PST
Návod na stavbu cíle

Konstrukce sledovacích cílů

1.1 Úvod
PST používá hmatatelné, bezdrátové objekty pro 3D interakci a 3D měření (v této příručce označované jako „sledovací cíle“). Sledovací cíle jsou fyzické objekty, které lze rozpoznat pomocí PST a pro které lze určit 3D polohu a orientaci. Stejně jako lze myš použít k umístění ukazatele ve 2D, lze cíl sledování použít k umístění objektu ve 3D se šesti stupni volnosti. 3D poloha a orientace (pozice) sledovacího cíle jsou opticky sledovány s milimetrovou přesností, což zajišťuje bezdrátový provoz.

Obrázek 1.1: Přample sledování cílů.

Systém je založen na infračerveném (IR) osvětlení, které snižuje rušení zdrojů viditelného světla z okolí. Jakýkoli objekt lze přeměnit na sledovací cíl použitím retroreflexních značek. Je také možné použít IR LED jako markery, obvykle označované jako „aktivní markery“. PST používá tyto značky k rozpoznání cílů a k rekonstrukci jejich pozice. Jako sledovací cíl lze v podstatě použít jakýkoli fyzický objekt, např. pero, kostku nebo dokonce autíčko. Lze také použít cíle podobné anténám, často používané jinými optickými sledovacími systémy. Obrázek 1.1 ukazuje některé examppočet sledování cílů.

1.2 Retroreflexní značky
Retroreflexní značky jsou aplikovány na objekty, aby je přeměnily na sledování
cíle. PST používá tyto značky k rozpoznání objektů a k určení jejich polohy. Aby PST mohl určit pozici cíle, musí být aplikovány alespoň čtyři markery.

Velikost značek určuje optimální vzdálenost sledování. Pro PST s čočkami 3.5 mm se doporučují kulaté značky nebo koule o minimálním průměru 7 mm. Pro konstrukci sledovacích cílů je PST schopen používat ploché retroreflexní značky i kulové značky (viz obrázek 1.2).

Obrázek 1.2: Retroreflexní značky. Podporovány jsou ploché a kulové značky.

1.3 Aktivní značky
Při přidávání elektroniky k cíli sledování není problém, je možné použít IR LED jako aktivní značky. To je zvláště užitečné, když jsou cíle sledovány na větší vzdálenosti nebo když podmínky osvětlení prostředí ztěžují viditelnost retroreflexních značek. Specifická kombinace kamer a filtračního materiálu použitého v PST jej činí nejcitlivějším na IR světlo s vlnovou délkou 850 nm. Proto se doporučuje použití 850 nm LED. V závislosti na požadovaných pozorovacích úhlech a možných úhlech rotace vnímaného sledovacího cíle různé LED viewúhly (úhel, pod kterým LED vyzařuje světlo) mohou být optimální. Obecně platí, že LED s a viewúhel asi 120° vykazuje dobrý výkon.

1.4 Vytvoření nového cíle
Nové sledovací cíle lze snadno vytvořit. Níže uvedený postup lze použít jak pro retroreflexní markery, tak pro aktivní markery. Při navrhování aktivního sledovacího cíle však vezměte v úvahu, že aktivní markery budou vyžadovat zdroj energie a elektroniku. Postup sestává z náhodného přidávání značek k novému objektu a použití klientského softwaru PST k trénování cíle. Poté, co se PST dozví o cíli, může být použit ve vaší aplikaci. Proces trénování cíle je popsán v části 2.

PST funguje nejlépe, když jsou vždy viditelné alespoň čtyři značky. Proto jsou pro sledování nejvhodnější konvexní objekty. Kromě toho, aby se zabránilo samookluzi značek, tvar nového sledovacího cíle by měl být optimálně takový, aby úhly mezi všemi sousedními stranami byly větší než 90°. Obrázek 1.3 ukazuje dva příkladyampsoubory dobře fungujících univerzálních sledovacích zařízení.

Obrázek 1.3: Přampdva víceúčelové sledovací cíle. Všimněte si, jak je z jedné jasně vidět více značek viewúhel.

