Applications et limites de l’imagerie WiFi

La technologie de l’information, communément appelée informatique, a fait progresser de nombreuses industries comme l’automobile, le logement, les logiciels et la médecine. Les experts en informatique et les scientifiques ont également exploré la faisabilité d’une  puissante technologie d’imagerie  connue sous le nom d’imagerie Wi-Fi.

La technologie d’imagerie computationnelle a un vaste champ d’application dans la détection et l’identification d’objets. Les scientifiques ont mis au point de nombreuses techniques utilisant l’imagerie par micro-ondes traditionnelle. Cependant, ils ne pouvaient pas obtenir de résultats productifs.

C’est pourquoi ils ont fait progresser la technologie et introduit l’imagerie Wi-Fi que nous aborderons dans cet article.

Qu’est-ce que l’imagerie sans fil ?

L’imagerie sans fil est une technologie qui capture et transmet des images sur un réseau sans fil. Cela peut sembler simple, mais ce n’est pas le cas.

L’imagerie sans fil est un vaste concept qui couvre plusieurs secteurs, notamment :

• Voiture
• Maison intelligente ou IoT
• Applications industrielles

Nous passerons en revue les applications et les cas d’utilisation de l’imagerie WiFi. Mais d’abord, comprenons ce qu’est cette technologie.

Introduction

Le Wi-Fi, ou technologie Internet sans fil, a été introduit en 1997 lorsque les gens ont commencé à utiliser des appareils de mise en réseau modernes. Avant cela, les lignes téléphoniques et autres connexions câblées similaires étaient les sources d’Internet.

Depuis que cette technologie était ancienne, les utilisateurs ne se sont jamais améliorés avec l’Internet par câble. C’était lent et plein de perturbations du réseau. Il n’était pas non plus fiable car les données envoyées d’une source à une destination étaient une tâche risquée.

Avec le temps, la Wi-Fi Association a proposé des avancées dans la technologie sans fil et mis à niveau les appareils Wi-Fi. Cela comprenait le routeur, les modems, les commutateurs et les boosters.

Ces appareils respectent les normes IEEE WLAN qui fonctionnent avec tous les types de stations réseau. La norme WLAN la plus couramment utilisée dans nos connexions Internet à domicile est  802.11ax .

Nous savons tous à quel point la technologie Wi-Fi est devenue importante dans nos vies. Voici les utilisations courantes du Wi-Fi :

• Communication
• Partage de données
• Jeux en ligne

Alors que le Wi-Fi étendait sa portée à presque tous les espaces résidentiels, les scientifiques ont découvert que le Wi-Fi pouvait également être utilisé pour d’autres applications. L’une des découvertes qu’ils ont faites était de faire progresser le processus d’imagerie par micro-ondes à l’aide de signaux Wi-Fi.

Avant de poursuivre, comprenons quelques termes techniques utilisés tout au long de cet article.

Domaine de fréquence spatiale

Le domaine spatial fait référence à l’image statique de tout objet, tandis que le domaine fréquentiel analyse l’image avec ses pixels en mouvement. Cela signifie que les récepteurs de l’imagerie Wi-Fi capturent les informations de l’image dans le domaine des fréquences spatiales.

Radar Wi-Fi bistatique passif

Un radar bistatique est un appareil utilisé pour mesurer la portée d’un système radar ayant des émetteurs et des récepteurs WiFi séparés. Dans le système de radar WiFi bistatique passif, les récepteurs mesurent la différence de temps lorsqu’un signal arrive des émetteurs.

Ces récepteurs sont également chargés de calculer le temps des signaux WiFi transmis réfléchis par la cible réelle.

Imagerie micro-ondes vs système d’imagerie WiFi

L’imagerie par micro-ondes est une technologie plus ancienne que l’imagerie WiFi. La principale raison pour laquelle les scientifiques ont opté pour la mise à niveau technologique est que l’imagerie par micro-ondes consomme plus de temps de traitement.

Cette technique d’imagerie a présenté un balayage par faisceau mécanique et électrique, qui a montré de bons résultats. Cependant, le  temps d’acquisition des données  dans les deux techniques était un inconvénient qui retardait le traitement des images en imagerie à fréquence spatiale.

L’imagerie par micro-ondes était une option préférable pour la détection et l’identification d’objets. Encore une fois, les échantillons numérisés ont été traités à l’aide d’une technologie de pointe. Mais encore une fois, la limite de temps pour balayer un faisceau sur un champ était le principal problème.

