Seguimiento visual multicámara de sistemas articulados

Abstract

Este proyecto tiene como objetivo asentar las bases para el desarrollo de un método sencillo y de bajo coste, capaz de localizar tanto en posición como en orientación un sistema mecánico articulado mediante la aplicación de técnicas de localización 3D basadas en un sistema multicámara calibrado, que consiste en un cubículo de 3x3x3 metros y cuenta con cuatro cámaras infrarrojas, en posiciones enfrentadas dos a dos. El algoritmo, desarrollado en lenguaje C++ para Visual Studio, permite mediante la aplicación de técnicas de visión por computador como la Triangulación y el problema de la Perspectiva de N-Puntos (PnP) localizar una serie de marcadores pasivos en el espacio tridimensional. Una distribución de dichos marcadores en puntos clave, junto con un modelo cinemático conocido de la estructura, permite estimar todos los grados de libertad de la misma aplicando mínimos cuadrados sobre una función que relaciona la localización tridimensional de los marcadores con el modelo cinemático. Se muestran resultados experimentales para un conjunto de estructuras de prueba con diferente número de grados de libertad, que permiten evaluar la eficacia del método propuesto y sus posibles mejoras para trabajos futuros. Este problema tiene aplicación para el seguimiento del movimiendo de sistemas robóticos y vehículos articulados, así como para la captura de movimiento del cuerpo humano o partes de él.

This project aims to settle the foundations for the development of a simple and low-cost method, capable of locating both, position and orientation, of an articulated mechanical system through the application of 3D localization techniques based on a calibrated multi-camera system, consisting of a cubicle of 3x3x3 meters and four infrared cameras, placed in opposing positions two by two. The algorithm, developed in C++ language for Visual Studio, allows by applying some computer vision techniques such as Triangulation and the Perspective N-Point (PnP) problem to locate a series of passive markers in a three-dimensional space. A distribution of these markers at key points, together with a known kinematic model of the structure, enables to estimate all the degrees of freedom by applying least squares on a function that relates the three-dimensional location of the markers with the kinematic model. Experimental results are shown for a set of test structures with different number of degrees of freedom, which allow to assess the effectiveness of the proposed method and its possible improvements for future work. This problem has application for the tracking of the movement of robotic systems and artificial vehicles, as well as for the capture of movement of the human body or parts of it.