Augmented Reality Terahertz (AR-THz) Sensing and Imaging with Frequency-Modulated Continuous-Wave Radar - Archive ouverte HAL Access content directly
Journal Articles Journal of Infrared, Millimeter and Terahertz Waves Year : 2024

Augmented Reality Terahertz (AR-THz)-Erfassung und Bildgebung mit frequenzmoduliertem Dauerstrichradar

Augmented Reality Terahertz (AR-THz) Sensing and Imaging with Frequency-Modulated Continuous-Wave Radar

Detección e imágenes de terahercios de realidad aumentada (AR-THz) con radar de onda continua de frecuencia modulada

Errealitate areagotuko Terahertz (AR-THz) sentsazioa eta irudia maiztasunez modulatutako uhin jarraituko radararekin

Détection et imagerie térahertz (AR-THz) en réalité augmentée avec radar à ondes continues modulées en fréquence

Rilevamento e imaging in realtà aumentata Terahertz (AR-THz) con radar a onda continua modulato in frequenza

周波数変調連続波レーダーによる拡張現実テラヘルツ (AR-THz) センシングとイメージング

使用调频连续波雷达增强现实太赫兹 (AR-THz) 传感和成像

Abstract

يعد تصوير Terahertz أحد أكثر الأساليب الواعدة للتحكم غير المدمر. أحد الأساليب المثيرة للاهتمام للحصول على أنظمة فعالة من حيث التكلفة هو استخدام رادارات الموجة المستمرة ذات التردد المشكل (FMCW) مع تكوين المسح النقطي. ومع ذلك، فإن الأنظمة الحالية التي تستخدم المراحل الخطية أو الأذرع الآلية لها عيب كونها ثقيلة، وتتطلب مسحًا طويلًا ولا تسمح بتصور مباشر للنتيجة التي يتم قياسها. بالإضافة إلى ذلك، من الصعب تقييم موضع نقطة القياس على الجسم الحقيقي، خاصة إذا لم يكن مسطحًا. نقترح هنا حل هذه التحديات السابقة من خلال نظام محمول يجمع بين رادار FMCW وواجهة الواقع المعزز (AR) باستخدام الهاتف الذكي. يحقق هذا النظام هدفين: (1) الأول هو تحقيق الحصول على البيانات في بيئة الواقع المعزز و(2) الثاني هو إتاحة تصور البيانات، حتى بعد المعالجة اللاحقة، في بيئة الواقع المعزز.
Terahertz-Bildgebung ist einer der vielversprechendsten Ansätze zur zerstörungsfreien Kontrolle. Ein interessanter Ansatz für kostengünstige Systeme ist die Verwendung von frequenzmodulierten Dauerstrichradaren (FMCW) mit einer Raster-Scan-Konfiguration. Aktuelle Systeme mit linearen Tischen oder Roboterarmen haben jedoch den Nachteil, dass sie schwer sind, einen langen Scan erfordern und keine direkte Visualisierung des Messergebnisses ermöglichen. Darüber hinaus ist es aufwändig, die Position des Messpunkts auf dem realen Objekt zu bestimmen, insbesondere wenn es sich nicht um eine ebene Fläche handelt. Hier schlagen wir vor, diese bisherigen Herausforderungen mit einem tragbaren System zu lösen, das ein FMCW-Radar mit einer Augmented-Reality-Schnittstelle (AR) über ein Smartphone kombiniert. Dieses System erreicht zwei Ziele: (i) erstens soll eine Datenerfassung in der AR-Umgebung erreicht werden und (ii) zweitens soll die Visualisierung von Daten, auch nach der Nachbearbeitung, in der AR-Umgebung ermöglicht werden.
