浅析AR增强现实在2017年的五大发展趋势
摘 要：增强现实（Augmented Reality，简称 AR），是一种利用叠加的图形或文字等虚拟影像，对用户周围真实世界的场景进行渲染增强，让虚拟影像与实体事物同时在同一个空间表现的高新技术。该技术要实现的目标是在屏幕上把虚拟世界叠加在现实世界并进行互动。本文根据现今计算机技术发展的现状，辅以AR技术的特点，以及现代人工智能技术的长足发展，从金属探测器在安全检查，民用探测应用两个方面探讨增强现实技术在金属探测器行业的应用。
关键词：金属探测器；增强现实技术；人工智能
中图分类号：TP21 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）07-0063-01
金属探测器行业主要应用于公共及公检法的危险金属品探测，地下金属搜寻，食品及工业生产类金属探测三大应用。主要利用VLF甚低频，脉冲感应Pulse Induction技术对金属进行探测及分析。本文主要针对安检及地下探测应用为主要讨论对象。
1 AR显示增强技术的相关概述
增强现实透过摄影机影像的位置及角度精算并加上图像分析技术，让屏幕上虚拟世界能够与现实世界场景进行结合与互动的技术。这种技术于1990年提出。随着随身电子产品运算能力的提升，增强现实的用途也越来越广。北卡大学 Ronald Azuma（ 阿祖玛）于1997年提出的，他认为增强现实包括三个方面的内容：（1）将虚拟物与现实结合；（2）即时互动；（3）三维。已上市的AR硬件包含光学投影系统、监视器、行动装置、头戴式显示器、抬頭显示器、电脑[1]。
AR产品主要由以下几个关键部分组成。
软件。AR系统的关键在于如何将渲染图像与实际环境结合，AR算法软件从入设备中的影像取得真实世界的座标，再将渲染图像叠加在座标上。 为了能让增强现实更加方便开发，市面上已有许多配套的软件开发套件，例如ARKit、Unity。
处理器。处理器是整个系统的大脑，所有的数据、信息最后都会被汇总到处理器，因此处理器需要进行大量的运算，包括惯性跟踪器测量结果的处理，随动电机平台的控制，虚拟世界的建立，虚拟摄像机的控制，立体图像的生成，增强现实效果的实现等。
显示部分。显示部分是系统的显示输出设备，计算机将渲染后的带有立体视觉的增强现实视频输出到显示部分上面供用户查看，所以显示器也是系统中和观察者具有最直接联系的设备，用户的沉浸感是否实现在很大程度上取决于显示器的成像质量和配带感觉上，而不是计算机渲染出的增强现实效果。现在有微软出品的HOLOLENS，谷歌公司的Google Glass等优秀设备。
加速度起。用来测绘观测者的头部运动情况并实时将数据发送给计算机。为了实现各个设备以及虚实摄像机之间的匹配，所有设备共用加速度起的测量结果，因此加速度起相当于系统中的主控元件，其精度直接影响整套系统的效果。
随动伺服平台。伺服系统主要负责真实场景的采集任务，由双摄像机系统、随动平台以及驱动电机组成。双摄像机系统固定在随动平台上，与随动平台保持相对固定，驱动电机控制平台转动。处理器首先获得观察者的头部运动数据，后计算出摄像机系统需要拍摄的走动方向并发送信号给伺服，伺服根据计算机的要求驱动随动平台转动，从而带动摄像机系统改变图像采集方向。
2 金属探测器的发展历史
1874年，法国发明家Gustave Trouvé发明了一个手持的探测仪器用来探测人体内的子弹，1881年，Alexander Graham Bell（贝尔）试图利用一个早期金属探测器寻找刺客射入美国总统James Garfield（加菲尔德）胸部的子弹。但由于加菲尔德躺在金属床干扰了金属探测器，贝尔的努力最终以失败告终。
