ảnh không dây là gì?

Hình ảnh không dây là công nghệ chụp và truyền hình ảnh qua mạng không dây. Điều đó nghe có vẻ đơn giản, nhưng không phải vậy.

Hình ảnh không dây là một khái niệm rộng bao trùm nhiều ngành, bao gồm:

• Ô tô
• Nhà thông minh hoặc IoT
• Ứng dụng công nghiệp

Chúng ta sẽ xem qua các ứng dụng và trường hợp sử dụng hình ảnh WiFi. Nhưng trước tiên, hãy cùng hiểu công nghệ này là gì.

Giới thiệu

Wi-Fi hay công nghệ internet không dây được giới thiệu vào năm 1997 khi mọi người bắt đầu sử dụng các thiết bị mạng hiện đại. Trước đó, đường dây điện thoại và các kết nối cáp tương tự khác là nguồn cung cấp Internet.

Vì công nghệ đó đã cũ nên người dùng không bao giờ nhận được bất kỳ lợi ích nào từ Internet cáp. Nó chậm và đầy sự gián đoạn mạng. Nó cũng làđiều quan trọng là phải biết trục ngang và dọc của mẫu để có được kết quả hữu ích trong hai chiều tần số không gian.

Các ứng dụng của hình ảnh Wi-Fi

Một số ứng dụng của hình ảnh Wi-Fi đang được phát triển sử dụng cho mục đích thương mại và công nghiệp. Ví dụ.

Theo dõi hàng tồn kho

Các trung tâm mua sắm và trung tâm thương mại đã sử dụng xe đẩy sử dụng cảm biến radar để quản lý hàng tồn kho. Những xe đẩy được điều khiển bằng radar này không cần bất kỳ thẻ cảm biến nào vì mỗi xe đẩy hoạt động với một ID đặc biệt.

Cơ sở dữ liệu nhóm các xe đẩy thành nhiều nhóm, sau đó người giám sát phân công nhiệm vụ cho mỗi nhóm.

Những xe đẩy này thành công trong việc quản lý hàng tồn kho hiệu quả. Hơn nữa, khách hàng cũng có thể lấy những chiếc xe đẩy này bên trong khuôn viên siêu thị và tận hưởng mua sắm với hệ thống mua hàng không dùng tiền mặt.

Nhà thông minh

IoT là bước đột phá lớn tiếp theo trong ngành nhà ở. Công nghệ hình ảnh Wi-Fi thực hiện phát hiện bằng radar truyền thống để xác định các vật thể lớn, bao gồm:

• Cửa ra vào
• Cửa sổ
• Tủ lạnh

Bạn có thể triển khai ăng-ten và các cảm biến cần thiết để điều khiển các vật thể lớn trong nhà của mình. Ví dụ: các tần số không gian được đo bằng mảng của ăng-ten có thể xác minh các tín hiệu liên lạc hiện có và thông báo cho bạn về trạng thái của đối tượng.

Hơn nữa, bạn có thể lập trình toàn bộ hệ thống bằng cách sử dụng sự kết hợp lẫn nhau trong không gian trung bìnhvà hướng ngang và dọc để điều khiển chuyển động của đối tượng bằng cách sử dụng xử lý tín hiệu Wi-Fi.

Ràng buộc chính của ứng dụng này là có một mạng ổn định vì hệ thống hình ảnh thụ động cần tín hiệu WiFi để phân tích kích thước của đối tượng.

Câu hỏi thường gặp

WiFi Doppler là gì?

WiFi Doppler là công nghệ cảm biến chỉ sử dụng một thiết bị WiFi duy nhất để phát hiện vị trí và chuyển động của một đối tượng. Bạn không cần nhiều thiết bị WiFIi để nhận kết quả bằng WiFi Doppler.

WiFi có thể nhìn xuyên tường không?

Có. Bạn có thể sử dụng tín hiệu Wi-Fi để nhìn xuyên tường.

Làm cách nào để Wi-Fi xuyên tường?

1. Tăng cường Wi-Fi trong nhà bằng cách sử dụng bộ mở rộng phạm vi Wi-Fi.
2. Triển khai mạng lưới.

Nhiều tín hiệu Wi-Fi được truyền qua nhau . Làm sao?

