Voor een perfecte slag bij virtueel bowlen is het niet nodig dat uw spelsysteem de positie en oriëntatie van uw zwaaiarm nauwkeurig volgt. Maar als je met een robotvorkheftruck rond een fabriek rijdt, het manipuleren van een mechanische arm op een lopende band of het leiden van een op afstand bestuurbare laserscalpel in een patiënt, het vermogen om precies te bepalen waar het zich in de driedimensionale (3D) ruimte bevindt, is van cruciaal belang.

Om die meting betrouwbaarder te maken, een publiek-privaat team onder leiding van het National Institute of Standards and Technology (NIST) heeft een nieuwe standaardtestmethode ontwikkeld om te evalueren hoe goed een optisch volgsysteem de positie en oriëntatie van een object kan bepalen - bekend als zijn "pose" - met zes graden van vrijheid:omhoog/omlaag, rechts links, vooruit achteruit, toonhoogte, gieren en rollen.

Optische volgsystemen werken volgens een principe dat vergelijkbaar is met het stereoscopische zicht van een mens. De twee ogen van een persoon werken samen om tegelijkertijd de omgeving in zich op te nemen en de hersenen precies te vertellen waar alle mensen en objecten in die ruimte zich bevinden. In een optisch volgsysteem, de "ogen" bestaan ​​uit twee of meer camera's die de kamer opnemen en werken samen met straalzenders die een signaal weerkaatsen:infrarood, laser of LIDAR (Light Detection and Ranging) - van objecten in het gebied. Met beide gegevensbronnen die in een computer worden ingevoerd, de ruimte en de inhoud ervan kunnen virtueel worden nagebouwd.

Het bepalen van de pose van een object is relatief eenvoudig als het niet beweegt, en eerdere prestatietests voor optische volgsystemen waren uitsluitend gebaseerd op statische metingen. Echter, voor systemen zoals die worden gebruikt voor het besturen van automatisch geleide vorkheftrucks (AGV) - de robotachtige lastdieren die in veel fabrieken en magazijnen worden aangetroffen - is dat niet goed genoeg. Hun "visie" moet 20/20 zijn voor zowel stilstaande als bewegende objecten om ervoor te zorgen dat ze efficiënt en veilig werken.

Om in deze behoefte te voorzien, een onlangs goedgekeurde ASTM International-standaard (ASTM E3064-16) biedt nu een standaard testmethode voor het evalueren van de prestaties van optische volgsystemen die pose meten in zes vrijheidsgraden voor statische elektriciteit - en voor de eerste keer, dynamische objecten.

NIST-ingenieurs hebben geholpen bij het ontwikkelen van zowel de tools als de procedure die in de nieuwe standaard worden gebruikt. "De tools zijn twee barbell-achtige artefacten die de optische volgsystemen tijdens de test kunnen lokaliseren, " zei NIST-elektronica-ingenieur Roger Bostelman. "Beide artefacten hebben een balk van 300 millimeter in het midden, maar één heeft zes reflecterende markeringen aan elk uiteinde, terwijl de andere twee 3D-vormen heeft die cuboctaëders worden genoemd [een vaste stof met 8 driehoekige vlakken en 6 vierkante vlakken]." Optische volgsystemen kunnen de volledige poses van beide doelen meten.

Volgens de collega van Bostelman, NIST computerwetenschapper Tsai Hong, de test wordt uitgevoerd door de evaluator twee gedefinieerde paden te laten lopen - een op en neer door het testgebied en de andere van links en rechts - met elk artefact. Door een artefact langs de baan te verplaatsen, oriënteert het voor de X-, Y- en Z-as metingen, terwijl het drie kanten draaien ten opzichte van het pad de toonhoogte levert, yaw en roll aspecten.

"Onze testbank in NIST's Gaithersburg, Maryland, het hoofdkantoor heeft 12 camera's met infraroodzenders in de kamer, zodat we het artefact tijdens de run kunnen volgen en de pose op meerdere punten kunnen bepalen, Hong zei. "En aangezien we weten dat de reflecterende markeringen of de onregelmatige vormen op de artefacten op 300 millimeter van elkaar zijn bevestigd, we kunnen met uiterste precisie de gemeten afstand tussen die poses berekenen en vergelijken."

Bostelman zei dat de nieuwe standaard het vermogen van een optisch volgsysteem om dingen in de 3D-ruimte te lokaliseren met ongekende nauwkeurigheid kan evalueren. "We ontdekten dat de foutmarge 0,02 millimeter is voor het beoordelen van statische prestaties en 0,2 millimeter voor dynamische prestaties, " hij zei.

Samen met robotica, optische volgsystemen vormen de kern van een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder virtual reality tijdens de vlucht/medische/industriële training, het motion capture-proces bij filmproductie en beeldgestuurde chirurgische instrumenten.

"De nieuwe standaard biedt een gemeenschappelijke set metrieken en een betrouwbare, eenvoudig te implementeren procedure die beoordeelt hoe goed optische trackers in elke situatie werken, ' zei Hong.

De standaard testmethode E3064-16 is ontwikkeld door de ASTM-subcommissie E57.02 over testmethoden, een groep met vertegenwoordigers van verschillende belanghebbenden, waaronder fabrikanten van optische volgsystemen, onderzoekslaboratoria en industriële bedrijven.