【導讀】雷達感知是一種無線感知技術。通過分析接收到的目標回波特性,提取并發(fā)現(xiàn)目標的位置、形狀、運動特性和運動軌跡,并且可以進一步推斷目標和環(huán)境的特征。
提起雷達技術,大眾對此并不陌生。
傳統(tǒng)的雷達技術具有非常廣泛的應用。如機載、艦載、基地雷達可以對運動目標進行檢測、成像;在氣象、航管、遙感等領域,我們可以借助雷達傳感器實現(xiàn)氣象預報、交通管制、資源勘查等。但是,由于傳統(tǒng)雷達設備的硬件成本高且體型巨大,因此一直在消費類電子產(chǎn)品中應用較少。
近年來隨著半導體技術的發(fā)展,雷達的尺寸、功耗和價格在不斷下降。另一方面,毫米波、超寬帶技術和多發(fā)多收的使用,結合創(chuàng)新的信號處理技術和計算能力不斷增強的芯片,雷達的感知功能日益強大。
雷達感知是一種無線感知技術。通過分析接收到的目標回波特性,提取并發(fā)現(xiàn)目標的位置、形狀、運動特性和運動軌跡,并且可以進一步推斷目標和環(huán)境的特征。其作用類似于人類的眼睛和耳朵。
與其它傳感器相比,雷達感知具有許多獨特的優(yōu)勢。例如,與視覺傳感器相比,雷達不受光線明暗的影響,具有穿透遮擋物的能力,可以更好地保護個人隱私;與超聲技術相比,雷達感知的距離更遠,而且不會對人和動物造成傷害。
雷達技術的應用場景;來源:IMEC 2015
雷達感知可以支持非常豐富的應用場景。比如,毫米波雷達就已經(jīng)被廣泛應用在汽車輔助駕駛領域,用以檢測行人和前車,實現(xiàn)防撞預警。此外,如上圖所示,雷達在居家、智能大廈、自動駕駛以及可穿戴設備等領域也有很多潛在的應用。
以智能家居場景為例,雷達傳感器可以被用于開關控制、入侵檢測、智能開門器等方面,方便大眾生活。在音響系統(tǒng)中,雷達能夠探測到某一區(qū)域的人與音響之間的距離,從而調整音響在某個區(qū)域的聲音大??;在空調系統(tǒng)中,雷達可以根據(jù)人的遠近,自動調節(jié)室內溫度;當雷達探測到吹風機離頭發(fā)太近時,還可以自動調節(jié)吹風機的溫度。
隨著新型低功耗、小型化雷達傳感器的誕生和產(chǎn)品化,雷達技術在各種智能設備和消費類電子產(chǎn)品中的應用將成為一種必然趨勢。
科研人員已在推動雷達感知技術的新型應用方面開展研究工作。讓我們結合一些具體的應用場景,來一探究竟吧。
人體體征檢測
呼吸和心跳是非常重要的人體生命體征,可以借助雷達技術進行檢測。與傳統(tǒng)醫(yī)療設備或可穿戴設備相比,利用雷達探測人體體征非常便捷,無需受檢測者穿戴任何設備,從而實現(xiàn)非接觸式的檢測。該技術可以被應用在人的檢測,睡眠監(jiān)測和情緒管理等場景中,并結合兒童或老人的家庭看護等應用發(fā)揮重要作用。
我們在這一技術領域的研究進展順利,結合特定的波段,可以做到隔墻實現(xiàn)人體檢測。
運動識別
雷達的優(yōu)勢是對運動的檢測,可以利用目標回波的多普勒效應來觀測和解讀目標的運動狀態(tài),如運動方向和運動速度;在使用多通道傳感器時,還可以從不同的視角觀察目標的運動。通過從不同的視角采集目標的運動狀態(tài),并結合瞬時信息和歷史信息進行分析,從而實現(xiàn)對復雜運動的分辨。在下圖所示的例子中,當人的手臂做不同運動時,不同動作產(chǎn)生了不同的微多普勒模式,結合運動的能量特性等特征可以實現(xiàn)不同運動的分辨。
*揮動手臂產(chǎn)生的微多普勒效應;來源:《雷達中的微多普勒效應》, Victor C.Chen *
利用雷達識別運動的技術可以應用在不同的場景中。比如在體育運動中,可以借用這項技術檢測人和球類的運動狀態(tài)和運動軌跡。在居家環(huán)境下,還可以做人體摔倒檢測,用于預防老人摔倒。目前,我們的技術已經(jīng)可以通過處理雷達數(shù)據(jù),實現(xiàn)人體運動狀態(tài)和軌跡的解讀。
手勢識別交互
人機交互是雷達技術的另一個重要應用領域,如手勢識別交互。利用雷達采集的距離、多普勒信息,以及快速采樣獲得的手動態(tài)運動歷史信息,雷達可以很好地展現(xiàn)手的動態(tài)運動特性,并可以從不同的角度觀測手的運動。另外,從雷達反射回波的幅度形狀等信息中也可以得到手勢的散射特性。處理算法結合這些特征,可以很好地復現(xiàn)手勢。
我們將這一領域的研究工作與機器學習相結合,已經(jīng)實現(xiàn)了十種不同手勢的識別。
多傳感器的融合
在雷達傳感器與其它傳感器的融合方面,我們的目標是通過結合不同傳感器的優(yōu)勢,實現(xiàn)更可靠的判斷。目前我們已經(jīng)開展了雷達和視頻傳感相結合的工作。舉個具體的例子,相機在檢測玻璃時會有困難,而雷達卻能檢測到。兩者相結合,可以更可靠地支持避障等應用。
除了上述幾項應用領域,我們還在探索如何將雷達傳感技術與家用服務機器人相結合,實現(xiàn)人體檢測和人機交互等方面的應用,并將進一步利用AI技術,提升數(shù)據(jù)處穩(wěn)定性和可靠性,為未來走向市場做好堅實的準備。
(來源:英特爾中國研究院)
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