Các tín hiệu WiFi thường giao nhau nếu các bộ định tuyến hoạt động trên cùng một kênh.

Tín hiệu WiFi có thể tạo ra kết quả thông qua hình ảnh trên tường không?

Có. Đó là vì Wi-Fi sử dụng sóng vô tuyến có thể xuyên qua tường.

Kết luận

Hình ảnh qua Wi-Fi đang trở nên phổ biến trong lĩnh vực xử lý hình ảnh vì nó có sẵn ở hầu hết mọi khu dân cư, thương mại và công nghiệp không gian. Do đó, việc sử dụng hình ảnh Wi-Fi để phát hiện vị trí và chuyển động của đối tượng sẽ là công nghệ lớn tiếp theo mang lại lợi ích cho con người.

Theo thời gian, Hiệp hội Wi-Fi đã đạt được những tiến bộ trong công nghệ không dây và các thiết bị Wi-Fi được nâng cấp. Điều đó bao gồm bộ định tuyến, modem, bộ chuyển mạch và bộ tăng tốc.

Các thiết bị này tuân theo các tiêu chuẩn IEEE WLAN hoạt động với tất cả các loại trạm mạng. Chuẩn WLAN phổ biến nhất được sử dụng trong kết nối Internet tại nhà của chúng tôi là 802.11ax.

Tất cả chúng ta đều biết tầm quan trọng của công nghệ Wi-Fi trong cuộc sống. Sau đây là những cách sử dụng phổ biến của Wi-Fi:

• Giao tiếp
• Chia sẻ dữ liệu
• Chơi game trực tuyến

Khi Wi-Fi được mở rộng phạm vi của nó đến hầu hết mọi không gian dân cư, các nhà khoa học phát hiện ra rằng Wi-Fi cũng có thể được sử dụng cho các ứng dụng khác. Một trong những khám phá mà họ tìm thấy là thúc đẩy quá trình tạo ảnh vi sóng bằng cách sử dụng tín hiệu Wi-Fi.

Trước khi tiếp tục, hãy tìm hiểu một số thuật ngữ kỹ thuật được sử dụng xuyên suốt bài viết này.

Miền tần số không gian

Miền không gian đề cập đến hình ảnh tĩnh của bất kỳ đối tượng nào, trong khi miền tần số phân tích hình ảnh với các pixel chuyển động của nó. Điều đó có nghĩa là bộ thu trong hình ảnh Wi-Fi ghi lại thông tin của hình ảnh trong miền tần số không gian.

Radar WiFi Bistatic thụ động

Radar lưỡng tĩnh là một thiết bị được sử dụng để đo phạm vi của hệ thống radar có bộ phát và bộ thu WiFi riêng biệt. trong thụ độnghệ thống radar WiFi hai chiều, bộ thu đo lường sự khác biệt về thời gian khi tín hiệu đến từ bộ phát.

Những bộ thu này cũng chịu trách nhiệm tính toán thời gian của tín hiệu WiFi được truyền đi phản xạ từ mục tiêu thực tế.

Tạo ảnh vi sóng so với Hệ thống tạo ảnh WiFi

Tạo ảnh vi sóng là một công nghệ cũ hơn so với tạo ảnh WiFi. Lý do chính khiến các nhà khoa học tiến hành nâng cấp công nghệ là hình ảnh vi sóng tiêu tốn nhiều thời gian xử lý hơn.

Kỹ thuật hình ảnh này trình bày chức năng quét chùm tia điện và cơ học, cho kết quả tốt. Tuy nhiên, thời gian thu thập dữ liệu trong cả hai kỹ thuật là một nhược điểm khiến quá trình xử lý hình ảnh bị chậm trễ trong tạo ảnh tần số không gian.

Tạo ảnh vi sóng là một tùy chọn thích hợp hơn để phát hiện và nhận dạng đối tượng. Một lần nữa, các mẫu đã quét được xử lý bằng công nghệ tiên tiến. Nhưng một lần nữa, giới hạn thời gian để quét chùm tia qua trường mới là vấn đề chính.