Le scientifique a également utilisé la même technologie pour la détection d’objets, mais ils n’ont pas pu progresser car les appareils ne pouvaient pas capturer le rayonnement électromagnétique à faible génération thermique des personnes.

Ils ont nécessité un gros investissement pour acheter un récepteur moderne et un équipement de traitement du signal ayant une sensibilité élevée et une bande passante plus large.

Système d’imagerie Wi-Fi

La mise à niveau technologique a commencé avec l’utilisation du Wi-Fi. Mais, bien sûr, nous savons tous que le Wi-Fi est omniprésent, ce qui signifie qu’il est disponible partout.

Que ce soit à la maison, au bureau, au restaurant, à la gare ou dans un stade, vos appareils compatibles Wi-Fi reçoivent des signaux sans fil. C’est la raison pour laquelle les scientifiques ont capitalisé sur le Wi-Fi et amélioré l’imagerie par micro-ondes.

Les scientifiques ont également utilisé le Wi-Fi pour détecter et classer les humains par imagerie à travers les murs. Étant donné que les ondes radio peuvent facilement pénétrer à travers les rideaux, les tissus et les murs, le Wi-Fi est un outil puissant pour l’imagerie d’objets complexes.

Le traitement du signal est également plus productif dans les rayonnements Wi-Fi en raison de leur opacité aux longueurs d’onde optique et infrarouge.

Par conséquent, la nouvelle technique utilise l’imagerie par micro-ondes traditionnelle utilisant des signaux Wi-Fi. Des émetteurs WiFi indépendants éclairant ces signaux sont responsables du lancement du processus tandis que le récepteur capture les informations de l’image dans l’échantillonnage et le domaine de fréquence spatiale.

Le nouveau système d’imagerie Wi-Fi utilise des techniques radar passives sur les rayonnements tiers. Le radar passif utilise ces rayonnements pour :

• Détection
• Suivi

Une autre différence entre l’imagerie micro-ondes et WiFi est que la première utilise des réseaux d’antennes clairsemés pour traiter les images. Malheureusement, cela ne mesure que de très faibles rayonnements EM générés thermiquement.

D’autre part, la technologie mise à niveau utilise des signaux Wi-Fi qui fonctionnent sur des récepteurs normaux à une fréquence de 25 MHz et un temps d’intégration de 10 microsecondes. La fréquence et le temps d’intégration sont améliorés en utilisant les signaux WiFi pour l’imagerie computationnelle.

Ainsi, la méthode proposée dans la version améliorée du système d’imagerie par micro-ondes peut fonctionner sur un équipement à faible coût et donner de meilleurs résultats. Pas besoin d’investir dans des récepteurs à large bande passante pour utiliser un réseau clairsemé.

Les récepteurs existants peuvent utiliser les signaux Wi-Fi car ils sont disponibles presque partout. De plus, seules les composantes de signal corrélées restent dans le temps alloué. Par conséquent, ces signaux peuvent stimuler l’imagerie computationnelle à des fins de détection et de communication.

Pourquoi l’imagerie Wi-Fi est-elle une meilleure approche ?

L’imagerie utilisant des signaux Wi-Fi est meilleure que les technologies précédentes pour diverses raisons. Par exemple, l’imagerie utilisant le traitement du signal Wi-Fi constitue un facteur de préservation de la vie privée.

De plus, vous n’avez pas à dépenser des milliers de dollars pour acheter des récepteurs haut de gamme. Les mesures de puissance WiFi sont suffisantes pour analyser la détection et la classification des objets afin de réussir l’imagerie.

Bien que du matériel spécialisé pour l’imagerie soit disponible, ils nécessitent d’autres modules complémentaires qui augmentent considérablement le coût du projet.

En utilisant les informations de fréquence spatiale échantillonnées, les résultats ont montré la localisation d’objets humains et métalliques. Cela a prouvé le taux de réussite de l’imagerie Wi-Fi avec la précision médiane suivante :

• 26 cm pour les sujets humains statiques
• 15 cm pour les objets métalliques statiques

Limites de l’imagerie Wi-Fi

Il ne fait aucun doute que l’imagerie par micro-ondes utilisant des signaux Wi-Fi est une technologie puissante pour localiser les humains et d’autres objets. Vous pouvez facilement localiser la position d’un ensemble particulier d’humains et d’objets. Cependant, il existe certaines limites dans la manière de mettre en œuvre l’imagerie Wi-Fi.

Discutons-en.

