Determinación de la precisión del seguimiento dinámico de objetos

Ya existe un amplio cuerpo de trabajo en el que las evaluaciones de varios sistemas de captura de movimiento han producido una amplia gama de resultados diferentes. Estos estudios producen resultados útiles y relevantes para casos de uso específicos, pero con frecuencia miden cosas diferentes y los métodos, o incluso la terminología que se utiliza, varían significativamente en varios aspectos importantes.

La naturaleza de los sistemas ópticos de captura de movimiento significa que existe una amplia gama de variables, lo que complica la respuesta a las preguntas sobre la precisión, y algunos de los factores más importantes en el rendimiento del sistema tampoco son intuitivos. Las condiciones que afectan la calidad de los datos pueden incluir:el tamaño del espacio, la geometría y la velocidad del objeto, la naturaleza del movimiento y los cambios en las condiciones ambientales, así como las características del propio sistema, como el número, la resolución, la y calidad de las cámaras; la calidad y el tamaño de los marcadores utilizados; el proceso de calibración de la cámara; y los algoritmos utilizados para calcular la pose del objeto rígido a partir de los datos de la cámara.

Incluso con un entorno completamente controlado, el movimiento de los objetos puede afectar las mediciones. Por ejemplo, podemos observar continuamente la longitud de un objeto de prueba. Es posible observar una diferencia muy significativa, dependiendo de si el objeto está en reposo o en movimiento. Esto muestra cuán cruciales son la consistencia y el control de las variables antes de que se puedan hacer comparaciones.

La terminología a menudo puede significar diferentes cosas en diferentes contextos, con términos como "exactitud" y "precisión" que adquieren significados muy diferentes. Además de esto, a menudo son específicos de cada caso:por ejemplo, el significado del término "precisión" puede entenderse de manera diferente en el estudio de la biomecánica, la robótica y los efectos visuales.

Como parte de este trabajo, realmente queríamos proporcionar información que fuera ilustrativa y ayudara a los ingenieros a comprender qué nivel de rendimiento podían esperar. Esto requería un método que fuera apropiado para la audiencia que preguntaba con más frecuencia sobre este tema, que fuera fácil de explicar y que produjera resultados sensatos en una variedad de usos diferentes.

También queríamos iniciar una conversación, internamente durante el desarrollo, así como externamente, con un método que se entendiera, para que los futuros desarrollos y mejoras pudieran comunicarse en ese contexto. Sentimos que era importante usar un método publicado externamente, para ser completamente transparentes sobre ese método y, por lo tanto, sobre los resultados que se logran.

Vicon reunió a un grupo, encabezado por el entonces Gerente de Producto de Ingeniería, Tim Massey, con una amplia experiencia en los detalles de cómo funcionaba la captura de movimiento en la práctica, no solo en la teoría. Eran un grupo que sabía cómo podíamos ayudar a dar sentido a este problema de una manera que sería útil e informativa para nuestra audiencia.

Durante un período de meses, revisamos una variedad de métodos externos, probando algunos de los más prometedores, para evaluar su efectividad y relevancia para la forma en que se usaban los sistemas. Decidimos que un método desarrollado y evaluado por el subcomité de sistemas de medición 3D de la Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (ASTM E57) era el más apropiado. ASTM estableció el comité E57 en junio de 2006 específicamente para desarrollar estándares que pudieran usarse para evaluar el desempeño de los sistemas 3D. El método E3064 (“Método de prueba estándar para evaluar el rendimiento de los sistemas de seguimiento óptico que miden la pose de seis grados de libertad (6DOF)”) es uno simple que permite una medición uniforme entre dos objetos rígidos mientras se mueven de manera controlada en un espacio óptico. volumen de captura de movimiento.

Este método tiene la ventaja de ser simple de entender y explicar. Pero también tiene la ventaja de evaluar un objeto en movimiento continuo (un componente crítico de un sistema de captura de movimiento y una variable que puede marcar una diferencia significativa) y evaluar errores rápidamente en muchas ubicaciones dentro del volumen de captura.

Sin embargo, es importante mencionar que no existe un método "correcto". También hay muchas alternativas diferentes, y cada método tiene diferentes méritos. Sin embargo, se consideró que este era un método informativo para ayudar a explicar a las personas el tipo de rendimiento que pueden esperar con una evaluación que era relevante para la forma en que los ingenieros utilizan los sistemas Vicon.

Probamos dos configuraciones separadas pero similares, compuestas por cámaras Vantage de 5 MP o 16 MP, y medimos la distancia entre dos objetos rígidos. Esta era una distancia fija conocida que estaba construida con plástico térmicamente neutro para eliminar, en la medida de lo posible, las diferencias físicas que pudieran surgir del movimiento o los cambios de temperatura. Esto permitió que la precisión de la medición se determinara de manera consistente contra esta referencia fija conocida a medida que se movía alrededor del volumen, además de permitir una evaluación precisa de las mediciones. La observación fue consistente a pesar de que el objeto se movió a través del volumen de captura y en movimiento continuo.

Este trabajo ahora nos permite comunicar mejor cómo los nuevos desarrollos mejoran la calidad que ofrece Vicon. Un buen ejemplo de esto es el lanzamiento reciente de Vantage+, donde ahora podemos explicar claramente no solo los beneficios que puede brindar el aumento de la frecuencia de cuadros, sino también las compensaciones inherentes que existen dentro de la tecnología.

Este artículo fue escrito por el Dr. Felix Tsui, Gerente de Producto, Vicon (Oxford, Reino Unido). Para obtener más información, visite aquí .