Определение точности отслеживания динамических объектов

Уже имеется большой объем работ, в которых оценки различных систем захвата движения дали широкий спектр различных результатов. Эти исследования дают полезные и релевантные результаты для конкретных случаев использования, но они часто измеряют разные вещи, а используемые методы или даже используемая терминология значительно различаются по нескольким важным параметрам.

Природа оптических систем захвата движения означает, что существует большой диапазон переменных, что усложняет ответы на вопросы о точности, а некоторые из наиболее важных факторов, влияющих на производительность системы, также не интуитивны. К условиям, влияющим на качество данных, могут относиться:размер пространства, геометрия и скорость объекта, характер движения и изменения окружающих условий, а также характеристики самой системы, такие как число, разрешение, и качество камер; качество и размер используемых маркеров; процесс калибровки камеры; и алгоритмы, используемые для вычисления позы жесткого объекта на основе данных камеры.

Даже в полностью контролируемой среде движение объектов может повлиять на измерения. Например, мы можем непрерывно наблюдать за длиной тестового объекта. Можно наблюдать весьма значительную разницу в зависимости от того, находится ли объект в покое или в движении. Это показывает, насколько важна согласованность и контроль переменных перед проведением сравнений.

Терминология часто может означать разные вещи в разных контекстах, при этом такие термины, как «точность» и «прецизионность», принимают очень разные значения. Кроме того, они часто зависят от конкретного случая:например, значение термина «точность» может пониматься по-разному при изучении биомеханики, робототехники и визуальных эффектов.

В рамках этой работы нам очень хотелось предоставить информацию, которая была бы информативной и помогала инженерам понять, на какой уровень производительности они могут рассчитывать. Для этого требовался метод, который подходил бы для аудитории, которая чаще всего спрашивала об этой теме, был бы легко объяснимым и давал разумные результаты в различных областях применения.

Мы также хотели начать разговор — как внутри компании во время разработки, так и снаружи — с помощью понятного метода, чтобы о будущих разработках и улучшениях можно было сообщать в этом контексте. Мы посчитали важным использовать метод, опубликованный извне, чтобы быть полностью прозрачным в отношении этого метода и, следовательно, в отношении того, какие результаты достигаются.

Vicon собрал группу под руководством тогдашнего менеджера по техническим продуктам Тима Мэсси, обладавшего обширным опытом в деталях того, как захват движения работает на практике, а не только в теории. Они были группой, которая знала, как мы можем помочь разобраться в этой проблеме так, чтобы это было полезно и информативно для нашей аудитории.

В течение нескольких месяцев мы рассмотрели ряд внешних методов, попробовав некоторые из наиболее многообещающих, чтобы оценить их эффективность и соответствие тому, как используются системы. Мы решили, что наиболее подходящим является метод, разработанный и оцененный подкомитетом по системам трехмерных измерений Американского общества испытаний и материалов (ASTM E57). В июне 2006 года ASTM создала комитет E57 специально для разработки стандартов, которые можно было бы использовать для оценки производительности 3D-систем. Метод E3064 («Стандартный метод испытаний для оценки производительности оптических систем слежения, измеряющих положение с шестью степенями свободы (6DOF)») является простым и позволяет проводить однородные измерения между двумя твердыми объектами при контролируемом движении в оптическом пространстве. громкость захвата движения.

Преимущество этого метода в том, что он прост для понимания и объяснения. Но у него также есть преимущество оценки непрерывно движущегося объекта (важный компонент системы захвата движения и переменная, которая может иметь существенное значение) и быстрой оценки ошибок во многих местах в объеме захвата.

Однако важно отметить, что не существует «правильного» метода. Есть также много различных альтернатив, и каждый метод имеет свои достоинства. Однако было сочтено, что это был информативный метод, помогающий объяснить людям тип производительности, которую они могут ожидать, с оценкой, которая имела отношение к тому, как системы Vicon используются инженерами.

Мы протестировали две отдельные, но похожие установки, состоящие из камер Vantage 5 или 16 Мп, и измерили расстояние между двумя твердыми объектами. Это было известное фиксированное расстояние, которое было изготовлено из термически нейтрального пластика, чтобы максимально устранить физические различия, которые могли возникнуть из-за движения или изменений температуры. Это позволило последовательно определить точность измерения относительно этого известного фиксированного эталона при его перемещении по объему, а также обеспечить точную оценку измерений. Наблюдение было последовательным, даже несмотря на то, что объект перемещался по объему захвата и находился в непрерывном движении.

Эта работа теперь позволяет нам лучше сообщать о том, как новые разработки улучшают качество, которое обеспечивает Vicon. Хорошим примером этого является недавний выпуск Vantage+, где мы теперь можем четко объяснить не только преимущества, которые может дать повышенная частота кадров, но и неотъемлемые компромиссы, которые существуют в этой технологии.

Эта статья была написана д-ром Феликсом Цуи, менеджером по продукту Vicon (Оксфорд, Великобритания). Для получения дополнительной информации посетите здесь .