Grup de Geometria Visual

Joc de proves per analitzar l'error de l 'IRITracker

Objectiu

L'objectiu és mesurar l'error que es comet en el procés de derivacio del moviment a partir del tracking de contorns. El proces sencer compren:

Discretitzacio de la imatge / Ajustament de la B-Spline al contorn
Tracking / Avaluacio del discriminant de Fisher
Extraccio del shape vector i parametres de moviment

Cadascuna d'aquestes diferents etapes introdueix un error diferent. Es vol aillar el millor possible cadascuna de les diferents etapes per tal de tenir una mesura de l'error que introdueix. D'aquesta manera es te idea de les fases pitjor condicionades. A més a més s'estableix un mecanisme per poder mesurar d'una manera mes objectiva les posteriors millores que cal introduir.

En el futur, caldrà també avaluar la resposta del tracker davant de canvis dil·luminació i presència d'oclusions, de cara a la posterior fusió d'informació de diferents contorns.

Les dades a recollir a cada iteracio del proces de tracking son:

Shape vector computat, per obtenir despres la mitjana i la variança
Matriu de covariança associada
Transformacio R i T computada, per obtenir despres la mitjana i la variança
Temps transcorregut des de l'anterior recollida de dades

Escenari

L'escenari d'aquests experiments inclou el moviment, o bé de la càmera o bé de l'objectiu. Per aixo es necessari poder mesurar aquest moviment amb la millor precisio possible i aixi obtenir "la veritat". Per a fer les proves seria convenient que la plataforma d'adquisicio de dades unica i fer servir la mateixa configuracio de camera-tarja d'adquisicio.
Es disposa a l'IRI de tres plataformes que actualment son susceptibles de ser utilitzades:

Pan-Tilt incorporat a la camera: cal veure la seva precisio. Nomes disposa de dos graus de llibertat.
Marco: robot mobil Pioneer de tres graus de llibertat equipat amb un cap stereo i un laser de mesura de la posicio. L'espai de treball pot ser gran, pero la precisio es limitada.
Staubli: braç robot de sis graus de llibertat. Gran precisio de moviments, pero l'espai de treball es massa reduit per a provar els desplaçaments tipics d'un robot mobil.

En qualsevol de les situacions anteriors es pot avaluar canvis en el zoom de la camera.
Per a rotacions senzilles es pot fer servir la PTU de la camera. Per a petits desplaçaments, sobretot en X i Y, es pot fer servir una superficie calibrada quan el muviment intermig no importa.
Per a moviments constants es proposa utilitzar en Marco per a mesurar X, Y i Z (canviant la relacio entre robot i camera es poden aconseguir tots tres), i utilitzar l'Staubli per a mesurar desplaçaments petits en X, Y i Zi, i girs en Fi, Theta i Psi.

Nota: cal veure si obtenim mes precisio amb una cinta metrica que amb el laser (6cm poden ser molt!)!

Experiments a realitzar

Els experiments que involucren posicio inicial i final diferents seria convenient repetir-los varies vegades.

1. Proves preliminars

Es tracta de mesurar l'error en el proces d'inicialitzacio i d'adquisicio d'imatges.

1.1. Mesura de l'error d'adquisicio i d'inicialitzacio

Per tal de mesurar l'error que s'introdueix al sistema a la fase d'adquisicio d'imatges es proposa treballar amb una imatge desada al disc. A poder ser, i per tal de facilitar la tasca d'inicialitzacio, s'hauria d'utilitzar una imatge sintetica. D'aquesta manera la inicialitzacio manual pot ser exacta.

Prova [1]: Carregar una imatge sintetica amb un contorn centrat i de mida correcta, fer la inicialitzacio del contorn i prendre dades del proces de tracking. Si es vol avaluar el discriminant de Fisher el contorn ha de tenir color i/o textura.

Comparant aquestes dades amb les obtingudes amb imatge real s'obte el soroll introduit pel sistema de captacio.

Amb aquest procedime tambe es possible avaluar el proces d'inicialitzacio, comparant la incialitzacio exacta d'un contorn en una imatge sintetica amb la inicialitzacio assistida pel cercador de cantonades.

Prova [2]: Carregar una imatge sintetica amb un contorn centrat i de mida correcta, fer la inicialitzacio del contorn pel procediment de cerca assistida de cantonades i salvar a disc el contorn.

Amb aquestes dades es pot veure la repetibilitat del sistema d'inicialitzacio. Comparant la inicialitzacio manual amb la exacta es te mesura del bon funcionament del proces d'inicialitzar.

2. Proves estatiques

Involucren una posicio inicial i una final.

2.2. Sota condicions de perspectiva dèbil

La mesura de l'error del tracker serveix per poder saber l'error que es comet en aquesta fase, i poder discernir despres quina part de l'error es deguda a aquesta fase i quina a la derivacio del moviment.

2.2.1. Prova de diferents formes

Es vol determinar, donada una bateria de contorns diferents, quin es el que ofereix un resultat millor. Aixi es poden trobar les caracteristique desitjables que ha de tenir un contorn per a poder definir un bon objectiu.