Nhà khoa học cũng sử dụng công nghệ tương tự để phát hiện đối tượng, nhưng họ không thể tiến triển do thiết bị không thể thu được nhiệt độ thấp bức xạ điện từ do con người tạo ra.

Họ cần đầu tư lớn để mua thiết bị thu và xử lý tín hiệu hiện đại có độ nhạy cao và băng thông rộng hơn.

Hệ thống hình ảnh WiFi

Công nghệ nâng cấp bắt đầu với việc sử dụng Wi-Fi. Nhưng, củatất nhiên, tất cả chúng ta đều biết rằng Wi-Fi phổ biến, có nghĩa là Wi-Fi khả dụng ở mọi địa điểm.

Cho dù ở nhà, văn phòng, nhà hàng, nhà ga hay sân vận động, các thiết bị hỗ trợ Wi-Fi của bạn đều nhận được tín hiệu không dây . Đó là lý do tại sao các nhà khoa học tận dụng Wi-Fi và nâng cấp hình ảnh vi sóng.

Các nhà khoa học cũng đã sử dụng Wi-Fi để phát hiện và phân loại hình ảnh xuyên tường của con người. Do sóng vô tuyến có thể dễ dàng xuyên qua rèm, vải và tường nên Wi-Fi là một công cụ mạnh mẽ để chụp ảnh các vật thể phức tạp.

Việc xử lý tín hiệu cũng hiệu quả hơn trong bức xạ Wi-Fi do độ mờ của chúng ở quang học và bước sóng hồng ngoại.

Do đó, kỹ thuật mới sử dụng hình ảnh vi sóng truyền thống sử dụng tín hiệu Wi-Fi. Bộ phát Wi-Fi độc lập chiếu sáng các tín hiệu này chịu trách nhiệm bắt đầu quá trình trong khi bộ thu ghi lại thông tin của hình ảnh trong miền và lấy mẫu tần số không gian.

Hệ thống hình ảnh Wi-Fi mới sử dụng kỹ thuật ra-đa thụ động đối với bức xạ của bên thứ ba. Radar thụ động sử dụng các bức xạ đó để:

• Phát hiện
• Theo dõi

Một điểm khác biệt nữa giữa hình ảnh vi sóng và hình ảnh WiFi là hình ảnh trước đây sử dụng các mảng ăng ten thưa thớt để xử lý hình ảnh. Thật không may, điều đó chỉ đo bức xạ EM được tạo ra ở nhiệt độ rất thấp.

Mặt khác, công nghệ nâng cấp sử dụng tín hiệu Wi-Fi hoạt động trên các bộ thu thông thường ởTần số 25 MHz và thời gian tích hợp 10 micro giây. Tần suất và thời gian tích hợp được cải thiện bằng cách sử dụng tín hiệu Wi-Fi để tạo ảnh tính toán.

Vì vậy, phương pháp được đề xuất trong phiên bản nâng cấp của hệ thống tạo ảnh vi sóng có thể hoạt động trên thiết bị giá rẻ và mang lại kết quả tốt hơn. Không cần đầu tư vào bộ thu băng thông rộng để sử dụng một mảng thưa thớt.

Các bộ thu hiện tại có thể sử dụng tín hiệu Wi-Fi vì chúng có sẵn ở hầu hết mọi nơi. Ngoài ra, chỉ các thành phần tín hiệu tương quan còn lại trong thời gian được phân bổ. Do đó, những tín hiệu này có thể tăng cường hình ảnh điện toán cho mục đích cảm biến và giao tiếp.

Tại sao hình ảnh Wi-Fi là một phương pháp tiếp cận tốt hơn?

Tạo ảnh bằng tín hiệu Wi-Fi tốt hơn các công nghệ trước đó vì nhiều lý do. Ví dụ: hình ảnh sử dụng xử lý tín hiệu Wi-Fi bao gồm yếu tố bảo vệ quyền riêng tư.

Ngoài ra, bạn không cần phải chi hàng nghìn đô la để mua bộ thu cao cấp. Các phép đo công suất Wi-Fi đủ để phân tích khả năng phát hiện và phân loại đối tượng nhằm tạo ra hình ảnh thành công.