Η απεικόνιση Terahertz είναι μια από τις πιο υποσχόμενες προσεγγίσεις για μη καταστροφικό έλεγχο. Μια ενδιαφέρουσα προσέγγιση για την ύπαρξη οικονομικά αποδοτικών συστημάτων είναι η χρήση ραντάρ συνεχών κυμάτων με διαμόρφωση συχνότητας (FMCW) με διαμόρφωση σάρωσης ράστερ. Ωστόσο, τα τρέχοντα συστήματα που χρησιμοποιούν γραμμικά στάδια ή ρομποτικούς βραχίονες έχουν το μειονέκτημα ότι είναι βαριά, απαιτούν μακρά σάρωση και δεν επιτρέπουν την άμεση απεικόνιση του αποτελέσματος που μετράται. Επιπλέον, είναι πολύπλοκη η αξιολόγηση της θέσης του σημείου μέτρησης στο πραγματικό αντικείμενο, ιδιαίτερα αν δεν είναι επίπεδο. Εδώ προτείνουμε να λύσουμε αυτές τις προηγούμενες προκλήσεις με ένα φορητό σύστημα που συνδυάζει ένα ραντάρ FMCW με μια διεπαφή επαυξημένης πραγματικότητας (AR) χρησιμοποιώντας ένα smartphone. Αυτό το σύστημα επιτυγχάνει δύο στόχους: (i) πρώτος είναι να επιτύχει την απόκτηση δεδομένων στο περιβάλλον AR και (ii) ο δεύτερος είναι να καταστήσει δυνατή την οπτικοποίηση δεδομένων, ακόμη και μετά την επεξεργασία, στο περιβάλλον AR.
Terahertz Imaging is one of the most promising approaches for non-destructive control. An interesting approach to having cost-effective systems is to use frequency-modulated continuous wave (FMCW) radars with a raster scan configuration. Nevertheless, current systems using linear stages or robotic arms have the disadvantage of being heavy, requiring a long scan and not allowing a direct visualization of the result being measured. In addition, it is complex to evaluate the position of the measuring point on the real object, particularly if it is not flat. Here we propose to solve these previous challenges with a portable system combining an FMCW radar with an augmented reality (AR) interface using a smartphone. This system achieves two goals : (i) first is to achieve data acquisition in the AR environment and (ii) the second is to make possible the visualization of data, even after post-processing, in the AR environment.
Terahertz Imaging es uno de los enfoques más prometedores para el control no destructivo. Un enfoque interesante para tener sistemas rentables es utilizar radares de onda continua de frecuencia modulada (FMCW) con una configuración de escaneo ráster. Sin embargo, los sistemas actuales que utilizan etapas lineales o brazos robóticos tienen la desventaja de ser pesados, requerir un escaneo prolongado y no permitir una visualización directa del resultado que se está midiendo. Además, resulta complejo evaluar la posición del punto de medición sobre el objeto real, especialmente si no es plano. Aquí proponemos resolver estos desafíos anteriores con un sistema portátil que combina un radar FMCW con una interfaz de realidad aumentada (AR) utilizando un teléfono inteligente. Este sistema logra dos objetivos: (i) el primero es lograr la adquisición de datos en el entorno AR y (ii) el segundo es hacer posible la visualización de datos, incluso después del posprocesamiento, en el entorno AR.
Terahertz Imaging kontrol ez-suntsitzailerako ikuspegi itxaropentsuenetako bat da. Sistema errentagarriak izateko hurbilketa interesgarri bat frekuentziaz modulatutako uhin jarraitua (FMCW) radarrak erabiltzea da raster eskaneatu konfigurazio batekin. Hala ere, etapa linealak edo beso robotikoak erabiltzen dituzten egungo sistemek astunak izatearen desabantaila dute, miaketa luzea eskatzen dute eta neurtzen ari den emaitza zuzenean bistaratzen ez dutelako. Horrez gain, konplexua da neurketa-puntuak objektu errealean duen posizioa ebaluatzea, bereziki laua ez bada. Hemen proposatzen dugu aurreko erronka hauek konpontzea FMCW radar bat smartphone bat erabiliz errealitate areagotuko (AR) interfaze batekin konbinatzen duen sistema eramangarri batekin. Sistema honek bi helburu lortzen ditu: (i) lehena da datuak eskuratzea AR ingurunean eta (ii) bigarrena datuen bistaratzea posible egitea, nahiz eta postprozesatu ondoren, AR ingurunean.
