Sistemas HMC ópticos basados en marcadores activos

Sistemas HMC ópticos basados en marcadores activos

En estos sistemas, los marcadores son diodos LED (usualmente infrarrojos). Las cámaras no captan el reflejo de luz en los marcadores, sino que captan, directamente, la luz emitida por los marcadores. En la imagen puede verse un marcador activo del sistema CODAMotion:

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Como quiera que estos marcadores han de emitir luz, necesitan disponer de una fuente de energía, a la que se conectan a través de cables. Por ello, los sistemas HMC basados en marcadores activos son más aparatosos que los basados en marcadores pasivos, ya que la persona debe llevar puestos no sólo los marcadores, sino también los codificadores, las baterías y los cables que lo conectan todo.

Los sistemas HMC basados en marcadores activos pueden activar todos los LEDs (todos los marcadores) a la vez. En ese caso, se enfrentan al mismo problema que los sistemas HMC basados en marcadores pasivos, y se necesita decidir qué marca se corresponde con qué marcador en etapas de postprocesado. Sin embargo, los sistemas HMC basados en marcadores activos pueden usar otras estrategias para identificar cada marcador durante la captura.

  • Multiplexación en el tiempo: Los marcadores se van iluminando por orden, y la captura de imágenes en las cámaras se sincroniza con ese orden para ir captando en cada momento el marcador adecuado.
  • Multiplexación en código: En lugar de emitir luz de forma continua, cada marcador emite una serie de pulsos de luz. Esos pulsos constituyen un código, propio de cada marcador, que permite distinguirlo de otros marcadores.

En el caso de que haya que realizar esta multiplexación, al equipo que viste el usuario hay que añadir los codificadores que determinan el orden de iluminación de los LEDs, o sus códigos particulares. En la imagen inferior puede verse una caja de codificación de marcadores del sistema CODAMotion, que contiene su propia batería y que puede alimentar hasta a 4 marcadores LED activos.

Copyright © Charmwood Dynamics Ltd.

En cuanto a las cámaras, en este caso no necesitan disponer de anillo de infrarrojos ni de una fuente de luz de otro tipo. Además, es posible utilizar sistemas de captura en los que, con un único dispositivo receptor, se puede obtener directamente la posición 3D del objeto. Estos dispositivos se basan en emplear tres arrays lineales enmascarados (Masked Linear Arrays o MLA), uno por cada eje X,Y,Z, y medir la sombra proyectada por el marcador cuando su luz pasa a través de la máscara. Estos sistemas vienen calibrados de fábrica y son pesados, pero tienen una serie de ventajas respecto a los sistemas basados en marcadores pasivos: más precisión, más tolerancia a fuentes de luz externas, ausencia de distorsión por la lente de la cámara, y más ángulo de apertura lo que les permite cubrir un volumen mayor. Es importante tener en cuenta que no todos los sistemas HMC basados en marcadores activos usan estos dispositivos: algunos usan cámaras normales.

Por lo demás, el resto de elementos y requisitos de un sistema HMC basado en marcadores activos es prácticamente igual al de un sistema basado en marcadores pasivos: sigue haciendo falta un escenario controlado en el que se define el volumen de captura, un array de cámaras para obtener las posiciones 3D de los marcadores (aunque se usen dispositivos que puedan capturar la posición 3D, hay que seguir evitando en la medida de lo posible las oclusiones), y procesos de calibración para alinear todas los dispositivos de captura empleados. En la imagen puede verse el diagrama de un escenario de captura con marcadores activos (y tres cámaras), y la distribución de los marcadores sobre el usuario.

Ventajas de los sistemas HMC ópticos basados en marcadores activos:

  • Son muy precisos.
  • Pueden capturar movimientos muy rápidos (igual que los basados en marcadores pasivos).
  • Son menos sensibles a interferencias producidas por fuentes de luz externas. Recientemente, por ejemplo, se ha empezado a comercializar un sistema de este tipo que funciona en exteriores (ver vídeo).

Inconvenientes de los sistemas HMC ópticos basados en marcadores activos:

  • Son caros.
  • Requieren un entorno controlado amplio (volumen de captura).
  • Los marcadores han de colocarse cuidadosamente sobre el usuario para evitar derivas entre pruebas.
  • Hay que recalibrarlos frecuentemente.
  • Son sensibles a oclusiones. De hecho, utilizar muchas cámaras es una forma, sobre todo, de intentar evitar las oclusiones de los marcadores.
  • No hay forma de distinguir unos marcadores de otros. Es necesario un postprocesado, a veces tedioso, para inferir qué marcador se corresponde con cada marca detectada.

Reflexión

Si tuvieras que medir el movimiento de 10 personas sentadas a una mesa y hablando entre ellas, ¿crees que sería mejor usar un sistema de marcadores pasivo o activo?

Reflexión

Se quieren medir las trayectorias frontales de la rodilla y el tobillo de una persona que anda por un pasillo estrecho. ¿Crees que sería mejor usar un sistema de marcadores pasivo o activo?

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