Bestimmen der Genauigkeit der dynamischen Objektverfolgung

Es gibt bereits eine Vielzahl von Arbeiten, in denen Bewertungen verschiedener Bewegungserfassungssysteme zu unterschiedlichsten Ergebnissen geführt haben. Diese Studien liefern nützliche und relevante Ergebnisse für bestimmte Anwendungsfälle, messen jedoch häufig unterschiedliche Dinge, und die Methoden oder sogar die verwendete Terminologie unterscheiden sich in mehreren wichtigen Punkten erheblich.

Die Beschaffenheit optischer Bewegungserfassungssysteme bedeutet, dass es eine Vielzahl von Variablen gibt, die die Beantwortung von Fragen zur Genauigkeit erschweren, und einige der wichtigsten Faktoren der Systemleistung sind auch nicht intuitiv. Zu den Bedingungen, die die Datenqualität beeinflussen, können gehören:die Größe des Raums, die Geometrie und Geschwindigkeit des Objekts, die Art der Bewegung und Änderungen der Umgebungsbedingungen – sowie die Eigenschaften des Systems selbst – wie Anzahl, Auflösung, und Qualität von Kameras; die Qualität und Größe der verwendeten Markierungen; der Kamerakalibrierungsprozess; und die Algorithmen, die verwendet werden, um die Pose des starren Objekts aus den Kameradaten zu berechnen.

Selbst in einer vollständig kontrollierten Umgebung kann die Bewegung von Objekten die Messungen beeinflussen. Beispielsweise können wir die Länge eines Prüflings kontinuierlich beobachten. Je nachdem, ob das Objekt in Ruhe oder in Bewegung ist, kann ein sehr signifikanter Unterschied beobachtet werden. Dies zeigt, wie entscheidend Konsistenz und Kontrolle der Variablen sind, bevor Vergleiche angestellt werden können.

Terminologie kann in verschiedenen Kontexten oft unterschiedliche Bedeutungen haben, wobei Begriffe wie „Genauigkeit“ und „Präzision“ sehr unterschiedliche Bedeutungen annehmen. Darüber hinaus sind sie oft fallspezifisch:Beispielsweise kann die Bedeutung des Begriffs „Genauigkeit“ im Studium der Biomechanik anders verstanden werden als in der Robotik oder in visuellen Effekten.

Als Teil dieser Arbeit wollten wir wirklich Informationen bereitstellen, die informativ sind und Ingenieuren helfen, zu verstehen, welches Leistungsniveau sie erwarten können. Dies erforderte eine Methode, die für das Publikum geeignet war, das am häufigsten nach diesem Thema fragte, leicht erklärbar war und vernünftige Ergebnisse für eine Reihe verschiedener Anwendungen lieferte.

Außerdem wollten wir mit einer Methode, die verstanden wurde, ins Gespräch kommen – intern während der Entwicklung, aber auch extern – um zukünftige Entwicklungen und Verbesserungen in diesem Kontext zu kommunizieren. Wir hielten es für wichtig, eine extern veröffentlichte Methode zu verwenden, um diese Methode und damit die erzielten Ergebnisse vollständig transparent zu machen.

Vicon stellte eine Gruppe unter der Leitung des damaligen technischen Produktmanagers Tim Massey zusammen, die über ein breites Spektrum an Erfahrung in den Details der Funktionsweise der Bewegungserfassung in der Praxis und nicht nur in der Theorie verfügte. Sie waren eine Gruppe, die wusste, wie wir helfen konnten, dieses Problem auf eine Weise zu verstehen, die für unser Publikum nützlich und informativ wäre.

Über einen Zeitraum von Monaten überprüften wir eine Reihe externer Methoden und probierten einige der vielversprechendsten aus, um ihre Effektivität und Relevanz für die Art und Weise, wie die Systeme verwendet wurden, zu bewerten. Wir entschieden, dass eine Methode, die vom Unterausschuss für 3D-Messsysteme der American Society for Testing and Materials (ASTM E57) entwickelt und bewertet wurde, am besten geeignet war. ASTM hat das E57-Komitee im Juni 2006 speziell zur Entwicklung von Standards gegründet, die zur Bewertung der Leistung von 3D-Systemen verwendet werden können. Die Methode E3064 („Standard Test Method for Evaluating the Performance of Optical Tracking Systems that Measure Six Degrees of Freedom (6DOF) Pose“) ist eine einfache Methode, die eine gleichmäßige Messung zwischen zwei starren Objekten ermöglicht, während sie sich kontrolliert in einer Optik bewegen Lautstärke der Bewegungserfassung.

Diese Methode hat den Vorteil, dass sie einfach zu verstehen und zu erklären ist. Es hat aber auch den Vorteil, ein sich ständig bewegendes Objekt (eine kritische Komponente eines Bewegungserfassungssystems und eine Variable, die einen erheblichen Unterschied machen kann) zu bewerten und Fehler an vielen Stellen innerhalb des Erfassungsvolumens schnell zu bewerten.

Es ist jedoch wichtig zu erwähnen, dass es keine „richtige“ Methode gibt. Es gibt auch viele verschiedene Alternativen, und jede Methode hat unterschiedliche Vorzüge. Wir waren jedoch der Meinung, dass dies eine informative Methode ist, um den Menschen zu erklären, welche Art von Leistung sie erwarten können, mit einer Bewertung, die für die Verwendung von Vicon-Systemen durch Ingenieure relevant ist.

Wir haben zwei separate, aber ähnliche Setups getestet, die aus Vantage 5-MP- oder 16-MP-Kameras bestehen, und den Abstand zwischen zwei starren Objekten gemessen. Dies war ein bekannter fester Abstand, der aus thermisch neutralem Kunststoff konstruiert war, um physikalische Unterschiede, die durch Bewegung oder Temperaturänderungen entstehen könnten, so weit wie möglich zu eliminieren. Dadurch konnte die Messgenauigkeit konsistent gegen diese bekannte feste Referenz bestimmt werden, während sie sich um das Volumen bewegte, sowie eine genaue Bewertung der Messungen ermöglicht werden. Die Beobachtung war konsistent, obwohl das Objekt über das Erfassungsvolumen und in kontinuierlicher Bewegung bewegt wurde.

Diese Arbeit ermöglicht es uns nun, besser zu kommunizieren, wie neue Entwicklungen die von Vicon bereitgestellte Qualität verbessern. Ein gutes Beispiel dafür ist die jüngste Veröffentlichung von Vantage+, bei der wir jetzt nicht nur die Vorteile klar erläutern können, die höhere Bildraten bieten können, sondern auch die inhärenten Kompromisse, die innerhalb der Technologie bestehen.

Dieser Artikel wurde von Dr. Felix Tsui, Produktmanager, Vicon (Oxford, UK) verfasst. Weitere Informationen finden Sie unter hier .