如何使用 Wi-Fi 找到一个人并识别他们的姿势

研究人员已经学会使用 Wi-Fi 信号在室内识别人的位置和姿势。为了做到这一点，他们使用了普通家用路由器和机器学习。

今天，科学家们使用Wi-Fi信号来实现室内识别人的位置和姿势。更具体地说，卡内基梅隆大学的三位研究人员开发了一种方法，利用普通家庭Wi-Fi路由器的信号，不仅可以精确定位一个人在房间里的位置，还可以识别他们的姿势。

为什么选择Wi-Fi？这有几个原因。首先，与光学识别不同，无线电信号在黑暗中能完美工作，不会被家具等小障碍物阻挡。其次，它的成本低廉，相比之下激光雷达和雷达这类可能完成任务的工具则昂贵得多。第三，Wi-Fi已经无处不在——伸手即可获取。但这种方法究竟有多有效呢？你又能用它做什么呢？让我们深入探讨。

DensePose：一种识别图像中人体姿势的方法

然而，为了开始这一过程，我们需要先退一步——首先，我们必须掌握如何准确识别人体及其一般姿态。2018年，另一组科学家提出了一种名为DensePose的方法。他们成功地利用该方法在照片中识别人体姿态——即那些没有额外深度数据支持的二维图像。

其工作原理如下：首先，DensePose模型在图像中寻找被识别为人体的物体。随后，这些物体被分割成不同的区域，每个区域对应一个特定的身体部位并进行单独分析。采用这种方法的原因在于身体各部位的运动方式大相径庭：例如，头部和躯干的行为与手臂和腿部截然不同。

DensePose能够准确识别照片中人体的姿势，甚至还能创建它们表面的UV映射。

因此，该模型已经学会将二维图像与人体的3D表面相关联，不仅获得了对应于识别姿势的图像标注，还得到了照片中描绘的人体的UV贴图。后者使得例如在图像上叠加纹理成为可能。

最令人印象深刻的是，这项技术能够准确识别集体照中多个人的姿势，甚至是那些混乱的“毕业舞会”照片，其中人们紧紧相拥且彼此部分遮挡。

DensePose能准确识别团体照片中各个人物的位置。

此外，如果论文中展示的图像以及研究人员发布的视频可信的话，该系统甚至能够自信地处理最不寻常的身体姿势。例如，神经网络能正确识别骑自行车、摩托车和马的人，还能准确判断棒球运动员、足球运动员甚至是经常以不可预测方式移动的霹雳舞者的姿势。

DensePose模型即使在非常不寻常的姿势下也能很好地工作。

DensePose的另一个优势是它不需要超强的计算能力即可运行。使用GeForce GTX 1080——即使在研究发表时也远非顶级显卡——DensePose在240×320分辨率下能捕捉到每秒20至26帧，而在800×1100分辨率下则能达到每秒最多5帧。

DensePose 通过 Wi-Fi：使用无线电波而非照片

基本上，卡内基梅隆大学的研究人员的想法是利用现有的高性能身体识别AI模型DensePose，但不是通过照片，而是通过Wi-Fi信号来进行输入。

为了进行实验，他们搭建了以下设置：

• 两个支架上各放置一个标准的TP-Link家用路由器，每个路由器配备三个天线：一个作为发射器，另一个作为接收器。
  

• 识别场景位于这两个支架之间。

• 在接收器路由器旁边的支架上安装了一个摄像头，用于捕捉研究人员试图通过Wi-Fi信号识别的同一现场画面。

使用Wi-Fi识别人体姿态的测试台总体图

接下来，他们运行了DensePose系统，该系统利用安装在接收器路由器旁边的摄像头来识别身体位置，并指派其训练另一个与来自接收路由器的Wi-Fi信号协同工作的神经网络。此信号经过预处理和修改以实现更可靠的识别——但这些都是次要细节。关键在于研究者确实成功创建了一个新的Wi-Fi-DensePose模型，该模型能够通过Wi-Fi信号精确重构人体的空间位置。

在良好的条件下，该模型能够很好地识别人体姿势。

方法的局限性

然而，我们还不应急于撰写诸如“科学家利用Wi-Fi透视墙壁”的标题。首先，这里的“看见”颇为抽象——模型实际上并未“看到”人体，而是能根据间接数据以一定概率预测其位置和姿态。

使用Wi-Fi信号对任何细节丰富的物体进行可视化都是一个复杂的挑战。这一点在另一项类似研究中得到了印证，该研究的实验对象远比人体简单得多——而结果即便委婉地说也远非理想。

使用Wi-Fi信号可视化物体：边缘越不明显，效果越差。

同样值得注意的是，卡内基梅隆大学研究人员构建的模型在识别照片中姿态的准确性上远不如原始方法，并且还表现出相当严重的“幻觉”现象。该模型特别难以处理非典型姿态或涉及多于两人的场景。

Wi-Fi DensePose模型不能很好地处理单个场景中的非标准姿势或大量人体。

此外，该研究中的测试条件被严格控制：简单的、定义明确的结构，发射器和接收器之间清晰的视线连接，以及最小的无线电信号干扰——研究人员设置了一切以便他们能轻易地用无线电波“穿透”场景。这种理想情况在现实世界中很难再现。

因此，如果你担心有人侵入你的Wi-Fi路由器并监视你在家中的活动，放心吧。如果家中有什么值得担忧的，那应该是家用电器。例如，智能宠物喂食器甚至儿童玩具都配备了摄像头、麦克风和云连接功能；而机器人吸尘器甚至在黑暗中也能完美工作的激光雷达（lidar）以及移动能力。

而在户外，还有另一个间谍在等着你——一个四轮的间谍。就收集的信息量而言，当今的汽车远远超过了智能手表、智能扬声器和其他日常小工具。

原文始发于微信公众号（独眼情报）：如何使用 Wi-Fi 找到一个人并识别他们的姿势