麻省理工學院的研究人員發明了一種增強現實頭顯，可以給人類提供X射線視覺。這項發明被稱為X-AR，它將無線傳感與計算機視覺相結合，使用戶能夠看到隱藏的物品。X-AR可以幫助用戶找到丟失的物品，並引導他們走向這些物品進行取回。這項新技術在零售、倉儲、製造、智能家居等領域有許多應用。

增強現實頭顯結合了計算機視覺和無線感知，可以自動定位隱藏在視線之外的特定物品，也許是在一個盒子里或在一堆東西下面，然後引導用戶去取回它。

該系統利用射頻（RF）信號，它可以穿過紙板箱、塑料容器或木質隔板等普通材料，找到貼有RFID標籤的隱藏物品，這些標籤反映了射頻天線發送的信號。

當佩戴者穿過房間時，頭顯會引導他們走向物品的位置，物品會在增強現實（AR）界面上顯示為一個透明的球體。一旦物品落入用戶手中，被稱為X-AR的頭顯就會驗證他們是否拿起了正確的物品。

當研究人員在一個類似倉庫的環境中測試X-AR時，該頭顯可以將隱藏的物品定位到平均9.8厘米以內。它驗證了用戶拾取正確物品的準確率為96%。

X-AR可以幫助電子商務倉庫的工作人員快速找到雜亂的貨架上或埋在箱子裡的物品，或者在同一倉內有許多類似物品的情況下識別出訂單的確切物品。它也可用於製造設施，幫助技術人員找到正確的零件來組裝產品。

法德爾-阿迪布說：”我們這個項目的整個目標是建立一個增強現實係統，讓你看到看不見的東西–在盒子里或角落裡的東西–這樣做，它可以引導你走向它們，真正讓你以以前不可能的方式看到物理世界，”他是電子工程和計算機科學系的副教授，媒體實驗室的信號動力學小組主任，也是關於X-AR論文的資深作者。

為了創造具有X射線視覺的增強現實頭顯，研究人員首先必須為現有的頭顯配備一個可以與RFID標記的物品通信的天線。大多數RFID定位系統使用相隔數米的多個天線，但研究人員需要一個輕型天線，以達到足夠高的帶寬來與標籤進行通信。

該團隊採用了一個簡單、輕便的環形天線，並通過漸變天線（逐漸改變其寬度）和增加縫隙進行試驗，這兩種技術都能提高帶寬。由於天線通常在戶外工作，研究人員對它進行了優化，以便在連接到頭顯遮陽板上時發送和接收信號。

建立了有效的天線裝置後，研究人員專注於用它來定位RFID標記的物品。

他們利用了一種被稱為合成孔徑雷達（SAR）的技術，它類似於飛機對地面物體的成像方式。當用戶在房間裡移動時，X-AR用其天線從不同的有利位置進行測量，然後將這些測量結果結合起來。通過這種方式，它就像一個天線陣列，來自多個天線的測量結果被結合起來，以定位一個設備。

X-AR利用來自頭顯自我跟踪能力的視覺數據來建立一個環境地圖，並確定其在該環境中的位置。當用戶行走時，它計算出每個位置的RFID標籤的概率。該概率在標籤的確切位置上將是最高的，因此它使用這一信息來鎖定隱藏的物體。

一旦X-AR定位了物品，用戶拿起了它，頭顯就需要驗證用戶是否抓住了正確的物品。但現在用戶站在原地不動，頭顯的天線也沒有移動，所以它不能使用合成孔徑雷達來定位標籤。

然而，當用戶拿起物品時，RFID標籤也隨之移動。X-AR可以測量RFID標籤的運動，並利用頭顯的手部追踪能力來定位用戶手中的物品。然後它檢查標籤是否發出正確的射頻信號，以驗證它是正確的物品。

研究人員利用頭顯的全息可視化功能，以一種簡單的方式為用戶顯示這些信息。一旦用戶戴上頭顯，他們就會使用菜單從標籤物品的數據庫中選擇一個物體。物體被定位後，它被一個透明的球體所包圍，因此用戶可以看到它在房間裡的位置。然後設備以地板上的腳步聲的形式投射出該物品的軌跡，該軌跡可以隨著用戶的行走而動態更新。

為了測試X-AR，研究人員創建了一個模擬倉庫，在貨架上裝滿紙箱和塑料箱，並在裡面放置有RFID標籤的物品。驗證發現，X-AR可以引導用戶走向目標物品，誤差小於10厘米–這意味著物品的位置與X-AR引導用戶的位置平均相差不到10厘米。研究人員測試的基線方法的誤差中值為25至35厘米。

他們還發現，在98.9%的情況下，它能正確驗證用戶撿到了正確的物品。這意味著X-AR能夠減少98.9%的揀選錯誤。當物品還在箱子裡時，它的準確率甚至達到了91.9%。

現在他們已經證明了X-AR的成功，研究人員計劃探索如何使用不同的傳感方式，如WiFi、毫米波技術或太赫茲波，以增強其可視化和互動能力。他們還可以增強天線，使其射程超過3米，並將系統擴展到多個協調的頭顯上使用。

Adib的共同作者是研究助理Tara Boroushaki，她是論文的第一作者；Maisy Lam；Laura Dodds；以及前博士後Aline Eid，她現在是密歇根大學的助理教授。該研究將在USENIX網絡系統設計與實施研討會上發表。