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WiFi DensePose:商用 Mesh 路由器穿墙人体姿态跟踪

利用 WiFi CSI 信号实现实时穿墙全身姿态估计的生产级管道,包括信号处理、ML 推理与部署参数。

WiFi DensePose 技术利用商用 Mesh 路由器的信道状态信息(CSI)信号,实现穿墙实时全身人体姿态跟踪,避免了传统相机隐私泄露和光照限制。这种方法的核心观点在于:人体运动对 WiFi 多径信号的调制可被深度网络解码为 DensePose UV 坐标,提供像素级身体表面映射,适用于老人监护、跌倒检测等场景。

CSI 信号编码人体姿态的证据源于其幅度和相位变化:人体反射和散射导致特定子载波的相移和衰减模式,这些模式随姿态变化而独特。CMU 研究证明,通过同步 RGB 数据监督,WiFi CSI 可逼近图像 DensePose 的精度,即使在墙后也能工作,因为 WiFi 信号可穿透干墙。

生产管道从信号采集开始。硬件选用支持 CSI 暴露的芯片,如 Intel 5300/7260 或 Atheros AR9300,确保 802.11n/ac 模式下多天线 MIMO 配置(至少 3x3)。采样率设为 100 Hz,每帧 CSI 张量维度为天线对 × 子载波(典型 30 个)× 时间栈(5 帧叠加捕捉运动)。Mesh 部署清单:3-5 个路由器,安装高度 2-3 米,间距 5-10 米,对角布置天线最大化空间多样性;覆盖区重叠 50% 以防盲区。

信号处理模块至关重要。首先,相位 sanitization 去除硬件偏移:计算相位差 Δφ = φ_rx - φ_tx,使用 PCA 降噪,阈值 σ_phase <0.1 rad。接着,幅度归一化到 [0,1],滤波器参数:高斯 σ=1.5,低通截止 20 Hz 去除抖动。空间分解可选 AoA/ToF 变换,将 CSI 转为热图(分辨率 64x64),提升多人类分离。处理延迟目标 <10 ms / 帧,使用 FFT 加速子载波插值。

ML 推理采用 encoder-decoder 架构:CSI 编码器(ResNet-18 变体)将 sanitized 张量转为 2D 特征图(H/4 x W/4 x 256),注入 DensePose-RCNN head 输出 UV 地图(24 身体部位,每点 (u,v) ∈ [0,1]²)和边界框。训练策略:从预训练图像 DensePose 迁移,损失 L = L_uv + 0.5 L_bbox + 0.3 L_kp(辅助关键点),AdamW 优化器 lr=1e-4,batch=16,epoch=100。推理时 ONNX 导出,TensorRT 加速 FPS>30。多人跟踪用 SORT 算法,阈值 IoU>0.5,Kalman 滤波平滑轨迹。

部署参数优化如下:

硬件清单

  • AP:TP-Link/Asus Mesh,支持 OpenWRT,刷 CSI 固件。
  • 服务器:NVIDIA Jetson 或 i7+RTX3060,内存 > 16GB。
  • 网络:2.4GHz 优先,低干扰通道 1/6/11。

监控点

  • CSI 质量:信噪比 SNR>15 dB,相位稳定性 <5° 波动。
  • 推理延迟:<50 ms 端到端,超时重连 2s。
  • 姿态精度:AP@0.5 >0.7(与 DensePose 基准比),通过墙衰减 < 20%。

回滚策略

  • 低 SNR 时降级到骨骼估计(WiFi 关键点)。
  • 环境变化:在线微调,采集 10min 本地数据 finetune 5 epochs。
  • 容错:多 AP 投票,丢失一 AP 精度降 < 10%。

实际落地案例:在 10x10m 公寓,3 AP 部署,墙后跟踪精度达 85%(室内 92%),功耗 <5W/AP,支持 WebSocket 流式输出 JSON {timestamp, poses: [{uv_map, bbox, id}]}。相比 InvisPose 等,此 repo 提供 REST API 和 Docker 化管道,便于集成。

潜在风险:固件 hack 需 root 权限,跨设备泛化需域适应(如 AdaPose);解决用标准化 CSI 接口和周期性校准。

此技术落地阈值:原型 1 周(现成模型),生产 1 月(自定义训练)。参数调优脚本见 repo 示例。

资料来源:

  • GitHub: ruvnet/wifi-densepose
  • CMU Thesis: Dense Human Pose Estimation From WiFi (ri.cmu.edu)
  • arXiv: 2301.00250 DensePose From WiFi

(正文字数:1028)

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