在很多科幻電影裏，我們看到過很多不明覺厲的高科技，

無論是《鋼鐵俠》中的全息投影，《碟中諜4》中的智能手套，還是《星球大戰》中的飛行汽車，《頭號玩家》中的Wi-Fi感知技術，盤點這些科幻影片中的高科技產品，我們會發現夢想已照進現實。

        北京郵電大學先進信息網絡bbin宝盈集团研發的Wi-Fi人體感知技術，便是讓隨時、隨地、隨感的「智聯互通」世界變為現實的關鍵一步。老師在遠處不拿粉筆，動動手臂，黑板上的文字像原始打印機似的隔空生出，這麼科幻的畫面不再是神話；遠程呼吸、睡眠、跌倒、入侵檢測也不再受攝影頭的制約，只要有Wi-Fi的空間，一切人類活動將變的透明，科幻電影中的感應特異功能也不再虛幻。

Wi-Fi人體感知技術是何方神聖？

        Wi-Fi人體感知技術是何方神聖？通俗的說，這項技術利用城市中廣泛存在的Wi-Fi基礎設施，可實現被動式人體檢測，其中包含識別人的位置、姿勢、動作等。應用場景有室內定位、安全監控，以及針對老人和小孩的室內醫療監護、新型人機交互方式等。

        據先進信息網絡bbin宝盈集团主任溫向明教授介紹，Wi-Fi人體感知技術利用廣泛部署的Wi-Fi基礎設施實現這些功能，將在成本、易用性、普適性等方面極具優勢，具有廣泛的研究意義和應用價值。在未來，基於Wi-Fi的人體感知系統將成為世界上部署最廣泛的無線感知網絡：在辦公室、寫字樓、商場、機場等公共場所鋪開一張大網，注視着人們的生活。在這樣一個網絡中，每個人在物理世界的存在即賦予了其在數字世界中的存在。

Wi-Fi人體感知機理

△Wi-Fi人體感知機理

        Wi-Fi人體感知技術的實現，是在室內環境下，由信號發射機產生的無線電波經由直射、反射、散射等多條路徑傳播，在信號接收機處形成多徑疊加信號。多徑疊加信號受其傳播物理空間的影響，攜帶着反映環境特徵的信息，並最終通過Wi-Fi接收端的多徑疊加信號反演人體活動的過程，被稱為Wi-Fi感知。

        Wi-Fi人體感知得益於非接觸感知便利性、私隱保護性和廣泛部署的Wi-Fi基礎設施。近年來，Wi-Fi物理層信道狀態信息（CSI）的獲取，賦予了Wi-Fi設備更細粒度感知人體行為的能力，通過提取、分析和解釋CSI中所包含的人體行為特徵，即可實現人體感知。

        因此，Wi-Fi人體感知技術蓬勃發展，各類感知應用層出不窮，包括人體存在檢測、危險動作檢測、室內定位、身份鑑別、行為識別及生命體徵監測等。

Wi-Fi人體感知之室內健康監控

△室內應用場景

        Wi-Fi人體感知技術室內健康監控系統，多用於老人的健康監控，常見於養老院、獨居老人居所等。主要用來監控老人的生命體徵信息，如呼吸、心跳等，以及危險動作的發生，如跌倒、長時間靜止等動作。

        傳統的室內健康監控系統，多利用可穿戴傳感器、特製床墊等感知佩戴者的生命體徵，基於環境中部署的傳感器如攝像頭、特製地板等感知危險動作的發生。

△Wi-Fi呼吸監測系統場景與實時波形

        Wi-Fi人體感知技術能夠利用房間內廣泛存在的Wi-Fi信號，同時檢測到人體的生命體徵及危險動作。通過信號處理算法及機器學習算法，「Wi-Fi感知」技術可實時刻畫出人體呼吸波形及對危險動作的檢測與分類，甚至是實時刻畫人體姿態圖像。

         由於電磁波具有穿透遮擋物的特性，因此基於少數Wi-Fi設備，便可實現對整個室內環境的監控。

Wi-Fi人體感知之應急救援

△Wi-Fi呼吸監測系統原理

        在地震、火災、泥石流等情況發生時，常常出現存活人員難以檢測的問題。傳統的檢測方式多採用雷達設備，但在災難發生時，由於雷達設備體積較大、運輸不便，往往會耽誤最佳救援時間。