现代金属探测器的发展则要归功于Gerhard Fischer费希尔，他发现含矿岩石会干扰无线电信号。他认为既然无线电波束会受到金属干扰，那就有可能设计一种设备，能够利用可在一个无线电频率下发生共振的探测线圈寻找金属。
到了20世纪50年代，逐渐出现应用在公众寻宝以及安全探测领域，真正意义的金属探测器，比如美国的Garrett， Whites，得益于美国婴儿潮出生人群的户外探宝需求。七十年代起，随着航空业迅速发展，航空及机场安全开始受到高度重视，为了防止旅客携带危险金属上机，避免发生劫机或其他危险事件的发生，金属探测门便成为各个机场必备的安检设备，金属探测技术也得到了全新的应用，并进而逐步发展至其它领域的应用比如公检法以及贵重金属制品厂，电子厂，其中以意大利起亚，芬兰麦特瑞特较为出名。中国品牌则诞生于90年代的桂林，后起之秀深圳市拓迈电子有限公司的金属探测器门以及手持金属探测器诞生于2007年，以过硬的电子技术以及稳定耐用的产品品质获得了全世界用户的认可。
3 增强现实技术在金属探测产品上的应用
以安检金属探测门为例，现代的金属探测门基本都为多区域探测指示。厂家一般将门柱上的显示灯条分为多段，根据探测器的数字运算，得出金属的位置，大小，金属种类，并通过灯条的灯光的强度位置来提醒安检人员待测者的金属携带状况，本行业最多的将报警区域分为多达60个分区，垂直方向左中右，水平方向20个细分区。安检员需要通过一闪而过的门柱灯条来定位金属藏匿位置，然后使用手持金属探测器给受测者全身检查。检视整个过程，我们可以发现流程不直观且没有效率，在配备增强现实眼镜，以及相应配套的无线传输软件后，受检人员从安检门通过后，安检门将金属位置信息配合人员身高，将数据传输给AR眼镜，通过安检门的大数据深度学习，能快速判断出金属的种类，大小并渲染出模拟实物三维图像，叠加在移动的受检人员身上，安检人员能直观的在显示器界面上看到受测人员身上金属的外观，尺寸，种类以及精准位置，大大缩减因为高强度工作带来的失误，以及重复检测带来的无效率。
在地下金属探测应用上，深圳市拓迈电子有限公司在2014年就已经开始增强现实技术的储备，在我们刚刚获得授权的美国专利（US9，690，005 B2）上[2]，可以看到用户可以通过头戴式虚拟现实增强耳机眼镜来查看探测数据。金属探测者主要通过金属信号的声音来判断金属的种类，深度等信息，在以往的探测器设计上，控制模块主要与显示部件为一体式设计，整体位于摆动支撑杆的上部，用户在使用过程中需要经常查看或者调节参数。以现有设计来看，用户在户外强光下，需要花费更多时间来准确读到金属探测器的数据，而且因为需要长时间低头，对于使用者的颈部肌肉造成紧绷，不利于人体工学。在增强现实眼镜，以及云端人工智能的技术支持下，AR眼镜能直接将地下不可见目标视觉化投射到眼镜反光片上，用户仅需要稍转眼球就能看到丰富的叠加渲染信息，完全避免了人体工学设计缺陷以及户外强光对数据读取的缺点。
4 结语
得益于计算机硬件以及互联网技术的迅猛发展，AR技术越来越多的被引入到现实生活，比如在娱乐业中，日本任天堂游戏公司推出了基于增强现实技术的Pokemon Go游戏，在工业设计行业，AR即将改变产品设计的方式，在医疗军事上人们亦将看到增强现实技术给各行各业带来的巨大变革，而在金属探测领域，在定位服务、资源融合服务、大数据分析服务等多种技术的加持下，AR技术必将为金属探测行业的发展带来根本性的变革。
参考文献
[1]赵彦辉，黄均.移动互联网时代增强现实技术在智能图书馆个性化服务中应用探究[J].中国中医药图书情报杂志，2016，40（1）：47-50.
[2]邓懋权，一种无线金属探测器：美国US9，690，005 B2.2014-07-14.
