Citraan Berbasis Radio Real-Time: Mendeteksi Objek Tersembunyi dan Berkecepatan Tinggi dari Jarak Jauh
Peneliti telah mengembangkan metode untuk menggunakan sinyal radio untuk menciptakan citra dan video real-time dari objek tersembunyi dan bergerak. Sistem ini memungkinkan citraan real-time di sekitar sudut dan melalui dinding serta pelacakan objek yang bergerak cepat seperti puing angkasa berukuran milimeter yang terbang dengan kecepatan 20.000 mil per jam — semuanya dari jarak standoff.
Metode citraan ini adalah variasi pada radar, yang mengirimkan impuls elektromagnetik, menunggu refleksi, dan mengukur waktu perjalan bolak-balik untuk menentukan jarak ke target. Radar multi-situs biasanya memiliki satu pemancar dan beberapa penerima yang menerima gema dan mensetriangulasikannya untuk menentukan lokasi objek. Metode baru — disebut m-Widar — menggunakan beberapa pemancar dan satu penerima.
Tim demonstrasi teknik ini dalam kamar anekoik (tidak bergema), membuat citra dari adegan 3D yang melibatkan orang yang bergerak di balik papan gypsum. Daya pemancar setara dengan 12 ponsel yang mengirim sinyal secara bersamaan untuk menciptakan citra target dari jarak sekitar 10 meter (30 kaki) melalui papan gypsum. Sistem saat ini memiliki jangkauan potensi hingga beberapa kilometer. Dengan beberapa perbaikan, jangkauan bisa jauh lebih jauh, terbatas hanya oleh daya pemancar dan sensitivitas penerima.
Teknik dasar adalah bentuk citraan komputasi dikenal sebagai rendering transien, yang ada sebagai alat rekonstruksi citra sejak 2008. Ide adalah untuk menggunakan sampel kecil dari pengukuran sinyal untuk merekonstruksi citra berdasarkan pola dan korelasi acak. Teknik ini sebelumnya telah digunakan dalam pengkodean komunikasi dan manajemen jaringan, pembelajaran mesin, dan beberapa bentuk citraan canggih.
Baca Q&A dengan Peneliti
Fabio da Silva berbicara dengan Tech Briefs tentang m-Widar.
Teknik baru ini menggabungkan teknik pemrosesan sinyal dan pemodelan dari bidang lain untuk menciptakan rumus matematika baru untuk merekonstruksi citra. Setiap pemancar memancarkan pola impuls yang berbeda secara bersamaan dalam jenis urutan acak tertentu yang interferensi dalam ruang dan waktu dengan impuls dari pemancar lain dan menghasilkan cukup informasi untuk membangun citra.
Anten transmisi beroperasi pada frekuensi dari 200 megahertz hingga 10 gigahertz, sekitar setengah atas spektrum radio, yang termasuk mikrogelombang. Penerima terdiri dari dua anten yang terhubung ke digitizer sinyal. Data yang di-digitkan ditransfer ke komputer laptop dan diunggah ke unit pemrosesan grafis untuk merekonstruksi citra. Tim menggunakan metode untuk merekonstruksi adegan dengan 1,5 miliar sampel per detik, laju frame citra yang sesuai sebesar 366 kilohertz (frame per detik). Untuk perbandingan, ini sekitar 100 hingga 1.000 kali lebih banyak frame per detik daripada kamera video ponsel.
Dengan 12 anten, sistem menghasilkan citra 4096-piksel dengan resolusi sekitar 10 sentimeter di seluruh adegan 10 meter. Resolusi citra ini dapat berguna ketika sensitivitas atau privasi menjadi perhatian. Resolusi dapat ditingkatkan dengan meningkatkan sistem menggunakan teknologi yang ada termasuk lebih banyak anten transmisi dan generator sinyal acak serta digitizer yang lebih cepat. Di masa depan, citra dapat ditingkatkan dengan menggunakan keterpautan kuantum, di mana properti sinyal radio individu akan terhubung satu sama lain.
Teknik citraan baru ini juga dapat disesuaikan untuk mentransmisikan cahaya terlihat alih-alih sinyal radio — laser ultrafast dapat meningkatkan resolusi citra tetapi akan kehilangan kemampuan untuk menembus dinding — atau gelombang suara yang digunakan untuk aplikasi citraan sonar dan ultrason. Selain citraan kondisi darurat dan puing angkasa, metode baru ini mungkin juga dapat digunakan untuk mengukur kecepatan gelombang kejut, metrik kunci untuk mengevaluasi peledak, dan untuk memantau tanda vital seperti detak jantung dan pernapasan.
