Измерение точности динамического трекинга объектов в системах моشن-капчера

Уже существует обширный объем работ, в которых оценки различных систем мошен-капчера дали широкий спектр разных результатов. Эти исследования дают полезные и релевантные результаты для конкретных сценариев использования, но они часто измеряют разные вещи, а методы, или даже терминология, используемая, существенно различаются в нескольких важных аспектах.

Природа оптических систем мошен-капчера означает, что существует большой диапазон переменных, делая ответы на вопросы о точности сложными, а некоторые из самых важных факторов производительности системы также контр-интуитивны. Условия, влияющие на качество данных, могут включать: размер пространства, геометрию и скорость объекта, характер движения и изменения окружающих условий — а также характеристики самой системы — такие как количество, разрешение и качество камер; качество и размер используемых маркеров; процесс калибровки камер; и алгоритмы, используемые для вычисления позы жесткого объекта из данных камер.

Даже в полностью контролируемой среде движение объектов может влиять на измерения. Например, мы можем непрерывно наблюдать длину тестового объекта. Возможно наблюдать высоко значимую разницу в зависимости от того, покоится объект или в движении. Это показывает, насколько критичны согласованность и контроль переменных перед сравнениями.

Терминология часто означает разные вещи в разных контекстах, при этом термины вроде «точность» (accuracy) и «точность» (precision) принимают совсем разные значения. Кроме того, они часто специфичны для случая: например, значение термина «точность» может пониматься по-разному в биомеханике, робототехнике и визуальных эффектах.

Как часть этой работы, мы действительно хотели предоставить информацию, которая была бы информативной и помогла бы инженерам понять, какой уровень производительности они могут ожидать. Это требовало метода, подходящего для аудитории, которая чаще всего спрашивает об этом, легко объяснимого и дающего осмысленные результаты в диапазоне разных применений.

Мы также хотели начать разговор — внутренний в ходе разработки, так и внешний — с методом, который был бы понятен, чтобы будущие разработки и улучшения могли быть переданы в этом контексте. Мы считали важным использовать внешне опубликованный метод, чтобы быть полностью прозрачными об этом методе и поэтому о том, какие результаты достигнуты.

Vicon собрал группу, возглавляемую тогдашним менеджером инженерного продукта Тимом Мэсси, с широким спектром опыта в деталях того, как мошен-капчер работает на практике, а не только в теории. Это была группа, знавшая, как мы могли помочь дать смысл этой проблеме способом, который был бы полезен и информативен для нашей аудитории.

В течение нескольких месяцев мы рассмотрели ряд внешних методов, попробовав некоторые из самых перспективных, чтобы оценить их эффективность и релевантность к тому, как системы использовались. Мы решили, что метод, разработанный и оцененный подкомитетом по 3D системам измерений Американского общества испытаний и материалов (ASTM E57), был наиболее подходящим. ASTM создал комитет E57 в июне 2006 года специально для разработки стандартов, которые могли бы использоваться для оценки производительности 3D систем. Метод E3064 («Standard Test Method for Evaluating the Performance of Optical Tracking Systems that Measure Six Degrees of Freedom (6DOF) Pose») — простой, позволяющий единообразное измерение между двумя жесткими объектами при движении контролируемым образом в объеме оптического мошен-капчера.

У этого метода есть преимущество быть простым для понимания и объяснения. Но у него также есть преимущество оценивать непрерывно движущийся объект (критический компонент системы мошен-капчера и переменная, которая может сделать значительную разницу) и оценивать ошибки быстро во многих локациях внутри объема захвата.

Важно упомянуть, что не существует «правильного» метода. Существует также множество разных альтернатив, и каждый метод имеет разные достоинства. Однако считалось, что это был информативный метод, чтобы помочь объяснить людям тип производительности, который они могут ожидать с оценкой, релевантной тому, как системы Vicon используются инженерами.

Мы протестировали два отдельных, но похожих сетапа, состоящих из камер Vantage 5 MP или 16 MP, и измерили расстояние между двумя жесткими объектами. Это было известное фиксированное расстояние, построенное из термически нейтрального пластика для устранения, насколько возможно, физических различий, которые могли бы возникнуть от движения или температурных изменений. Это позволило определить точность измерений последовательно против этого известного фиксированного эталона при движении по объему, а также обеспечило точное оценивание измерений. Наблюдение было последовательным, хотя объект двигался через объем захвата и в непрерывном движении.

Эта работа теперь позволяет нам лучше коммуницировать, как новые разработки улучшают качество, которое предоставляет Vicon. Хороший пример — недавний выпуск Vantage+, где мы теперь можем четко объяснить не только преимущества, которые могут дать увеличенные частоты кадров, но и инhérентные компромиссы, существующие в технологии.

Эта статья написана д-ром Феликсом Цуй, менеджером продукта, Vicon (Оксфорд, Великобритания). Для получения дополнительной информации посетите .