Es proposen les seguents formes, que barregen les cantonades i els contorns corbats:

$\includegraphics[width=0.1\textwidth]{creu.eps}$	$\includegraphics[width=0.1\textwidth]{cercle.eps}$	$\includegraphics[width=0.1\textwidth]{arbre.eps}$	$\includegraphics[width=0.1\textwidth]{elipse.eps}$
$\includegraphics[width=0.1\textwidth]{quadrat.eps}$	$\includegraphics[width=0.1\textwidth]{triangle.eps}$	$\includegraphics[width=0.1\textwidth]{hac.eps}$

Prova [3..8]: per cada figura, inicialitzar el contorn i prendre mesures durant un cert temps sense canviar l'entorn.

Prova []: per cada figura, inicialitzar el contorn de manera que hi hagi mes punts de control que en la incialitzacio minima, i prendre mesures durant un cert temps sense canviar l'entorn.

2.3. Quan no es compleixen les condicions de perspectiva debil

Es vol mesurar l'error que es comet quan les restriccions de perspectiva debil ja no es compleixen.

2.3.1. Centrat a la imatge: en el mateix pla de la imatge, diferents posicions

Es vol mesurar el comportament del proces d'extraccio de dades quan no es compleix la restriccio que l'objectiu ha d'estar centrat a la imatge. Es pot considerar que dividint la imatge en nou regions ja s'obte suficient granulalitat.

1	2	3
4	5	6
7	8	9

Es pot considerar que la distorsio que es mesurara es propaga igualment en totes direccions i per tant restringir els experiment a tres cel.les, per exemple:

1	2	3
4	5	6
7	8	9

2.3.1.1. Inicialitzacio central

Prova [9..11]: Inicialitzar el contorn en la posicio central, engegar el tracking, moure'l fins a la posicio desitjada i un cop estabilitzat el tracker prendre mesures.

2.3.1.2. Inicialitzacio a la posicio

Prova [12,13]: Inicialitzar el contorn en la posicio desitjada (1 o 2) i un cop estabilitzat el tracker prendre mesures.

2.3.2. Efectes perspectius: a diferents profunditats

Es vol mesurar l'error que es comet quan la condicio de perspectiva debil es perd a causa de:

Efectes perspectius: els contorns cal que estiguin aprop. La inicialitzacio cal fer-la en la posicio central.
Efectes de precisio pixel: els contorns cal allunyar-los de manera que el mateix moviment produeixi canvis cada vegada mes lleugers.

Es proposa dividir l'espai de profunditats en 5 zones, de manera que la 3 corespon a la profunditat utilitzada per al les proves [7..9], i la resta a configuracons mes properes i mes llunyanes.

Prova [14..18]: inicialitzar el contorn a la posicio central (la utilitzada a la prova 7), moure el contorn a la profunditat desitjada i un cop estabilitzat prendre mesures.

2.3.3. Inicialitzacio no frontoparal.lela.

Es vol mesurar l'error que es comet quan la condicio d'inicialitzacio no frontoparal.lela

Prova [19..24]: Inicialitzar el contorn en la posicio desitjada no frontoparal.lela, un cop estabilitzat el tracker prendre mesures per moviments a cada grau de llibertat.

3. Proves dinamiques

Involucren una posicio inicial i una final diferents amb la intencio d'avaluar el moviment intermig.

3.1. Proves per avaluar cada grau de llibertat per separat

L'objectiu es avaluar cadascun dels graus de llibertat per separat. Cal prendre mesures de tots els graus de llibertat per comprovar-ne el grau de independencia.

Cal definir dues posicions, Rt0 i Rt1. Fer el moviment que porta d'una a l'altra de manera coneguda i comparar el resultat final del tracking amb el moviment real. Per aquesta prova cal tenir en compte les dades intermitges del moviment. Per facilitar la comparacio de dades, i evitar problemes de sincronia, es proposa utilitzar moviments amb velocitat constant.

Prova [25..27]: Amb en Marco, definir una posicio inicial Rt0=[0,0,0,0,0,0]. Engegar el proces de tracking. Per cada grau de llibertat (X, Y, Z), realitzar un moviment constant conegut, i deixar el tracking que s'estabilitzi a la posicio desti Rt1.

Prova [28..30]: Amb l'Staubli, definir una posicio inicial Rt0=[0,0,0,0,0,0]. Engegar el proces de tracking. Per cada grau de llibertat (Fi, Theta, Psi), realitzar un moviment constant conegut, i deixar el tracking que s'estabilitzi a la posicio desti Rt1.

3.2. Proves per avaluar moviment complet

Es tracta de definir dues posicions, Rt0 i Rt1. Fer el moviment que porta d'una a l'altra de manera coneguda i comparar el resultat final del tracking amb el moviment real. Per aquesta prova cal tenir en compte les dades intermitges del moviment. Per facilitar la comparacio de dades, i evitar problemes de sincronia, es proposa utilitzar moviments amb velocitat constant.

Prova [31]: Amb l'Staubli, definir una posicio inicial Rt0=[0,0,0,0,0,0]. Engegar el proces de tracking. Realitzar un moviment constant conegut (X, Y, Z, Fi, Theta, Psi), i deixar el tracking que s'estabilitzi a la posicio desti Rt1.

2002. Institut de Robótica i Informática Industrial

galenya@iri.upc.es