淺析AR增強現實技術在金屬探測行業的應用

摘 要：增強現實（Augmented Reality，簡稱 AR），是一種利用疊加的圖形或文字等虛擬影像，對用戶周圍真實世界的場景進行渲染增強，讓虛擬影像與實體事物同時在同一個空間表現的高新技術。該技術要實現的目標是在屏幕上把虛擬世界疊加在現實世界并進行互動。本文根據現今計算機技術發展的現狀，輔以AR技術的特點，以及現代人工智能技術的長足發展，從金屬探測器在安全檢查，民用探測應用兩個方面探討增強現實技術在金屬探測器行業的應用。

關鍵詞：金屬探測器；增強現實技術；人工智能

中圖分類號：TP21 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）07-0063-01

金屬探測器行業主要應用于公共及公檢法的危險金屬品探測，地下金屬搜尋，食品及工業生產類金屬探測三大應用。主要利用VLF甚低頻，脈沖感應Pulse Induction技術對金屬進行探測及分析。本文主要針對安檢及地下探測應用為主要討論對象。

1 AR顯示增強技術的相關概述

增強現實透過攝影機影像的位置及角度精算并加上圖像分析技術，讓屏幕上虛擬世界能夠與現實世界場景進行結合與互動的技術。這種技術于1990年提出。隨著隨身電子產品運算能力的提升，增強現實的用途也越來越廣。北卡大學 Ronald Azuma（ 阿祖瑪）于1997年提出的，他認為增強現實包括三個方面的內容：（1）將虛擬物與現實結合；（2）即時互動；（3）三維。已上市的AR硬件包含光學投影系統、監視器、行動裝置、頭戴式顯示器、抬頭顯示器、電腦[1]。

AR產品主要由以下幾個關鍵部分組成。

軟件。AR系統的關鍵在于如何將渲染圖像與實際環境結合，AR算法軟件從入設備中的影像取得真實世界的座標，再將渲染圖像疊加在座標上。 為了能讓增強現實更加方便開發，市面上已有許多配套的軟件開發套件，例如ARKit、Unity。

處理器。處理器是整個系統的大腦，所有的數據、信息最后都會被匯總到處理器，因此處理器需要進行大量的運算，包括慣性跟蹤器測量結果的處理，隨動電機平臺的控制，虛擬世界的建立，虛擬攝像機的控制，立體圖像的生成，增強現實效果的實現等。

顯示部分。顯示部分是系統的顯示輸出設備，計算機將渲染后的帶有立體視覺的增強現實視頻輸出到顯示部分上面供用戶查看，所以顯示器也是系統中和觀察者具有最直接聯系的設備，用戶的沉浸感是否實現在很大程度上取決于顯示器的成像質量和配帶感覺上，而不是計算機渲染出的增強現實效果?，F在有微軟出品的HOLOLENS，谷歌公司的Google Glass等優秀設備。

加速度起。用來測繪觀測者的頭部運動情況并實時將數據發送給計算機。為了實現各個設備以及虛實攝像機之間的匹配，所有設備共用加速度起的測量結果，因此加速度起相當于系統中的主控元件，其精度直接影響整套系統的效果。

隨動伺服平臺。伺服系統主要負責真實場景的采集任務，由雙攝像機系統、隨動平臺以及驅動電機組成。雙攝像機系統固定在隨動平臺上，與隨動平臺保持相對固定，驅動電機控制平臺轉動。處理器首先獲得觀察者的頭部運動數據，后計算出攝像機系統需要拍攝的走動方向并發送信號給伺服，伺服根據計算機的要求驅動隨動平臺轉動，從而帶動攝像機系統改變圖像采集方向。

2 金屬探測器的發展歷史

1874年，法國發明家Gustave Trouvé發明了一個手持的探測儀器用來探測人體內的子彈，1881年，Alexander Graham Bell（貝爾）試圖利用一個早期金屬探測器尋找刺客射入美國總統James Garfield（加菲爾德）胸部的子彈。但由于加菲爾德躺在金屬床干擾了金屬探測器，貝爾的努力最終以失敗告終。

現代金屬探測器的發展則要歸功于Gerhard Fischer費希爾，他發現含礦巖石會干擾無線電信號。他認為既然無線電波束會受到金屬干擾，那就有可能設計一種設備，能夠利用可在一個無線電頻率下發生共振的探測線圈尋找金屬。