L'imagerie Terahertz est l'une des approches les plus prometteuses en matière de contrôle non destructif. Une approche intéressante pour disposer de systèmes rentables consiste à utiliser des radars à ondes continues modulées en fréquence (FMCW) avec une configuration à balayage raster. Néanmoins, les systèmes actuels utilisant des platines linéaires ou des bras robotisés présentent l'inconvénient d'être lourds, nécessitant un balayage long et ne permettant pas une visualisation directe du résultat mesuré. De plus, il est complexe d'évaluer la position du point de mesure sur l'objet réel, surtout si celui-ci n'est pas plat. Nous proposons ici de résoudre ces défis précédents avec un système portable combinant un radar FMCW avec une interface de réalité augmentée (AR) utilisant un smartphone. Ce système atteint deux objectifs : (i) le premier est de réaliser l'acquisition de données dans l'environnement AR et (ii) le second est de rendre possible la visualisation des données, même après post-traitement, dans l'environnement AR.
टेराहर्ट्ज़ इमेजिंग गैर-विनाशकारी नियंत्रण के लिए सबसे आशाजनक दृष्टिकोणों में से एक है। लागत-प्रभावी सिस्टम रखने का एक दिलचस्प तरीका रैस्टर स्कैन कॉन्फ़िगरेशन के साथ फ़्रीक्वेंसी-मॉड्यूलेटेड निरंतर तरंग (एफएमसीडब्ल्यू) रडार का उपयोग करना है। फिर भी, रैखिक चरणों या रोबोटिक हथियारों का उपयोग करने वाली मौजूदा प्रणालियों में भारी होने का नुकसान होता है, जिसके लिए लंबे स्कैन की आवश्यकता होती है और मापे जा रहे परिणाम के प्रत्यक्ष दृश्य की अनुमति नहीं होती है। इसके अलावा, वास्तविक वस्तु पर माप बिंदु की स्थिति का मूल्यांकन करना जटिल है, खासकर अगर यह सपाट नहीं है। यहां हम स्मार्टफोन का उपयोग करके संवर्धित वास्तविकता (एआर) इंटरफ़ेस के साथ एफएमसीडब्ल्यू रडार को संयोजित करने वाले पोर्टेबल सिस्टम के साथ इन पिछली चुनौतियों को हल करने का प्रस्ताव करते हैं। यह प्रणाली दो लक्ष्य प्राप्त करती है: (i) पहला है AR वातावरण में डेटा अधिग्रहण प्राप्त करना और (ii) दूसरा है AR वातावरण में पोस्ट-प्रोसेसिंग के बाद भी डेटा के विज़ुअलाइज़ेशन को संभव बनाना है।
L'imaging Terahertz è uno degli approcci più promettenti per il controllo non distruttivo. Un approccio interessante per avere sistemi economicamente vantaggiosi consiste nell'utilizzare radar a onda continua modulata in frequenza (FMCW) con una configurazione di scansione raster. Tuttavia, gli attuali sistemi che utilizzano tavoli lineari o bracci robotici presentano lo svantaggio di essere pesanti, richiedere una scansione lunga e non consentire una visualizzazione diretta del risultato misurato. Inoltre è complesso valutare la posizione del punto di misura sull'oggetto reale, soprattutto se questo non è piatto. Qui proponiamo di risolvere queste sfide precedenti con un sistema portatile che combina un radar FMCW con un'interfaccia di realtà aumentata (AR) utilizzando uno smartphone. Questo sistema raggiunge due obiettivi: (i) il primo è ottenere l'acquisizione dei dati nell'ambiente AR e (ii) il secondo è rendere possibile la visualizzazione dei dati, anche dopo la post-elaborazione, nell'ambiente AR.