Taille de l’objet

La technologie d’imagerie Wi-Fi proposée repose sur la taille de l’objet. Le système d’imagerie localise les objets de grande taille. Par exemple:

• Canapé
• les tables
• Grandes fenêtres

Sans aucun doute, les objets de grande taille sont faciles à détecter et à localiser en raison de leurs dimensions claires à analyser. Qu’ils utilisent la technologie 2D ou 3D, les algorithmes de traitement d’image identifient facilement les objets de grande taille sans perdre beaucoup de temps.

Lorsque vous préparez un système pour le traitement d’images, vous devez d’abord le laisser apprendre les objets sous forme d’échantillons. Ce processus s’appelle l’apprentissage automatique, l’un des domaines les plus courants de l’intelligence artificielle (IA).

L’apprentissage automatique est l’étape fondamentale de tout type d’imagerie. Pour construire une technologie sans alimenter votre système avant l’imagerie, vous devez acheter un équipement d’IA puissant qui analyse l’objet comme des humains. Mais dépenser trop d’argent juste pour la commodité n’est pas judicieux car l’apprentissage automatique est facile à mettre en œuvre.

Par conséquent, vous devez alimenter votre système avec les échantillons des objets afin que la capture des signaux WiFi transmis puisse donner de meilleurs résultats que les récepteurs utilisés dans la détection radar traditionnelle et l’imagerie micro-ondes.

Matériel

Le matériau de l’objet est également important lors de l’utilisation de l’imagerie Wi-Fi pour la détection et la localisation. Par exemple, le système proposé donne des résultats prometteurs si l’objet a des surfaces réfléchissantes.

Par exemple, les surfaces métalliques se sont toujours révélées être de meilleurs objets, même pour les fréquences optiques ou infrarouges.

Le même principe s’applique également ici : un objet de grande taille ayant une surface réfléchissante est plus facile à imager que de petits objets métalliques. Pourquoi?

Bien qu’un objet brillant reflète de bons signaux Wi-Fi, sa petite taille rend la section transversale congestionnée pour le rayonnement entrant. En conséquence, les multiples signaux WiFi transmis ne peuvent pas imaginer correctement cet objet.

Un autre problème avec la dimension de l’objet est que lorsque la taille devient proportionnelle à la longueur d’onde des signaux WiFi, l’interaction entre les deux entités se réduit.

Comment résoudre la limitation dimension-fréquence ?

Un système d’imagerie Wi-Fi nécessite une différence significative entre la taille de l’objet et la longueur d’onde des signaux Wi-Fi présents. Si la taille de l’objet est grande, la longueur d’onde des signaux WiFi doit être plus petite et vice versa.

Vous devez transmettre une fréquence plus élevée, c’est-à-dire 5 GHz, pour réduire la longueur d’onde des signaux WiFi. Cependant, il n’y a toujours pas de résultat concret indiquant que les signaux WiFi basse fréquence dans les systèmes d’imagerie interférométrique passifs fonctionnent avec des objets plus petits.

C’est à cause de la zone de section transversale plus petite, qui ne permet pas aux composants de signal corrélés de rester intacts dans l’imagerie à travers le mur.

Certains des plus petits objets qui ont été échantillonnés au cours de plusieurs expériences étaient :

• Pièce de monnaie
• Clés
• Épingle de sûreté

Outre l’utilisation d’équipements différents, la modification de la gamme de fréquences pour la détection d’objets à résolution spatiale plus petite est en cours d’observation.

Résolution de l’image

La résolution d’imagerie est une caractéristique essentielle de la technologie proposée. De plus, cela dépend des deux facteurs suivants :

• Longueur d’onde du signal Wi-Fi
• Longueur du réseau d’antennes

Vous pouvez augmenter la résolution d’imagerie en maintenant la longueur d’onde du signal constante et en augmentant la longueur du réseau d’antennes.

Au cours de l’expérience, les scientifiques ont tenté d’améliorer la résolution de l’image en augmentant la fréquence à 5 GHz, ce qui réduit la longueur d’onde. Ensuite, ils n’ont pas modifié la longueur d’onde de traitement du signal et la longueur du réseau d’antennes.

En conséquence, les scientifiques n’ont observé aucune amélioration de la résolution d’imagerie. Une autre découverte clé était que le nombre d’antennes n’avait pas d’importance dans le processus d’imagerie.

Si vous placez l’antenne dans la bonne position, vous pouvez obtenir des résultats productifs avec seulement une paire d’antennes. Pourquoi?

Les réseaux d’antennes captent les rayonnements de l’objet observé. L’utilisation de plusieurs emplacements d’antenne augmente sans aucun doute la probabilité d’une résolution d’image optimale, mais c’est une question de technologie rentable.

