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空拍機成測繪業界新寵,免卻大量人手作業,但原來以後連拍攝用的相機也可節省?加利福尼亞大學聖塔芭芭拉分校(UCSB)的研究人員利用 2 台無人機和普通的 Wi-Fi 收發設備,成功勘察牆壁背後的物件,並生成 3D 影像,預計可應用於搜救、考古、勘測建築物等。

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3D 成像只靠 RSSI

是次研究由 UCSB 的電子及電腦工程教授 Yasamin Mostofi 領軍,只利用無人機和 Wi-Fi 訊號,便達到完全未知環境的高解析度 3D 成像,過往從未有人示範過。示範中,測量目標被四面磚牆環繞,無人機置身牆外,卻可感知內裡物件影像,其實全賴接收訊號強度指示((Received Signal Strength Indicator,RSSI)數據和 Mostofi 教授的研發成像方法。

示範採用的無人機和 Wi-Fi 收發設備均為市面可買到的產品:一台無人機裝備 Wi-Fi 路由器,負責發送訊號;另一台則裝設《Raspberry Pi》電腦和 Wi-Fi 網路卡,負責接收訊號和量度其強度。Wi-Fi 訊號按預定的多個路徑移動,並以 Mostofi 教授的成像方法進行分析,感知牆後的環境,並生成內裡物件的 3D 影像。

利用 Wi-fi 和無人機隔牆 3D 成像 - 無人機測量牆內物件

Yasamin Mostofi 教授在無人機上裝備 Wi-Fi 收發設備,收集 RSSI 資料,從而勘察牆後物件。
利用 Wi-fi 和無人機隔牆 3D 成像 - 測量結果

無人機在牆外收發 Wi-fi 訊號,僅用當中的 4% 的資料,便可生成最右方的 3D 影像,跟實物相差不大。

現實應用難度較高

換言之,Mostofi 教授提出的 3D 成像方案具備以下特徵:只用 Wi-Fi RSSI 測量數據,事前無需預先測量目標地點的資料,過程中亦無需移動要測量的物件。隔牆測量物件需要多個學術領域的技術互相配合,設計航道、構成 3D 地形和物件、測量波幅、處理數據的方法都相當講究。

兩年前,Mostofi 教授利用地面移動機械,以同樣技術勘察牆後物件,生成 2D 影像;現在轉用無人機,得以在較高位置飛行,便取得可生成 3D 影像的資料。此技術可應用於搜救、考古、勘測建築物等等。然而,真實環境存在的未知數卻非常多,勢令測量難度大幅提高,是故此技術要邁向商業化,可能還要繼續研究一段時間。

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利用 Wi-fi 和無人機隔牆 3D 成像 - 使用 3DR X8 無人機

研究採用的無人機由 3D Robotics(3DR)製造。

▼ 用無人機和 Wi-fi 進行 3D 成像

資料及圖片來源:UCSB