        災害發生後，被埋人員往往受傷嚴重失去意識，難以發現及定位，有了Wi-Fi人體感知技術，便可搭載無人機等設備，通過檢測人體呼吸的存在，第一時間檢測到受災被埋區域是否有存活人員。該技術可方便、快速、大規模部署，能夠有效提高搜救效率，及時找到生還者。

        此外，Wi-Fi人體感知技術還常用於人機交互機及車輛的自動駕駛場景。據悉，該技術不僅可改變以往傳統基於傳感器方式的遊戲手柄、跳舞毯、寫字板，實現無接觸式感知，而且應用在車輛的自動駕駛領域，即使有遮擋物存在時，也可利用Wi-Fi感知技術生成類似視頻幀的圖像，輔助監控行人等。

先進信息網絡bbin宝盈集团在Wi-Fi人體感知技術領域有哪些突破？

        隨着研究的深入，各類感知應用性能不斷提升，Wi-Fi人體感知技術也逐步向更細粒度、更複雜、可視化的方向發展。先進信息網絡bbin宝盈集团順應發展，在該領域取得了以下新的技術突破。

實現隔空手寫

        從粗粒度簡單手勢識別發展到目前刻畫出手部移動軌跡圖，實現隔空手寫輸入。

△隔空手寫輸入圖（左為實驗場景，右為實驗結果）

        實驗室團隊成員提出的基於Wi-Fi的手部追蹤方案，不但克服了以往手勢感知中面臨的設備昂貴、需定製化、需密集部署等難題，而且只依託信號處理方法無需建模，就從根本上解決了以往感知方案依賴模型訓練導致的泛化能力差等問題。據郭凌超介紹，目前在1.5的感知區域內實現了2.2cm的中位追蹤誤差。

        此外，利用新的追蹤技術團隊成員還實現了一個空中手寫輸入的原型系統，以提供可靠的文本輸入。

實現信號可視化

        從粗粒度人體存在檢測、簡單動作識別到目前構建出細粒度人體骨架圖，實現信號可視化。

        實驗室團隊成員創新性提出利用商用Wi-Fi設備捕獲人體姿態圖像，生成與攝像頭類似的細粒度的人體姿態骨架圖，該方案可穿透遮擋物捕獲人體姿態，成本較低，並且達到了目前最細粒度的人體刻畫精度，同時也突破了基於視覺的成像技術易受光線及遮擋物影響的弱點，為成像技術提供了新方案。

        傳統的Wi-Fi感知技術粒度較粗，一般是將人體抽象成單點反射體，進行定位或軌跡追蹤，或者通過與預先訓練的數據集相匹配實現少數動作的分類。

        為此，實驗室團隊成員創新利用Wi-Fi信號生成細粒度的人體姿態圖像，使得商用Wi-Fi設備能夠像攝像頭一樣，生成人體姿態視頻流，這樣就可以穿透不透明遮擋物，如牆壁等工作。據項目負責人路兆銘副教授介紹，此項技術突破可達到目前人體感知的最細粒度，提供更加全面的信息，使用目前計算機視覺方法便可識別動作、手勢，檢測及區分人體，甚至是判斷人體所在位置，能夠更好的應用在如室內健康監控，應急救援等。

△非視距Wi-Fi人體姿態估計圖

        此外，為實現更細粒度的檢測，團隊成員還研究了基於信道切換和聚合的帶寬拓展機制，從根本上提升感知解像度；研究信號感興趣成分保留算法，提取與人體相關的多徑成分；研究視頻跨形態監督的Wi-Fi信號人體姿態成像模型構建，建立不同模態之間的橋樑。

感知精度大幅提升

研究多種Wi-Fi信號解像度提升算法，從根本上提升Wi-Fi人體感知技術的感知精度

        實驗室團隊成員通過研究基於信道切換與聚合的帶寬拓展機制、基於感興趣區域等的信號處理算法等，分別從提升商用Wi-Fi的多徑解像度、提煉用於感知的Wi-Fi信號等方面，大幅提升Wi-Fi人體感知技術的感知精度。

        目前，團隊在該領域已發表SCI論文3篇，EI論文3篇，獲授權專利2項（其中美國專利1項），申請專利6項（其中美國專利1項）。

        未來已來，Wi-Fi人體感知技術正在靠近我們的生活，隨着無線通信和感知能力的不斷進步，無線技術和物聯網技術必將蓬勃發展，從而將催生出眾多無線感知的新環境以及大規模的感知數據。北京郵電大學先進信息網絡bbin宝盈集团團隊成員將進一步深入研究Wi-Fi人體感知技術，為人機交互、智慧城市和智能監護等提供創新手段，從而更好的改變人類生活。