淺析AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在金屬探測行業(yè)的應(yīng)用

摘 要：增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，簡稱 AR），是一種利用疊加的圖形或文字等虛擬影像，對用戶周圍真實(shí)世界的場景進(jìn)行渲染增強(qiáng)，讓虛擬影像與實(shí)體事物同時在同一個空間表現(xiàn)的高新技術(shù)。該技術(shù)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界疊加在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動。本文根據(jù)現(xiàn)今計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀，輔以AR技術(shù)的特點(diǎn)，以及現(xiàn)代人工智能技術(shù)的長足發(fā)展，從金屬探測器在安全檢查，民用探測應(yīng)用兩個方面探討增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在金屬探測器行業(yè)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：金屬探測器；增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)；人工智能

中圖分類號：TP21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）07-0063-01

金屬探測器行業(yè)主要應(yīng)用于公共及公檢法的危險金屬品探測，地下金屬搜尋，食品及工業(yè)生產(chǎn)類金屬探測三大應(yīng)用。主要利用VLF甚低頻，脈沖感應(yīng)Pulse Induction技術(shù)對金屬進(jìn)行探測及分析。本文主要針對安檢及地下探測應(yīng)用為主要討論對象。

1 AR顯示增強(qiáng)技術(shù)的相關(guān)概述

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)透過攝影機(jī)影像的位置及角度精算并加上圖像分析技術(shù)，讓屏幕上虛擬世界能夠與現(xiàn)實(shí)世界場景進(jìn)行結(jié)合與互動的技術(shù)。這種技術(shù)于1990年提出。隨著隨身電子產(chǎn)品運(yùn)算能力的提升，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的用途也越來越廣。北卡大學(xué) Ronald Azuma（ 阿祖瑪）于1997年提出的，他認(rèn)為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)包括三個方面的內(nèi)容：（1）將虛擬物與現(xiàn)實(shí)結(jié)合；（2）即時互動；（3）三維。已上市的AR硬件包含光學(xué)投影系統(tǒng)、監(jiān)視器、行動裝置、頭戴式顯示器、抬頭顯示器、電腦[1]。

AR產(chǎn)品主要由以下幾個關(guān)鍵部分組成。

軟件。AR系統(tǒng)的關(guān)鍵在于如何將渲染圖像與實(shí)際環(huán)境結(jié)合，AR算法軟件從入設(shè)備中的影像取得真實(shí)世界的座標(biāo)，再將渲染圖像疊加在座標(biāo)上。 為了能讓增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)更加方便開發(fā)，市面上已有許多配套的軟件開發(fā)套件，例如ARKit、Unity。

處理器。處理器是整個系統(tǒng)的大腦，所有的數(shù)據(jù)、信息最后都會被匯總到處理器，因此處理器需要進(jìn)行大量的運(yùn)算，包括慣性跟蹤器測量結(jié)果的處理，隨動電機(jī)平臺的控制，虛擬世界的建立，虛擬攝像機(jī)的控制，立體圖像的生成，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)效果的實(shí)現(xiàn)等。

顯示部分。顯示部分是系統(tǒng)的顯示輸出設(shè)備，計算機(jī)將渲染后的帶有立體視覺的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)視頻輸出到顯示部分上面供用戶查看，所以顯示器也是系統(tǒng)中和觀察者具有最直接聯(lián)系的設(shè)備，用戶的沉浸感是否實(shí)現(xiàn)在很大程度上取決于顯示器的成像質(zhì)量和配帶感覺上，而不是計算機(jī)渲染出的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)效果?，F(xiàn)在有微軟出品的HOLOLENS，谷歌公司的Google Glass等優(yōu)秀設(shè)備。

加速度起。用來測繪觀測者的頭部運(yùn)動情況并實(shí)時將數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)各個設(shè)備以及虛實(shí)攝像機(jī)之間的匹配，所有設(shè)備共用加速度起的測量結(jié)果，因此加速度起相當(dāng)于系統(tǒng)中的主控元件，其精度直接影響整套系統(tǒng)的效果。

隨動伺服平臺。伺服系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)真實(shí)場景的采集任務(wù)，由雙攝像機(jī)系統(tǒng)、隨動平臺以及驅(qū)動電機(jī)組成。雙攝像機(jī)系統(tǒng)固定在隨動平臺上，與隨動平臺保持相對固定，驅(qū)動電機(jī)控制平臺轉(zhuǎn)動。處理器首先獲得觀察者的頭部運(yùn)動數(shù)據(jù)，后計算出攝像機(jī)系統(tǒng)需要拍攝的走動方向并發(fā)送信號給伺服，伺服根據(jù)計算機(jī)的要求驅(qū)動隨動平臺轉(zhuǎn)動，從而帶動攝像機(jī)系統(tǒng)改變圖像采集方向。

2 金屬探測器的發(fā)展歷史

1874年，法國發(fā)明家Gustave Trouvé發(fā)明了一個手持的探測儀器用來探測人體內(nèi)的子彈，1881年，Alexander Graham Bell（貝爾）試圖利用一個早期金屬探測器尋找刺客射入美國總統(tǒng)James Garfield（加菲爾德）胸部的子彈。但由于加菲爾德躺在金屬床干擾了金屬探測器，貝爾的努力最終以失敗告終。