Vzhledem k tomu, že PST používá k osvětlení svého okolí IR LED panely, je třeba dbát na to, aby byla minimalizována odrazivost sledovaného cíle. Kovové nebo lesklé povrchy budou mít za následek špatný výkon sledování. Výkon sledování je optimální při použití matně černých objektů. Chcete-li ověřit, zda je cíl vhodný pro sledování, otevřete okno „Camera Images“ v „View” klientské aplikace PST. Umístěte terč před PST a zkontrolujte, zda je kontrast mezi značkami a cílem vysoký a že kromě značek nejsou žádné odrazy. V optimálním případě by cíl měl být černý, zatímco značky jsou bílé. Bývalýample sledovacího cíle s optimálním kontrastem, jak jej vnímá PST, je znázorněn na obrázku 1.4

Při použití značek na objekt za účelem jeho převedení na cíl sledování je třeba věnovat určitou pozornost zajištění optimálního výkonu:

• Aby PST identifikoval a sledoval objekt, měl by mít vždy jasný výhled na alespoň čtyři značky na objektu. Proto je důležité zajistit, aby z každé byly viditelné alespoň čtyři značky viewúhel.
• Vzor značek na cíli by měl být víceméně náhodný. Abyste se vyhnuli nejednoznačnostem, snažte se zajistit, aby na objektu nebyly žádné symetrické, pravidelné nebo podobné vzory.

Obrázek 1.4: Sledovací kamera view zobrazení optimálního cílového obrazu.

• Všimněte si, že více kolineárních značek (značek na stejné lince) nám neposkytuje
• přesné informace pro PST k určení plné pozice objektu 6DOF.
• Používejte pouze kruhové nebo kulové značky, protože poskytují nejpřesnější a nejkonzistentnější přesnost polohy.
• Používejte popisovače s minimálním průměrem 7 mm. Větší značky mohou poskytovat lepší přesnost, zatímco menší značky nám neposkytují
• přesné informace pro přesné sledování.
• Minimální vzdálenost od okraje k okraji mezi dvěma značkami by měla být alespoň po použití průměru velikosti značky (např. 7 mm vzdálenost od okraje k okraji pro značky 7 mm).
• Snažte se vyhnout použití více než 40 značek na jeden cíl sledování. (Na jeden cíl je maximálně 100 značek)

Tréninkové sledování cílů

Poté, co byl vytvořen nový cíl sledování, je třeba jej zatrénovat pomocí klientské aplikace PST, aby jej PST rozpoznával. Tréninkovou stránku vyberete stisknutím záložky „Nový cílový model“ v hlavním okně (viz obrázek 2.1). Školení se týká procesu „naučení“ systému rozpoznávat a používat nové objekty jako sledovací cíle. To se provádí pomalým pohybem objektu před PST. Během tohoto pohybu objektu PST zkonstruuje model objektu, který se používá k identifikaci každého cíle sledování.

Obrázek 2.1: Klient PST v tréninkovém režimu

Nové sledovací cíle se trénují následovně:

