Determinando a precisão do rastreamento de objetos dinâmicos

Já existe um amplo corpo de trabalho em que as avaliações de vários sistemas de captura de movimento produziram uma ampla gama de resultados diferentes. Esses estudos produzem resultados úteis e relevantes para casos de uso específicos, mas frequentemente medem coisas diferentes e os métodos, ou mesmo a terminologia usada, variam significativamente de várias maneiras importantes.

A natureza dos sistemas de captura de movimento óptico significa que há uma grande variedade de variáveis, tornando complicada a resposta a perguntas sobre precisão, e alguns dos fatores mais importantes no desempenho do sistema também não são intuitivos. As condições que afetam a qualidade dos dados podem incluir:o tamanho do espaço, a geometria e a velocidade do objeto, a natureza do movimento e as mudanças nas condições ambientais – bem como as características do próprio sistema – como número, resolução, e qualidade das câmeras; a qualidade e tamanho dos marcadores utilizados; o processo de calibração da câmera; e os algoritmos usados ​​para calcular a pose do objeto rígido a partir dos dados da câmera.

Mesmo com um ambiente totalmente controlado, o movimento dos objetos pode afetar as medições. Por exemplo, podemos observar continuamente o comprimento de um objeto de teste. É possível observar uma diferença altamente significativa, dependendo se o objeto está em repouso ou em movimento. Isso mostra como a consistência e o controle das variáveis ​​são cruciais antes que as comparações possam ser feitas.

A terminologia muitas vezes pode significar coisas diferentes em contextos diferentes, com termos como “exatidão” e “precisão” assumindo significados muito diferentes. Além disso, eles geralmente são específicos para cada caso:por exemplo, o significado do termo "precisão" pode ser entendido de forma diferente no estudo da biomecânica para robótica e efeitos visuais.

Como parte deste trabalho, realmente queríamos fornecer informações que fossem informativas e ajudassem os engenheiros a entender o nível de desempenho que eles poderiam esperar. Isso exigia um método que fosse adequado ao público que mais perguntava sobre esse tópico, fosse facilmente explicável e produzisse resultados sensatos em uma variedade de usos diferentes.



Também queríamos iniciar uma conversa – internamente durante o desenvolvimento, bem como externamente – com um método que fosse entendido, para que futuros desenvolvimentos e melhorias pudessem ser comunicados nesse contexto. Sentimos que era importante usar um método publicado externamente, para ser totalmente transparente sobre esse método e, portanto, sobre quais resultados são alcançados.

Vicon reuniu um grupo, liderado pelo então Gerente de Produto de Engenharia Tim Massey, com uma vasta experiência nos detalhes de como a captura de movimento funcionava na prática, não apenas na teoria. Eles eram um grupo que sabia como poderíamos ajudar a entender esse problema de uma maneira que seria útil e informativa para nosso público.

Durante um período de meses, revisamos uma série de métodos externos, tentando alguns dos mais promissores, para avaliar sua eficácia e relevância para como os sistemas estavam sendo usados. Decidimos que um método desenvolvido e avaliado pelo subcomitê de sistemas de medição 3D da Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM E57) era o mais apropriado. A ASTM estabeleceu o comitê E57 em junho de 2006 especificamente para desenvolver padrões que pudessem ser usados ​​para avaliar o desempenho de sistemas 3D. O método E3064 (“Standard Test Method for Evaluating the Performance of Optical Tracking Systems that Measure Six Degrees of Freedom (6DOF) Pose”) é um método simples que permite uma medição uniforme entre dois objetos rígidos enquanto se move de forma controlada em um sistema óptico. volume de captura de movimento.

Este método tem a vantagem de ser simples de entender e explicar. Mas também tem o benefício de avaliar um objeto em movimento contínuo (um componente crítico de um sistema de captura de movimento e uma variável que pode fazer uma diferença significativa) e avaliar erros rapidamente em muitos locais dentro do volume de captura.

É importante, porém, mencionar que não existe um método “correto”. Existem também muitas alternativas diferentes, e cada método tem méritos diferentes. No entanto, considerou-se que este era um método informativo para ajudar a explicar às pessoas o tipo de desempenho que elas podem esperar com uma avaliação relevante para como os sistemas Vicon são usados ​​pelos engenheiros.

Testamos duas configurações separadas, mas semelhantes, compostas por câmeras Vantage de 5 MP ou 16 MP, e medimos a distância entre dois objetos rígidos. Esta era uma distância fixa conhecida que foi construída de plástico termicamente neutro para eliminar, tanto quanto possível, diferenças físicas que pudessem surgir de movimentos ou mudanças de temperatura. Isso permitiu que a precisão da medição fosse determinada de forma consistente em relação a essa referência fixa conhecida à medida que se movia ao redor do volume, além de permitir uma avaliação precisa das medições. A observação foi consistente, embora o objeto tenha sido movido pelo volume de captura e em movimento contínuo.

Este trabalho agora nos permite comunicar melhor como os novos desenvolvimentos melhoram a qualidade que a Vicon oferece. Um bom exemplo disso é o recente lançamento do Vantage+, onde agora podemos explicar claramente não apenas os benefícios que o aumento das taxas de quadros pode oferecer, mas também as vantagens inerentes à tecnologia.

Este artigo foi escrito pelo Dr. Felix Tsui, Gerente de Produto, Vicon (Oxford, Reino Unido). Para mais informações, visite aqui .