En outre, les entreprises fabriquent également des antennes à faible coût pour la technologie d’imagerie Wi-Fi afin d’augmenter sa portée et son efficacité.

Ainsi, vous pouvez imaginer l’objet avec uniquement des mesures de puissance WiFi si vous maintenez la longueur du réseau d’antennes constante. La modification de la gamme de fréquences entrantes peut également affecter la résolution de l’image.

Orientation de l’objet

L’orientation de l’objet est une autre contrainte dans la technologie proposée. Le système d’imagerie WiFi nécessite que l’objet soit dans le modèle de rayonnement transmis. Vous savez déjà que les ondes électromagnétiques créent un champ et voyagent en rythme. Ce champ devient une tendance pour les vagues suivantes.

Si vous placez un objet dans ce champ avec son orientation en position de déviation, vous n’obtiendrez pas de vrais résultats. Il est donc important de maintenir l’orientation de l’objet dans le modèle de rayonnement transmis.

En outre, vous pouvez résoudre ce problème de la manière suivante :

• Réglez l’emplacement des antennes de manière optimisée.
• Choisissez les antennes qui ont de meilleurs diagrammes de rayonnement.

Il est important de connaître l’axe horizontal et vertical du motif pour obtenir un résultat utile dans les deux dimensions de fréquence spatiale.

Applications de l’imagerie Wi-Fi

Plusieurs applications de l’imagerie Wi-Fi sont utilisées à des fins commerciales et industrielles. Par exemple.

Suivi des stocks

Les centres commerciaux et les centres commerciaux utilisaient des chariots utilisant des capteurs radar pour la gestion des stocks. Ces chariots contrôlés par radar n’ont pas besoin d’étiquette de capteur car chaque chariot fonctionne avec une identification spéciale.

La base de données regroupe les chariots en plusieurs équipes, puis le superviseur attribue une tâche à chaque équipe.

Ces chariots réussissent à gérer efficacement l’inventaire des entrepôts. De plus, les clients peuvent également obtenir ces chariots à l’intérieur des locaux du magasin et faire leurs achats avec un système d’achat sans numéraire.

Maisons intelligentes

L’IdO est la prochaine grande percée dans l’industrie du logement. La technologie d’imagerie Wi-Fi effectue une détection radar traditionnelle pour identifier les gros objets, notamment :

• Des portes
• les fenêtres
• Frigo

Vous pouvez déployer les antennes et les capteurs nécessaires pour contrôler les gros objets de votre maison. Par exemple, les fréquences spatiales mesurées par le réseau de l’antenne peuvent vérifier les signaux de communication existants et vous informer de l’état de l’objet.

De plus, vous pouvez programmer l’ensemble du système en utilisant la cohérence mutuelle spatiale moyenne et les directions horizontale et verticale pour contrôler le mouvement de l’objet à l’aide du traitement du signal Wi-Fi.

La principale contrainte de cette application est d’avoir un réseau stable car les systèmes d’imagerie passive ont besoin de signaux WiFi pour analyser les dimensions de l’objet.

FAQ

Qu’est-ce qu’un Doppler Wi-Fi ?

WiFi Doppler est une technologie de détection qui utilise un seul appareil WiFi pour détecter la position et le mouvement d’un objet. Vous n’avez pas besoin de plusieurs appareils WiFIi pour obtenir des résultats en utilisant le WiFi Doppler.

Le Wi-Fi peut-il voir à travers les murs ?

Oui. Vous pouvez utiliser les signaux Wi-Fi pour voir à travers les murs.

Comment puis-je faire en sorte que le Wi-Fi pénètre dans un mur ?

1. Boostez le Wi-Fi interne à l’aide d’amplificateurs de portée Wi-Fi.
2. Déployez un réseau maillé.

Les multiples signaux WiFi transmis les uns par les autres. Comment?

Les signaux WiFi se croisent généralement si les routeurs fonctionnent sur le même canal.

Les signaux WiFi peuvent-ils produire des résultats grâce à l’imagerie murale ?

Oui. C’est parce que le WiFi utilise des ondes radio qui peuvent traverser les murs.

Conclusion

L’imagerie Wi-Fi devient courante dans le domaine du traitement d’images en raison de sa disponibilité dans presque tous les espaces résidentiels, commerciaux et industriels. Par conséquent, l’utilisation de l’imagerie Wi-Fi pour détecter l’emplacement et le mouvement d’un objet sera la prochaine grande technologie au service de l’humanité.