現(xiàn)代金屬探測器的發(fā)展則要?dú)w功于Gerhard Fischer費(fèi)希爾，他發(fā)現(xiàn)含礦巖石會干擾無線電信號。他認(rèn)為既然無線電波束會受到金屬干擾，那就有可能設(shè)計一種設(shè)備，能夠利用可在一個無線電頻率下發(fā)生共振的探測線圈尋找金屬。

到了20世紀(jì)50年代，逐漸出現(xiàn)應(yīng)用在公眾尋寶以及安全探測領(lǐng)域，真正意義的金屬探測器，比如美國的Garrett， Whites，得益于美國嬰兒潮出生人群的戶外探寶需求。七十年代起，隨著航空業(yè)迅速發(fā)展，航空及機(jī)場安全開始受到高度重視，為了防止旅客攜帶危險金屬上機(jī)，避免發(fā)生劫機(jī)或其他危險事件的發(fā)生，金屬探測門便成為各個機(jī)場必備的安檢設(shè)備，金屬探測技術(shù)也得到了全新的應(yīng)用，并進(jìn)而逐步發(fā)展至其它領(lǐng)域的應(yīng)用比如公檢法以及貴重金屬制品廠，電子廠，其中以意大利起亞，芬蘭麥特瑞特較為出名。中國品牌則誕生于90年代的桂林，后起之秀深圳市拓邁電子有限公司的金屬探測器門以及手持金屬探測器誕生于2007年，以過硬的電子技術(shù)以及穩(wěn)定耐用的產(chǎn)品品質(zhì)獲得了全世界用戶的認(rèn)可。

3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在金屬探測產(chǎn)品上的應(yīng)用

以安檢金屬探測門為例，現(xiàn)代的金屬探測門基本都為多區(qū)域探測指示。廠家一般將門柱上的顯示燈條分為多段，根據(jù)探測器的數(shù)字運(yùn)算，得出金屬的位置，大小，金屬種類，并通過燈條的燈光的強(qiáng)度位置來提醒安檢人員待測者的金屬攜帶狀況，本行業(yè)最多的將報警區(qū)域分為多達(dá)60個分區(qū)，垂直方向左中右，水平方向20個細(xì)分區(qū)。安檢員需要通過一閃而過的門柱燈條來定位金屬藏匿位置，然后使用手持金屬探測器給受測者全身檢查。檢視整個過程，我們可以發(fā)現(xiàn)流程不直觀且沒有效率，在配備增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡，以及相應(yīng)配套的無線傳輸軟件后，受檢人員從安檢門通過后，安檢門將金屬位置信息配合人員身高，將數(shù)據(jù)傳輸給AR眼鏡，通過安檢門的大數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)，能快速判斷出金屬的種類，大小并渲染出模擬實(shí)物三維圖像，疊加在移動的受檢人員身上，安檢人員能直觀的在顯示器界面上看到受測人員身上金屬的外觀，尺寸，種類以及精準(zhǔn)位置，大大縮減因?yàn)楦邚?qiáng)度工作帶來的失誤，以及重復(fù)檢測帶來的無效率。

在地下金屬探測應(yīng)用上，深圳市拓邁電子有限公司在2014年就已經(jīng)開始增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的儲備，在我們剛剛獲得授權(quán)的美國專利（US9，690，005 B2）上[2]，可以看到用戶可以通過頭戴式虛擬現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)耳機(jī)眼鏡來查看探測數(shù)據(jù)。金屬探測者主要通過金屬信號的聲音來判斷金屬的種類，深度等信息，在以往的探測器設(shè)計上，控制模塊主要與顯示部件為一體式設(shè)計，整體位于擺動支撐桿的上部，用戶在使用過程中需要經(jīng)常查看或者調(diào)節(jié)參數(shù)。以現(xiàn)有設(shè)計來看，用戶在戶外強(qiáng)光下，需要花費(fèi)更多時間來準(zhǔn)確讀到金屬探測器的數(shù)據(jù)，而且因?yàn)樾枰L時間低頭，對于使用者的頸部肌肉造成緊繃，不利于人體工學(xué)。在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)眼鏡，以及云端人工智能的技術(shù)支持下，AR眼鏡能直接將地下不可見目標(biāo)視覺化投射到眼鏡反光片上，用戶僅需要稍轉(zhuǎn)眼球就能看到豐富的疊加渲染信息，完全避免了人體工學(xué)設(shè)計缺陷以及戶外強(qiáng)光對數(shù)據(jù)讀取的缺點(diǎn)。

4 結(jié)語

得益于計算機(jī)硬件以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅猛發(fā)展，AR技術(shù)越來越多的被引入到現(xiàn)實(shí)生活，比如在娛樂業(yè)中，日本任天堂游戲公司推出了基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的Pokemon Go游戲，在工業(yè)設(shè)計行業(yè)，AR即將改變產(chǎn)品設(shè)計的方式，在醫(yī)療軍事上人們亦將看到增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)給各行各業(yè)帶來的巨大變革，而在金屬探測領(lǐng)域，在定位服務(wù)、資源融合服務(wù)、大數(shù)據(jù)分析服務(wù)等多種技術(shù)的加持下，AR技術(shù)必將為金屬探測行業(yè)的發(fā)展帶來根本性的變革。

參考文獻(xiàn)

[1]趙彥輝，黃均.移動互聯(lián)網(wǎng)時代增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在智能圖書館個性化服務(wù)中應(yīng)用探究[J].中國中醫(yī)藥圖書情報雜志，2016，40（1）：47-50.

[2]鄧懋權(quán)，一種無線金屬探測器：美國US9，690，005 B2.2014-07-14.