テラヘルツイメージングは、非破壊制御のための最も有望なアプローチの 1 つです。 コスト効率の高いシステムを構築するための興味深いアプローチは、周波数変調連続波 (FMCW) レーダーをラスター スキャン構成で使用することです。 それにもかかわらず、リニアステージまたはロボットアームを使用する現在のシステムには、重量があり、長いスキャンが必要であり、測定結果を直接視覚化できないという欠点があります。 さらに、実際の物体上の測定点の位置を評価することは、特にそれが平坦でない場合には複雑です。 ここでは、FMCW レーダーとスマートフォンを使用した拡張現実 (AR) インターフェイスを組み合わせたポータブル システムで、これらの以前の課題を解決することを提案します。 このシステムは、(i) AR 環境でのデータ取得を実現すること、(ii) AR 環境で後処理後のデータの可視化を可能にすること、の 2 つの目標を達成します。
Terahertz Imaging은 비파괴 제어를 위한 가장 유망한 접근 방식 중 하나입니다. 비용 효율적인 시스템을 갖기 위한 흥미로운 접근 방식은 래스터 스캔 구성을 갖춘 주파수 변조 연속파(FMCW) 레이더를 사용하는 것입니다. 그럼에도 불구하고 선형 스테이지나 로봇 팔을 사용하는 현재 시스템은 무겁고 스캔 시간이 오래 걸리며 측정 결과를 직접 시각화할 수 없다는 단점이 있습니다. 또한 실제 물체에서 측정 지점의 위치를 평가하는 것은 복잡합니다. 특히 물체가 평평하지 않은 경우 더욱 그렇습니다. 여기서 우리는 스마트폰을 사용하여 FMCW 레이더와 증강 현실(AR) 인터페이스를 결합한 휴대용 시스템으로 이러한 이전 과제를 해결할 것을 제안합니다. 이 시스템은 두 가지 목표를 달성합니다. (i) 첫 번째는 AR 환경에서 데이터 수집을 달성하는 것이고, (ii) 두 번째는 후처리 후에도 AR 환경에서 데이터의 시각화를 가능하게 하는 것입니다.
Terahertz Imaging é uma das abordagens mais promissoras para controle não destrutivo. Uma abordagem interessante para ter sistemas econômicos é usar radares de onda contínua modulada em frequência (FMCW) com configuração de varredura raster. Porém, os sistemas atuais que utilizam estágios lineares ou braços robóticos têm a desvantagem de serem pesados, exigindo uma varredura longa e não permitindo a visualização direta do resultado que está sendo medido. Além disso, é complexo avaliar a posição do ponto de medição no objeto real, principalmente se este não for plano. Aqui propomos resolver estes desafios anteriores com um sistema portátil que combina um radar FMCW com uma interface de realidade aumentada (AR) usando um smartphone. Este sistema atinge dois objetivos: (i) o primeiro é conseguir a aquisição de dados no ambiente AR e (ii) o segundo é possibilitar a visualização dos dados, mesmo após o pós-processamento, no ambiente AR.
Terahertz Imaging este una dintre cele mai promițătoare abordări pentru controlul nedistructiv. O abordare interesantă pentru a avea sisteme rentabile este utilizarea radarelor cu undă continuă modulată în frecvență (FMCW) cu o configurație de scanare raster. Cu toate acestea, sistemele actuale care folosesc trepte liniare sau brațe robotizate au dezavantajul de a fi grele, necesitând o scanare lungă și nepermițând vizualizarea directă a rezultatului măsurat. În plus, este complex să se evalueze poziția punctului de măsurare pe obiectul real, mai ales dacă acesta nu este plat. Aici ne propunem să rezolvăm aceste provocări anterioare cu un sistem portabil care combină un radar FMCW cu o interfață de realitate augmentată (AR) folosind un smartphone. Acest sistem atinge două obiective: (i) primul este de a realiza achiziția de date în mediul AR și (ii) al doilea este de a face posibilă vizualizarea datelor, chiar și după post-procesare, în mediul AR.
Терагерцовая визуализация — один из наиболее перспективных подходов неразрушающего контроля. Интересным подходом к созданию экономически эффективных систем является использование радаров с частотно-модулированной непрерывной волной (FMCW) и конфигурацией растрового сканирования. Тем не менее, существующие системы, использующие линейные столики или роботизированные манипуляторы, имеют тот недостаток, что они тяжелы, требуют длительного сканирования и не позволяют напрямую визуализировать измеряемый результат. Кроме того, сложно оценить положение точки измерения на реальном объекте, особенно если он неровный. Здесь мы предлагаем решить эти предыдущие проблемы с помощью портативной системы, сочетающей радар FMCW с интерфейсом дополненной реальности (AR) с использованием смартфона. Эта система достигает двух целей: (i) первая — обеспечить сбор данных в среде AR и (ii) вторая — сделать возможной визуализацию данных даже после постобработки в среде AR.
