旧无线技术的新升级可以实现实时3D动作捕捉

由于加州大学圣地亚哥分校的电气工程师开发的升级，一种帮助人们找到钥匙和钱包的无线技术有朝一日可以用于精确和实时的3D动作捕捉。该团队的新工作改进了一种称为超宽带或UWB的无线通信技术。该技术已经存在多年，但直到最近UWB才开始流行，因为它承诺比Wi-Fi和蓝牙更准确地确定其他设备的位置和移动。

它还具有开辟更大可能性的潜力，例如室内导航;智能仓库，提供精确和实时的库存和人员位置;和3D动作捕捉，可以实时无线完成，用于VR和体育分析等应用。

但要实现这一目标，必须克服当前UWB技术的几个限制，加州大学圣地亚哥雅各布斯工程学院电气和计算机工程教授兼无线通信中心教员DineshBharadia说。他解释说，UWB系统需要比现在更快地工作，以极低的功率运行，并提供高精度的3D定位。

Bharadia的无线通信传感和网络小组最近开发了满足这些标准的原型UWB系统。它以仅一毫秒的延迟传输数据;它使用的功率非常小，可以在一个小型纽扣电池上连续运行两年以上;它可以将3D位置精确到静止物体3厘米以内，运动物体8厘米以内。

研究人员将在UbiComp2021会议上展示他们的UWB系统，称为ULoc，该会议将于9月21日至26日举行。

新系统从根本上改变了UWB系统用于定位物体的过程。UWB系统通常由两个主要组件组成：一个称为标签的小型跟踪设备，它可以连接到一个物体上，以及一组称为锚点的设备，这些设备安装在环境中的各个位置以检测来自标签的无线电信号。

UWB跟踪目前的工作方式是标签向所有锚点发送信号，锚点依次将这些信号发送回标签。系统测量这些信号返回标签所需的时间。然后它使用这些信息来计算标签和每个锚点之间的距离，然后可以对标签的位置进行三角测量。

Bharadia解释说，这个过程的问题在于它涉及大量的信号交换。一个标签需要向每个锚发送一个单独的信号，而每个锚依次向标签发送一个信号。“这使系统变慢。它不可扩展，也不提供3D定位，”Bharadia说。

为了简化这一过程，研究人员更新了标签的软件，使其只需要向所有锚点发送一个信号。这也大大降低了标签的功耗;它可以在小型纽扣电池上连续运行两年以上，而当前的UWB标签在这种类型的电池上只能持续几个月。他们还构建了新的锚点，可以只处理那个信号并很好地读取标签的3D位置。该团队开发了特殊的天线阵列和新算法，使锚能够准确估计标签信号到达的3D角度和方向。锚点能够从多个有利位置测量这个3D角度，因此它们可以精确定位标签。

在测试中，当一名研究人员拿着它并在开放的办公空间中移动它时，新的UWB系统在一毫秒的延迟内准确地跟踪了标签的3D位置。研究人员指出，该系统尽管处于“嘈杂”环境中，但仍表现良好——计算机屏幕、玻璃窗和金属板会干扰UWB信号并产生噪音。

该团队目前正致力于为从VR游戏到运动分析和医疗保健自主机器人等应用构建端到端的动作捕捉系统。研究人员表示，他们正在寻求与工业合作伙伴合作，以进一步开发和商业化该技术。

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