到了20世紀50年代，逐漸出現應用在公眾尋寶以及安全探測領域，真正意義的金屬探測器，比如美國的Garrett， Whites，得益于美國嬰兒潮出生人群的戶外探寶需求。七十年代起，隨著航空業迅速發展，航空及機場安全開始受到高度重視，為了防止旅客攜帶危險金屬上機，避免發生劫機或其他危險事件的發生，金屬探測門便成為各個機場必備的安檢設備，金屬探測技術也得到了全新的應用，并進而逐步發展至其它領域的應用比如公檢法以及貴重金屬制品廠，電子廠，其中以意大利起亞，芬蘭麥特瑞特較為出名。中國品牌則誕生于90年代的桂林，后起之秀深圳市拓邁電子有限公司的金屬探測器門以及手持金屬探測器誕生于2007年，以過硬的電子技術以及穩定耐用的產品品質獲得了全世界用戶的認可。

3 增強現實技術在金屬探測產品上的應用

以安檢金屬探測門為例，現代的金屬探測門基本都為多區域探測指示。廠家一般將門柱上的顯示燈條分為多段，根據探測器的數字運算，得出金屬的位置，大小，金屬種類，并通過燈條的燈光的強度位置來提醒安檢人員待測者的金屬攜帶狀況，本行業最多的將報警區域分為多達60個分區，垂直方向左中右，水平方向20個細分區。安檢員需要通過一閃而過的門柱燈條來定位金屬藏匿位置，然后使用手持金屬探測器給受測者全身檢查。檢視整個過程，我們可以發現流程不直觀且沒有效率，在配備增強現實眼鏡，以及相應配套的無線傳輸軟件后，受檢人員從安檢門通過后，安檢門將金屬位置信息配合人員身高，將數據傳輸給AR眼鏡，通過安檢門的大數據深度學習，能快速判斷出金屬的種類，大小并渲染出模擬實物三維圖像，疊加在移動的受檢人員身上，安檢人員能直觀的在顯示器界面上看到受測人員身上金屬的外觀，尺寸，種類以及精準位置，大大縮減因為高強度工作帶來的失誤，以及重復檢測帶來的無效率。

在地下金屬探測應用上，深圳市拓邁電子有限公司在2014年就已經開始增強現實技術的儲備，在我們剛剛獲得授權的美國專利（US9，690，005 B2）上[2]，可以看到用戶可以通過頭戴式虛擬現實增強耳機眼鏡來查看探測數據。金屬探測者主要通過金屬信號的聲音來判斷金屬的種類，深度等信息，在以往的探測器設計上，控制模塊主要與顯示部件為一體式設計，整體位于擺動支撐桿的上部，用戶在使用過程中需要經常查看或者調節參數。以現有設計來看，用戶在戶外強光下，需要花費更多時間來準確讀到金屬探測器的數據，而且因為需要長時間低頭，對于使用者的頸部肌肉造成緊繃，不利于人體工學。在增強現實眼鏡，以及云端人工智能的技術支持下，AR眼鏡能直接將地下不可見目標視覺化投射到眼鏡反光片上，用戶僅需要稍轉眼球就能看到豐富的疊加渲染信息，完全避免了人體工學設計缺陷以及戶外強光對數據讀取的缺點。

4 結語

得益于計算機硬件以及互聯網技術的迅猛發展，AR技術越來越多的被引入到現實生活，比如在娛樂業中，日本任天堂游戲公司推出了基于增強現實技術的Pokemon Go游戲，在工業設計行業，AR即將改變產品設計的方式，在醫療軍事上人們亦將看到增強現實技術給各行各業帶來的巨大變革，而在金屬探測領域，在定位服務、資源融合服務、大數據分析服務等多種技術的加持下，AR技術必將為金屬探測行業的發展帶來根本性的變革。

參考文獻

[1]趙彥輝，黃均.移動互聯網時代增強現實技術在智能圖書館個性化服務中應用探究[J].中國中醫藥圖書情報雜志，2016，40（1）：47-50.

[2]鄧懋權，一種無線金屬探測器：美國US9，690，005 B2.2014-07-14.