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旧无线技术的新升级:可实现精准实时3D动作捕捉

前瞻网    2021-09-24 21:18

 

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超宽带(UWB)技术是一种无线通信技术,早期应用在近距离高速数据传输。加州大学圣地亚哥分校的电子工程师团队升级了这项技术,使其实现精准、实时的3D动作捕捉。

研究人员称,超宽带技术还有更大的潜力,有望开发室内导航;或提供库存和人员精准 实时位置的智能仓库;以及通过无线方式实时进行3D运动捕捉,用于VR和体育分析等应用。但要达到这些目的,必须克服当前UWB技术的几个限制,即UWB系统的工作速度需要比之前更快,且要以极低的功率运行,还要提供高精度的三维定位。

研究小组最近开发了一个符合要求的系统原型,它的数据通信延迟只有一毫秒;耗电量非常小,用一节小型纽扣电池就能连续运行两年多;它还能将三维定位精确到静止物体的三厘米以内,移动物体的八厘米以内。

UWB系统通常由两个主要部分组成:一个被称为标签的小型跟踪设备,它可以附着在一个物体上,以及一组被称为锚的设备,它们安装在环境中的不同位置,以检测来自标签的无线电信号。UWB目前的工作方式是,标签向所有的锚点发出信号,而锚点反过来将这些信号发回给标签。系统测量这些信号返回到标签的时间。然后,它使用这些信息来计算标签和每个锚点之间的距离,从而对标签的位置进行三角定位。

为了简化这一过程,研究人员更新了标签的软件,使其只需要向所有的锚点发送一个信号。这也大大减少了标签的用电量。同时还建造了新的锚,可以只用这一个信号工作,并能很好地读取标签的三维位置。研究团队开发了特殊的天线阵列和新的算法,使锚能够准确估计标签信号到达的三维角度和方向。锚定器能够从多个有利位置测量这个三维角度,因此它们能够准确地定位标签。

在测试中,新的UWB系统在一毫秒的延迟内准确跟踪了标签的三维位置,而其中一名研究人员正拿着标签在一个开放的办公空间内移动。研究人员指出,尽管该系统处于“嘈杂”的环境中,电脑屏幕、玻璃窗和金属板都会干扰UWB信号并产生噪音,但它仍然表现良好。

研究团队下一步正致力于建立一个端到端的动作捕捉系统,应用范围包括VR游戏、体育分析和用于医疗保健的自主机器人。

题为“ULoc: Low-Power, Scalable and cm-Accurate UWB-Tag Localization and Tracking for Indoor Applications”的相关研究论文发表在《ACM期刊》上。

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责任编辑: 4150ZYN

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