Terahertz Imaging є одним із найбільш перспективних підходів до неруйнівного контролю. Цікавим підходом до економічно ефективних систем є використання частотно-модульованих радарів безперервної хвилі (FMCW) із конфігурацією растрового сканування. Тим не менш, поточні системи, що використовують лінійні етапи або роботизовані руки, мають недолік: вони важкі, вимагають тривалого сканування та не дозволяють прямо візуалізувати результат вимірювання. Крім того, складно оцінити положення точки вимірювання на реальному об’єкті, особливо якщо він не плоский. Тут ми пропонуємо вирішити ці попередні проблеми за допомогою портативної системи, що поєднує радар FMCW з інтерфейсом доповненої реальності (AR) за допомогою смартфона. Ця система досягає двох цілей: (i) по-перше, це досягти отримання даних у середовищі AR і (ii) по-друге, зробити можливою візуалізацію даних, навіть після пост-обробки, у середовищі AR.
Terahertz Imaging איז איינער פון די מערסט פּראַמאַסינג אַפּראָוטשיז פֿאַר ניט-דעסטרוקטיווע קאָנטראָל. אַ טשיקאַווע צוגאַנג צו האָבן קאָס-עפעקטיוו סיסטעמען איז צו נוצן אָפטקייַט-מאַדזשאַלייטיד קעסיידערדיק כוואַליע (FMCW) ראַדאַרס מיט אַ ראַסטער יבערקוקן קאַנפיגיעריישאַן. פונדעסטוועגן, קראַנט סיסטעמען ניצן לינעאַר סטאַגעס אָדער ראָובאַטיק געווער האָבן די כיסאָרן פון זיין שווער, ריקוויירינג אַ לאַנג יבערקוקן און נישט לאָזן אַ דירעקט וויזשוואַלאַזיישאַן פון די געמאסטן רעזולטאַט. אין דערצו, עס איז קאָמפּליצירט צו אָפּשאַצן די שטעלע פון די מעסטן פונט אויף די פאַקטיש כייפעץ, ספּעציעל אויב עס איז נישט פלאַך. דאָ מיר פאָרשלאָגן צו סאָלווע די פריערדיקע טשאַלאַנדזשיז מיט אַ פּאָרטאַטיוו סיסטעם קאַמביינינג אַ FMCW ראַדאַר מיט אַ אַגמענטעד פאַקט (AR) צובינד ניצן אַ סמאַרטפאָנע. דער סיסטעם אַטשיווז צוויי גאָולז: (איך) ערשטער איז צו דערגרייכן דאַטן אַקוואַזישאַן אין די AR סוויווע און (ii) די רגע איז צו מאַכן מעגלעך די וויזשוואַלאַזיישאַן פון דאַטן, אפילו נאָך פּאָסטן-פּראַסעסינג, אין די AR סוויווע.
太赫兹成像是最有前途的无损控制方法之一。 拥有具有成本效益的系统的一个有趣方法是使用具有光栅扫描配置的调频连续波 (FMCW) 雷达。 然而,当前使用线性平台或机械臂的系统具有笨重、需要长时间扫描并且不允许直接可视化测量结果的缺点。 此外,评估真实物体上测量点的位置也很复杂,尤其是在物体不平坦的情况下。 在这里,我们建议通过将 FMCW 雷达与使用智能手机的增强现实 (AR) 界面相结合的便携式系统来解决之前的这些挑战。 该系统实现了两个目标:(i) 首先是在 AR 环境中实现数据采集,(ii) 第二个是使数据的可视化成为可能,即使是经过后处理后,在 AR 环境中也是如此。
Fichier principal
Vignette du fichier
Augmented-Reality-THz.pdf (5.12 Mo) Télécharger le fichier
THz-Augmented-Reality.png (1.9 Mo) Télécharger le fichier
Origin Files produced by the author(s)

Dates and versions

hal-04573468 , version 1 (13-05-2024)

Identifiers

Cite

Jean-Paul Guillet, Frédéric Fauquet, Jean Rioult. Augmented Reality Terahertz (AR-THz) Sensing and Imaging with Frequency-Modulated Continuous-Wave Radar. Journal of Infrared, Millimeter and Terahertz Waves, 2024, ⟨10.1007/s10762-024-00984-z⟩. ⟨hal-04573468⟩
45 View
8 Download

Altmetric

Share

Gmail Mastodon Facebook X LinkedIn More