Mesure de la précision du suivi d'objets dynamiques dans les systèmes de capture de mouvement

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

La nature des systèmes de capture de mouvement optiques signifie qu'il existe une large gamme de variables, rendant les questions sur la précision compliquées, et certains des facteurs les plus importants dans la performance du système sont également contre-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 la qualité des caméras ; la qualité et la taille des marqueurs utilisés ; le processus de calibration des caméras ; et les algorithmes utilisés pour calculer la pose d'objet rigide à partir des données de caméra.

Même avec un environnement complètement contrôlé, le mouvement des objets peut affecter les mesures. Par exemple, nous pouvons observer continuellement la longueur d'un objet test. Il est possible d'observer une différence hautement 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 que des comparaisons puissent être faites.

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

Dans le cadre de ce travail, nous voulions vraiment fournir des informations qui seraient informatives et aideraient les ingénieurs à comprendre quel niveau de performance ils pouvaient attendre. Cela exigeait une méthode appropriée à l'audience qui posait le plus fréquemment des questions sur ce sujet, facilement explicable, et produisant des résultats sensés dans une gamme d'utilisations différentes.

Nous voulions aussi démarrer une conversation — en interne pendant le développement, ainsi qu'en externe — avec une méthode qui était comprise, afin que les développements et améliorations futurs puissent être communiqués dans ce contexte. Nous estimions qu'il était important d'utiliser une méthode publiée en externe, pour être pleinement transparent sur cette méthode et donc sur les résultats obtenus.

Vicon a réuni un groupe, dirigé par l'ancien Responsable Produit Ingénierie Tim Massey, avec une large expérience dans les détails de la façon dont la capture de mouvement fonctionnait en pratique, pas seulement en théorie. C'était un groupe qui savait comment nous pouvions aider à donner du sens à ce problème d'une manière qui serait utile et informative pour notre audience.

Sur une période de 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 façon dont les systèmes étaient utilisés. Nous avons décidé qu'une méthode développée et évaluée par le sous-comité pour les systèmes de mesure 3D de l'American Society for Testing and Materials (ASTM E57) était la plus appropriée. L'ASTM a établi le comité E57 en juin 2006 spécifiquement pour développer des standards qui pourraient être utilisés pour évaluer la performance 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 volume de capture de mouvement optique.

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

Il est important, cependant, de mentionner qu'il n'y a pas de méthode « correcte ». Il existe aussi de nombreuses alternatives différentes, et chaque méthode a des mérites différents. Cependant, on a estimé que c'était une méthode informative pour aider à expliquer aux gens le type de performance qu'ils pourraient attendre avec une évaluation qui était pertinente pour la façon dont les systèmes Vicon sont utilisés par les ingénieurs.

Nous avons testé deux configurations séparées mais similaires, composées de caméras Vantage 5 MP ou 16 MP, et mesuré la distance entre deux objets rigides. C'était une distance fixe connue qui était construite en plastique thermiquement neutre pour éliminer, autant que possible, les différences physiques qui pourraient surgir du mouvement ou des changements de température. Cela a permis de déterminer la précision de la mesure de manière cohérente par rapport à cette référence fixe connue alors qu'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 que Vicon fournit. Un bon exemple de cela est la sortie récente de Vantage+ où nous sommes maintenant capables d'expliquer clairement non seulement les avantages que des taux de trame accrus peuvent offrir, mais aussi les compromis inhérents qui existent dans la technologie.

Cet article a été écrit par le Dr Felix Tsui, Responsable Produit, Vicon (Oxford, UK). Pour plus d'informations, visitez ici .