Mặc dù có sẵn phần cứng chuyên dụng để chụp ảnh, nhưng chúng yêu cầu các tiện ích bổ sung khác làm tăng đáng kể chi phí của dự án.

Sử dụng thông tin tần số không gian được lấy mẫu, kết quả cho thấy sự định vị của con người và các vật thể kim loại. Điều đó đã chứng minh tỷ lệ thành công của hình ảnh Wi-Fi với trung bình sauđộ chính xác:

• 26 cm đối với đối tượng tĩnh là người
• 15 cm đối với vật kim loại tĩnh

Hạn chế của hình ảnh Wi-Fi

Không còn nghi ngờ gì nữa, hình ảnh vi sóng sử dụng tín hiệu Wi-Fi là một công nghệ mạnh mẽ để định vị con người và các vật thể khác. Bạn có thể dễ dàng xác định vị trí của một nhóm người và đối tượng cụ thể. Tuy nhiên, có một số hạn chế trong cách triển khai hình ảnh Wi-Fi.

Hãy thảo luận về chúng.

Kích thước đối tượng

Công nghệ hình ảnh Wi-Fi được đề xuất dựa trên kích thước của đối tượng. Hệ thống hình ảnh khoanh vùng các đối tượng có kích thước lớn. Ví dụ:

• Ghế
• Bàn
• Cửa sổ lớn

Không còn nghi ngờ gì nữa, các đối tượng có kích thước lớn rất dễ phát hiện và khoanh vùng vì kích thước rõ ràng để phân tích của họ. Cho dù sử dụng công nghệ 2D hay 3D, các thuật toán xử lý hình ảnh đều dễ dàng xác định các đối tượng có kích thước lớn mà không mất nhiều thời gian.

Khi chuẩn bị một hệ thống xử lý hình ảnh, trước tiên bạn phải để hệ thống tìm hiểu các đối tượng dưới dạng mẫu. Quá trình này được gọi là máy học, một trong những lĩnh vực phổ biến nhất của trí tuệ nhân tạo (AI).

Máy học là bước cơ bản của bất kỳ loại hình ảnh nào. Để xây dựng công nghệ mà không cần cung cấp hệ thống của bạn trước khi chụp ảnh, bạn phải mua thiết bị AI mạnh mẽ để phân tích đối tượng như con người. Nhưng chi quá nhiều tiền chỉ để thuận tiện là không khôn ngoan vì học máy rất dễthực hiện.

Do đó, bạn phải cung cấp cho hệ thống của mình các mẫu của đối tượng để việc thu tín hiệu Wi-Fi truyền đi có thể mang lại kết quả tốt hơn so với bộ thu được sử dụng trong phát hiện radar truyền thống và chụp ảnh vi sóng.

Vật liệu

Chất liệu của đối tượng cũng quan trọng khi sử dụng hình ảnh Wi-Fi để phát hiện và bản địa hóa. Ví dụ: hệ thống được đề xuất mang lại kết quả đầy hứa hẹn nếu đối tượng có bề mặt phản chiếu.

Ví dụ: bề mặt kim loại luôn được chứng minh là đối tượng tốt hơn, ngay cả đối với tần số quang học hoặc hồng ngoại.

Cũng vậy nguyên tắc cũng tuân theo ở đây: một vật thể có kích thước lớn có bề mặt phản chiếu dễ tạo ảnh hơn các vật thể kim loại nhỏ. Tại sao?

Mặc dù một vật thể sáng bóng phản chiếu tín hiệu Wi-Fi tốt, nhưng kích thước nhỏ của nó khiến diện tích mặt cắt bị tắc nghẽn đối với bức xạ tới. Do đó, nhiều tín hiệu Wi-Fi được truyền đi không thể hình dung chính xác đối tượng đó.

Một vấn đề khác với kích thước của đối tượng là khi kích thước tỷ lệ thuận với bước sóng của tín hiệu Wi-Fi, thì sự tương tác giữa hai thực thể sẽ giảm đi.

Làm cách nào để giải quyết giới hạn từ thứ nguyên đến tần số?

