Medición de Precisión en Seguimiento de Objetos Dinámicos en Sistemas de Captura de Movimiento

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

La naturaleza de los sistemas de captura de movimiento ópticos significa que hay una gran gama de variables, haciendo que responder preguntas sobre precisión sea complicado, y algunos de los factores más importantes en el rendimiento del sistema también son contraintuitivos. Condiciones que afectan la calidad de datos pueden incluir: el tamaño del espacio, la geometría y velocidad del objeto, la naturaleza del movimiento, y cambios en condiciones ambientales — así como las características del propio sistema — como el número, resolución y calidad de cámaras; la calidad y tamaño de marcadores usados; el proceso de calibración de cámaras; y los algoritmos usados para computar la pose de objeto rígido desde los datos de cámara.

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

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

Como parte de este trabajo, realmente queríamos proporcionar información que fuera informativa y ayudara a los ingenieros a entender qué nivel de rendimiento podían esperar. Esto demandaba un método que fuera apropiado para la audiencia que más frecuentemente preguntaba sobre este tema, fuera fácilmente explicable, y produjera resultados sensatos en una gama de diferentes usos.

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

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

Durante un período de meses, revisamos una gama de métodos externos, probando algunos de los más prometedores, para evaluar su efectividad y relevancia a cómo los sistemas estaban siendo usados. Decidimos que un método desarrollado y evaluado por el subcomité para sistemas de medición 3D en la Sociedad Americana para 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 rendimiento de sistemas 3D. El método E3064 ("Método de Prueba Estándar para Evaluar el Rendimiento de Sistemas de Seguimiento Óptico que Miden Seis Grados de Libertad (6DOF) de Pose") es simple y permite una medición uniforme entre dos objetos rígidos mientras se mueven de forma controlada en un volumen de captura de movimiento óptico.

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

Es importante, sin embargo, mencionar que no hay un método 'correcto'. También hay muchas alternativas diferentes, y cada método tiene diferentes méritos. Sin embargo, se sintió que este era un método informativo para ayudar a explicar a la gente el tipo de rendimiento que pueden esperar con una evaluación relevante a cómo los sistemas Vicon son usados por ingenieros.

Probamos dos configuraciones separadas pero similares, compuestas por cámaras Vantage 5 MP o 16 MP, y medimos la distancia entre dos objetos rígidos. Esta era una distancia fija conocida construida de plástico térmicamente neutro para eliminar, tanto como sea posible, diferencias físicas que pudieran surgir de movimiento o cambios de temperatura. Esto permitió determinar la precisión de medición consistentemente contra esta referencia fija conocida mientras se movía alrededor del volumen, así como permitir evaluación precisa de las mediciones. La observación fue consistente aunque el objeto se moviera a través del volumen de captura y en movimiento continuo.

Este trabajo ahora nos permite comunicar mejor cómo nuevos desarrollos mejoran la calidad que Vicon proporciona. Un buen ejemplo de esto es el reciente lanzamiento de Vantage+ donde ahora podemos explicar claramente no solo los beneficios que tasas de frames aumentadas pueden entregar, sino también los trade-offs inherentes que existen dentro de la tecnología.

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