1.  K objektu připojte čtyři nebo více značek. Další podrobnosti o konstrukci cíle naleznete v kapitole 1. Umístěte předmět doprostřed pracovního objemu PST bez okluze jinými předměty. Odstraňte z pracovního objemu všechny ostatní sledovací terče a reflexní materiály. Pokud je během tréninku vidět více než jeden objekt, může to způsobit nesprávné cílové modely. Tréninkový postup může trénovat jednotlivé objekty obsahující až 100 značek.
2. Vyberte jednotku PST, kterou chcete použít pro trénink, a stiskněte tlačítko „Start“ v tréninkovém okně. Trénink živě view se aktualizuje a zobrazuje 3D body odpovídající viditelným značkám. BývalýampTrénink je znázorněn na obrázku 2.2. Barvy kódují různé značky v cílovém modelu. Šedé kostky označují, že dříve viditelná značka je okludovaná a její poloha je předpovídána PST. The viewbod tréninku živě view lze manipulovat pomocí myši.
   Obrázek 2.2: Probíhá školení
3. Pomalu a plynule pohybujte a otáčejte objektem před PST tak, aby se systému zobrazily všechny značky. Ujistěte se, že během tréninku vždy zůstanou viditelné tři nebo více značek. V případě, že nezůstane viditelný dostatek značek, trénink se přeruší a zobrazí se chybové hlášení. V takovém případě zavřete chybový dialog a restartujte tréninkovou proceduru. Pokud problém přetrvává, zkontrolujte, zda má objekt dostatek viditelných značek z každého úhlu.
   Když zobrazený počet cílových značek dosáhne skutečného počtu značek na objektu, stiskněte tlačítko „Stop“. Trénink živě view nyní lze použít view cílový model získaný během tréninkového postupu.
4. BývalýampSledování cíle pomocí odpovídajícího cílového modelu získaného z tréninkového postupu je znázorněno na obrázku 2.3. Pokud je cílový model hotový a nový sledovací cíl má být použit v praxi, stiskněte tlačítko „Uložit“ pro uložení modelu. Zobrazí se dialogové okno s výzvou k zadání názvu cíle a identifikátoru cíle. Zadejte jedinečný název, vyberte identifikátor a stiskněte „Uložit“.
5. Vraťte se ke sledování view a vyberte nový cíl sledování. Cíl by měl být okamžitě viditelný v živém sledování view.Obrázek 2.3: Přample objektu a jeho natrénovaného modelu
6. V případě potřeby lze upravit vztah mezi cílovým modelem a jeho souřadnicovým rámem. Pokyny naleznete v části 6.6 této příručky.

Ruční vytváření cílů

Obrázek 3.1: Karta úprav modelu klientského zařízení PST

Kromě použití tréninkového postupu ke konstrukci nových sledovacích cílů lze sledovací cíle vytvářet a upravovat ručně. Na kartě „Upravit model zařízení“ v klientské aplikaci PST (zobrazeno na obrázku 3.1) vyberte jakýkoli dostupný cíl sledování a stiskněte tlačítko „Exportovat“. V dialogu exportu souboru vyberte formát souboru JSON a vyberte umístění a název souboru. Tím se vytvoří soubor ve formátu JSON obsahující úplný popis cíle sledování. Tento soubor lze zkontrolovat a upravit ručně a importovat do klienta PST pomocí tlačítka „Importovat“ na kartě „Upravit model zařízení“. Úplný popis struktury cílového modelu JSON naleznete v příloze A příručky PST.

Kromě kontroly a úprav natrénovaných modelů sledování umožňuje import souboru JSON ruční definici těchto modelů. Když jsou známa přesná měření v reálném světě na pozicích značek, např. z modelu CAD cíle sledování, lze vytvořit a importovat soubor JSON podle struktury popsané v příloze A příručky PST. Pečlivě dodržujte pokyny v příloze A příručky PST a vytvořte si vlastní model sledování.

PS-Tech BV
Falckstraat 53 hod
NL 1017VV Amsterdam
Nizozemsko
Volejte: +31 (0)20 331 1214
Fax: +31 (0)20 524 8797

info@ps-tech.com
http://www.ps-tech.com

Přestože byla při přípravě této příručky přijata veškerá preventivní opatření, společnost PS-Tech BV nepřebírá žádnou odpovědnost za chyby nebo opomenutí.

Copyright © 2021 PS-Tech BV, Amsterdam, Nizozemsko

Všechna práva vyhrazena. Žádná část této publikace nesmí být reprodukována, ukládána do vyhledávacího systému nebo přenášena v jakékoli formě nebo jakýmikoli prostředky, mechanicky, kopírováním, nahráváním nebo jinak, bez předchozího písemného souhlasu PS-Tech BV.
PS-Tech, logo PS-Tech, PST, PST Iris (HD), PST Base (HD) a PST Pico jsou registrované ochranné známky nebo ochranné známky společnosti PS-Tech ve Spojených státech a/nebo jiných zemích.

Rev. 5.1.0-0-g7fd0dc0

Dokumenty / zdroje

ps-tech PST Iris Optical Tracker [pdfNávod k obsluze PST Iris Optical Tracker

Reference

• Uživatelská příručka