Hệ thống hình ảnh Wi-Fi yêu cầu sự khác biệt đáng kể giữa kích thước của đối tượng và bước sóng của tín hiệu Wi-Fi hiện có. Nếu kích thước của đối tượng lớn thì bước sóng của tín hiệu WiFi phải nhỏ hơn và ngược lại.

Bạn phải truyềntần số cao hơn, tức là 5 GHz, để giảm bước sóng của tín hiệu WiFi. Tuy nhiên, vẫn chưa có kết quả cụ thể nào cho thấy tín hiệu Wi-Fi tần số thấp trong các hệ thống hình ảnh giao thoa kế thụ động hoạt động với các vật thể nhỏ hơn.

Đó là do diện tích mặt cắt nhỏ hơn, không cho phép các thành phần tín hiệu tương quan giữ nguyên hình ảnh xuyên tường.

Một số đối tượng nhỏ hơn đã được lấy mẫu trong nhiều thử nghiệm là:

• Đồng xu
• Chìa khóa
• An toàn pin

Bên cạnh việc sử dụng các thiết bị khác nhau, việc thay đổi dải tần số để phát hiện các đối tượng có độ phân giải không gian nhỏ hơn đang được quan sát.

Độ phân giải hình ảnh

Độ phân giải hình ảnh là điều cần thiết Đặc điểm của công nghệ đề xuất. Ngoài ra, nó còn phụ thuộc vào hai yếu tố sau:

• Bước sóng tín hiệu Wi-Fi
• Độ dài mảng ăng-ten

Bạn có thể tăng độ phân giải hình ảnh bằng cách giữ bước sóng tín hiệu không đổi và tăng độ dài mảng ăng-ten.

Trong quá trình thử nghiệm, các nhà khoa học đã cố gắng nâng cao độ phân giải hình ảnh bằng cách tăng tần số lên 5 GHz, tức là giảm bước sóng. Sau đó, họ không thay đổi bước sóng xử lý tín hiệu và độ dài mảng ăng-ten.

Kết quả là các nhà khoa học không quan sát thấy bất kỳ sự cải thiện nào về độ phân giải hình ảnh. Một phát hiện quan trọng khác là số lượng ăng-ten không quan trọng trong quá trình chụp ảnh.

Nếubạn đặt ăng-ten vào đúng vị trí, bạn có thể nhận được kết quả hiệu quả chỉ với một cặp ăng-ten. Tại sao?

Các mảng ăng-ten thu bức xạ từ đối tượng được quan sát. Việc sử dụng nhiều vị trí ăng-ten chắc chắn làm tăng khả năng đạt được độ phân giải hình ảnh tối ưu, nhưng đó là vấn đề về công nghệ tiết kiệm chi phí.

Bên cạnh đó, các công ty cũng đang sản xuất ăng-ten chi phí thấp cho công nghệ hình ảnh Wi-Fi để tăng phạm vi của nó và hiệu quả.

Vì vậy, bạn có thể tưởng tượng đối tượng chỉ có các phép đo công suất WiFi nếu bạn giữ nguyên độ dài mảng ăng-ten. Việc thay đổi dải tần số đến cũng có thể ảnh hưởng đến độ phân giải hình ảnh.

Hướng đối tượng

Hướng của đối tượng là một hạn chế khác trong công nghệ được đề xuất. Hệ thống hình ảnh WiFi yêu cầu đối tượng phải ở dạng bức xạ truyền qua. Bạn đã biết rằng sóng EM tạo ra một trường và di chuyển theo nhịp điệu. Trường đó trở thành xu hướng cho các sóng tiếp theo.

Nếu bạn đặt một đối tượng trong trường đó với hướng của nó nằm ở vị trí lệch, bạn sẽ không nhận được kết quả thực sự. Vì vậy, việc giữ hướng của đối tượng trong mô hình bức xạ truyền đi là rất quan trọng.

Ngoài ra, bạn có thể giải quyết vấn đề này theo các cách sau:

• Đặt vị trí của ăng-ten theo cách tối ưu .
• Chọn ăng-ten có dạng bức xạ tốt hơn.

Đó là