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“擁有像X光一樣的透視能力”的AI+無線設(shè)備

來自麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室的無線智能家居系統(tǒng),能夠幫助監(jiān)測(cè)疾病,讓老年人“老有所屬”(老年人能夠更獨(dú)立的生活)。

擁有像X光一樣的透視能力長久以來似乎都還是科幻小說中出現(xiàn)的超能力,不過在最近十年,一個(gè)由麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室(ComputerScienceandArtificialIntelligenceLaboratory,CSAIL)DinaKatabi教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì),正持續(xù)地開發(fā)“穿墻透視”技術(shù)。

他們最新的項(xiàng)目,“RF-Pose”,正使用AI訓(xùn)練無線設(shè)備感知人類的姿態(tài)和運(yùn)動(dòng)。這項(xiàng)技術(shù)甚至可以穿墻觀察墻對(duì)面的情況。

研究人員使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析從人類身體上反射的無線電波,然后生成簡(jiǎn)略動(dòng)態(tài)骨架結(jié)構(gòu)圖(火柴人圖)來展示人類行走、停下、坐下和四肢移動(dòng)的動(dòng)作。

該團(tuán)隊(duì)稱,“RF-Pose”項(xiàng)目的技術(shù)能夠被用來監(jiān)測(cè)類似帕金森、多發(fā)性硬化癥和肌肉萎縮癥等疾病,為醫(yī)生提供更多信息,從而對(duì)癥下藥。這項(xiàng)技術(shù)也將通過監(jiān)測(cè)跌倒、受傷和運(yùn)動(dòng)模式的變化,來幫助老年人能夠更獨(dú)立的生活。他們現(xiàn)在正和醫(yī)生們合作,來探索“RF-Pose”在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用。

“擁有像X光一樣的透視能力”的AI+無線設(shè)備

AI+無線設(shè)備,隔著墻壁也能看穿你!

團(tuán)隊(duì)收集的所有數(shù)據(jù)都得到了受試者同意,并且經(jīng)過匿名加密以保護(hù)隱私。在未來應(yīng)用方面,他們計(jì)劃執(zhí)行一套“許可機(jī)制”:受試者通過進(jìn)行一系列運(yùn)動(dòng)來啟動(dòng)設(shè)備的監(jiān)測(cè)。

論文共同作者Katabi說:我們發(fā)現(xiàn),通過監(jiān)測(cè)病人的行走速度和基本活動(dòng),醫(yī)生能夠從新的角度獲得一些對(duì)治療疾病有意義的信息。我們使用方法的主要優(yōu)勢(shì)在于,病患們不需要穿戴或調(diào)整任何設(shè)備,就能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)于無形!

除了醫(yī)療健康領(lǐng)域的應(yīng)用,團(tuán)隊(duì)表示,該項(xiàng)目還可以用在需要玩家在整個(gè)房子中移動(dòng)的視頻游戲中,或者需要定位幸存者的搜救任務(wù)等。

除了DinaKatabi教授,該論文的作者還包括博士生MingminZhao(趙明民,一作)、AntonioTorralba教授、碩士生TianhongLi、博士后MohammadAbuAlsheikh、博士生YonglongTian、博士生HangZhao。

他們將在本月晚些時(shí)候在猶他州鹽湖城召開的計(jì)算機(jī)視覺與模式識(shí)別會(huì)議(ConferenceonComputerVisionandPatternRecognition,CVPR)上展示這一成果。

對(duì)研究人員來說這個(gè)項(xiàng)目最大的挑戰(zhàn)是,大多數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)都需要人工標(biāo)注的數(shù)據(jù)集來進(jìn)行訓(xùn)練。以一個(gè)識(shí)別貓的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為例,其需要人們找到一個(gè)很大的圖片數(shù)據(jù)庫,并且將其中的圖片都標(biāo)注為“是貓”和“不是貓”。另外,人工標(biāo)注項(xiàng)目中所用的無線信號(hào)并不容易。

為了解決這一難題,研究者使用無線設(shè)備和攝像頭來采集數(shù)據(jù)。他們拍攝了數(shù)千張人類活動(dòng)場(chǎng)景(如行走、說話、坐下、開門和等電梯)的照片。

隨后,他們從這些相機(jī)拍攝的照片提取出不同姿勢(shì)的人類簡(jiǎn)略骨架(火柴人圖,用于表示人體姿態(tài)),將其與無線信號(hào)對(duì)應(yīng)起來。這樣的組合能讓系統(tǒng)學(xué)習(xí)出場(chǎng)景中無線信號(hào)和火柴人圖之間的關(guān)聯(lián)。

在訓(xùn)練后,“RF-Pose”能夠通過人類人體反射的無線信號(hào)來估計(jì)人類的姿勢(shì)和運(yùn)動(dòng),而不再依賴于照片。

“擁有像X光一樣的透視能力”的AI+無線設(shè)備

由于攝像頭不能穿墻透視,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從未使用過隔墻場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練。不過讓MIT團(tuán)隊(duì)十分驚訝的是,這個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠舉一反三來實(shí)現(xiàn)“隔墻透視”預(yù)測(cè)。

Torralba說:“如果你把計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)當(dāng)成一個(gè)老師,那么這個(gè)例子真的很有趣,作為學(xué)生的無線信號(hào)觀測(cè)系統(tǒng)居然比老師還厲害了。”

除了檢測(cè)運(yùn)動(dòng),作者還展示了使用無線信號(hào)識(shí)別身份的技術(shù)。他們通過觀測(cè)無線信號(hào)識(shí)別一組100個(gè)人的身份,能達(dá)到83%的識(shí)別正確率。這種技術(shù)將在需要識(shí)別特定人身份的搜救行動(dòng)中非常有幫助。

在這篇論文中,模型的輸出是二維的火柴人骨架圖。不過該團(tuán)隊(duì)正在將其擴(kuò)展到三維,以監(jiān)測(cè)更小幅度的運(yùn)動(dòng)。比如,這個(gè)系統(tǒng)將能夠通過觀察老年人的手的擺動(dòng)規(guī)律,來確定是否需要健康檢查。

趙明民表示:“通過視覺數(shù)據(jù)和AI結(jié)合實(shí)現(xiàn)穿墻觀測(cè),通過視覺數(shù)據(jù)和AI結(jié)合實(shí)現(xiàn)穿墻觀測(cè),我們能夠更好地理解生活場(chǎng)景,提供讓生活更安全,高效的環(huán)境!

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