MIT、箱の中を透視出来る「X線ビジョン」ヘッドセットを開発

masapoco
投稿日 2023年3月3日 16:15
MIT Augmented Vision 01 PRESS 0

かけると壁の向こうが透けて見えるようなゴーグルは、ドラえもんのようなSF作品に数多く登場したが、MITの研究者たちは、コンピューター ビジョンとワイヤレス認識を組み合わせ、固形物を「透視」して、通常なら隠れて見えなくなっている物体を見つけることができるヘッドセットを開発したようだ。ただし、探したいアイテムにはRF-IDタグが必要だが。

このヘッドセットは「X-AR」と呼ばれ、倉庫のような環境で行われたテストでは、隠れたアイテムを平均9.8センチメートル以内に定位することが出来た。また、ユーザーが96%の精度で正しいアイテムを手に取ることも確認されたという。

X-ARは、無線周波数(RF)信号を用いることで対象物を認識する。RF信号は、トランシーバーや携帯電話、お気に入りのラジオ局など、通信に最もよく使われる無線電磁信号だ。RF信号は固形物を通過することができるため、RFIDタグを持つ隠された物体の位置を特定するのに適している。

RFIDタグは、RFアンテナから発せられたRF信号を反射する。この反射をMITのARヘッドセットがとらえ、仮想の透明な球体にする。この球体は、ダンボール箱の中、角、他の物の山の下など、どこに何があるのかをユーザーに教えてくれる。ユーザーが商品を手に取ると、ARヘッドセットがその商品が正しいかどうかを確認しするのだ。

無線・センサー技術グループを率いるMITのFadel Adib准教授は、研究助手とポスドク学生のチームを率いて、ヘッドセットを製作した。チームはまず、RFアンテナを搭載したMicrosoft Hololens ARヘッドセットからスタートした。そして、そのアンテナに合成開口レーダー(SAR)を使用するようにプログラミングしました。この技術により、アンテナは自分とRFIDタグの付いた物体との距離を測定できるようになりました。この技術は、人間の自由な行動範囲によって、非常に効果的であることが判明した。頻繁に動くことで、SARアンテナは複数の距離を測定することができ、より正確な位置特定が可能になる。

ヘッドセットの完成後は、アイテムのデータベースや位置を表示する比較的シンプルなARインターフェイスを作成した。ヘッドセットを装着したユーザーは、メニューからRFIDタグの付いたアイテムを選択する。すると、ヘッドセットのアンテナが働いて、その商品の位置が球体で表示され、見つけやすくなる。

Adib氏のチームは、研究室と倉庫のシミュレーション環境でヘッドセットをテストした。倉庫では、ヘッドセットは平均9.8cmの位置特定を行い、96%の精度でユーザーが正しい商品を手に取ったことを確認した。

これによって、倉庫や小売店、工場で働く人たちは、ビンを開けて探し回るのではなく、必要な備品を素早く簡単に探し出すことができるだろう。また、救急隊が捜索・救助活動を行う際も活躍するだろうが、今のところ雪や瓦礫の中から見つけるには、RFIDタグが必要になる。


論文

参考文献

研究の要旨

我々は、視線を通さない知覚を持つ拡張現実感(AR)システムであるX-ARの設計、実装、および評価について発表する。X-ARは、ARヘッドセットをRFセンシングで補強し、人間の目や最新のARシステムでは見えないものを見ることができるようにするものだ。1つ目は、ARヘッドセットのバイザーの形状にぴったりとフィットするARコンフォーマルアンテナで、RFセンシングのための優れた放射と帯域幅の能力を提供する。2つ目は、RF-visual合成開口定位アルゴリズムで、人間の自然な移動能力を活用し、視線方向と非視線方向でRFタグを付けたオブジェクトを定位させる。最後に、3つ目はRF-visual verification primitiveで、RFと視覚を融合させ、ピッキング検証などの実用的なタスクをエンドユーザーに提供する。我々は、Microsoft Hololens 2 ARヘッドセットに組み込むことで、我々の設計のエンドツーエンドのプロトタイプを構築し、視線方向と非視線方向の環境で評価した。その結果、X-ARは完全に閉じたアイテムのデシメートルレベルのRF定位(中央値9.8cm)を達成し、RFIDタグ付きアイテムを抽出する際に95%以上の精度(FScore)でRFビジュアルピッキング検証を実行できることを実証した。これらの結果は、X-AR が AR システムを見通し外の認識に拡張することに成功していることを示しており、製造、倉庫保管、およびスマート ホーム アプリケーションに重要な意味を持つ。



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