Détermination de la précision du suivi dynamique des objets

Il existe déjà un vaste corpus de travaux dans lesquels les évaluations de divers systèmes de capture de mouvement ont produit un large éventail de résultats différents. Ces études produisent des résultats utiles et pertinents pour des cas d'utilisation spécifiques, mais elles mesurent souvent des choses différentes et les méthodes, voire la terminologie utilisée, varient considérablement de plusieurs manières importantes.

La nature des systèmes de capture de mouvement optique signifie qu'il existe un large éventail de variables, ce qui complique la réponse aux questions sur la précision, et certains des facteurs les plus importants de la performance du système ne sont pas non plus intuitifs. Les conditions affectant la qualité des données peuvent inclure :la taille de l'espace, la géométrie et la vitesse de l'objet, la nature du mouvement et les changements dans les conditions ambiantes - ainsi que les caractéristiques du système lui-même - telles que le nombre, la résolution, et qualité des caméras ; la qualité et la taille des marqueurs utilisés ; le processus d'étalonnage de la caméra ; et les algorithmes utilisés pour calculer la pose de l'objet rigide à partir des données de la caméra.

Même avec un environnement complètement contrôlé, le mouvement des objets peut affecter les mesures. Par exemple, nous pouvons observer en continu la longueur d'un objet de test. Il est possible d'observer une différence très significative selon que l'objet est au repos ou en mouvement. Cela montre à quel point la cohérence et le contrôle des variables sont cruciaux avant de pouvoir effectuer des comparaisons.

La terminologie peut souvent signifier différentes choses dans différents contextes, des termes tels que « exactitude » et « précision » prenant des significations très différentes. En plus de cela, ils sont souvent spécifiques à chaque cas :par exemple, le sens du terme "précision" peut être compris différemment dans l'étude de la biomécanique, de la robotique et des effets visuels.

Dans le cadre de ce travail, nous voulions vraiment fournir des informations qui seraient informatives et aider les ingénieurs à comprendre à quel niveau de performance ils pouvaient s'attendre. Cela exigeait une méthode adaptée au public qui posait le plus souvent des questions sur ce sujet, était facilement explicable et produisait des résultats sensés dans une gamme d'utilisations différentes.

Nous voulions également entamer une conversation - en interne pendant le développement, ainsi qu'en externe - avec une méthode comprise, afin que les développements et améliorations futurs puissent être communiqués dans ce contexte. Nous avons estimé qu'il était important d'utiliser une méthode publiée en externe, d'être totalement transparent sur cette méthode et donc sur les résultats obtenus.

Vicon a réuni un groupe, dirigé par Tim Massey, alors responsable des produits d'ingénierie, avec une vaste expérience dans les détails du fonctionnement de la capture de mouvement dans la pratique, pas seulement en théorie. C'était un groupe qui savait comment nous pouvions aider à donner un sens à ce problème d'une manière qui serait utile et informative pour notre public.

Sur une période de plusieurs mois, nous avons examiné une gamme de méthodes externes, en essayant certaines des plus prometteuses, pour évaluer leur efficacité et leur pertinence par rapport à la manière dont les systèmes étaient utilisés. Nous avons décidé qu'une méthode développée et évaluée par le sous-comité des systèmes de mesure 3D de l'American Society for Testing and Materials (ASTM E57) était la plus appropriée. L'ASTM a créé le comité E57 en juin 2006 spécifiquement pour développer des normes qui pourraient être utilisées pour évaluer les performances des systèmes 3D. La méthode E3064 ("Standard Test Method for Evaluating the Performance of Optical Tracking Systems that Measure Six Degrees of Freedom (6DOF) Pose") est une méthode simple qui permet une mesure uniforme entre deux objets rigides tout en se déplaçant de manière contrôlée dans un système optique. volume de capture de mouvement.

Cette méthode a l'avantage d'être simple à comprendre et à expliquer. Mais il a également l'avantage d'évaluer un objet en mouvement continu (un composant essentiel d'un système de capture de mouvement et une variable qui peut faire une différence significative) et d'évaluer rapidement les erreurs à de nombreux endroits dans le volume de capture.

Il est important, cependant, de mentionner qu'il n'y a pas de méthode "correcte". Il existe également de nombreuses alternatives différentes, et chaque méthode a des mérites différents. Cependant, il a été estimé qu'il s'agissait d'une méthode informative pour aider à expliquer aux gens le type de performance qu'ils peuvent être en mesure d'attendre avec une évaluation pertinente pour la façon dont les systèmes Vicon sont utilisés par les ingénieurs.

Nous avons testé deux configurations distinctes mais similaires, composées de caméras Vantage 5 MP ou 16 MP, et mesuré la distance entre deux objets rigides. Il s'agissait d'une distance fixe connue qui était construite en plastique thermiquement neutre pour éliminer, autant que possible, les différences physiques pouvant résulter de mouvements ou de changements de température. Cela a permis de déterminer la précision de la mesure de manière cohérente par rapport à cette référence fixe connue lorsqu'elle se déplaçait dans le volume, ainsi que de permettre une évaluation précise des mesures. L'observation était cohérente même si l'objet était déplacé à travers le volume de capture et en mouvement continu.

Ce travail nous permet maintenant de mieux communiquer comment les nouveaux développements améliorent la qualité fournie par Vicon. Un bon exemple de cela est la récente version de Vantage + où nous sommes maintenant en mesure d'expliquer clairement non seulement les avantages que l'augmentation des fréquences d'images peut offrir, mais aussi les compromis inhérents qui existent au sein de la technologie.

Cet article a été rédigé par le Dr Felix Tsui, chef de produit, Vicon (Oxford, Royaume-Uni). Pour plus d'informations, visitez ici .