Sistemas HMC ópticos basados en marcadores pasivos

Sistemas HMC ópticos basados en marcadores pasivos

En este caso, se emplean pequeños marcadores (usualmente esféricos) cubiertos de un material retrorreflector (un material que devuelve la luz que incide sobre él hacia la fuente de luz, prácticamente sin dispersión espacial). La figura muestra marcadores de este tipo:

© Mocap Lab, University of Washington

En estos sistemas, se colocan una serie de cámaras alrededor de los marcadores que se quieren capturar. Cada cámara está a su vez emparejada con un dispositivo emisor de luz, usualmente infrarroja. De hecho, la configuración típica para estas cámaras es rodearlas de un anillo de LEDs infrarrojos, como se muestra en la figura (donde los LEDs se ven rojos porque la emisión es en una banda de frecuencias centrada en el infrarrojo, pero que se extiende un poco al espectro visible).

© Mocap Lab, University of Washington

Cuando la luz emitida incide sobre el marcador retrorreflector, ésta se refleja directamente hacia la cámara, con lo que el marcador aparece en la imagen como un punto brillante, que destaca respecto al resto. Utilizando un umbral de intensidad, es posible detectar en qué píxeles 2D de la imagen se han reflejado todos los marcadores presentes.

Para que un sistema de este tipo dé información sobre las posiciones 3D de los marcadores, es necesario utilizar más de una cámara, de forma que, por triangulación, a partir de la proyección de los píxeles pueda determinarse el punto del espacio donde está el marcador, tal y como se muestra en la figura:

 

 

Lo normal en estos sistemas es usar arrays de varias cámaras (entre 2 y 48, siendo valores normales 7 u 8), orientadas hacia el espacio donde se van a realizar los movimientos. Una vez dispuestas las cámaras, se calibran utilizando un grupo de marcadores colocados en una configuración determinada, como puede verse en la figura:

© Mocap Lab, University of Washington

Donde hay cuatro marcadores colocados en un plano a distancias conocidas. Viendo cómo se detectan estos marcadores en cada cámara (en la imagen se ven tres), es posible, utilizando algoritmos de calibración, compensar las deformaciones de las cámaras y hallar las transformaciones relativas entre ellas. Hecho ésto, el sistema proporciona el punto 3D ocupado por cada marcador en el espacio, así que para detectar los movimientos de una persona sólo hay que colocarle marcadores en el cuerpo y comprobar cómo se mueven dichos marcadores. En la imagen puede verse, a la izquierda, el aspecto de un traje con marcadores pasivos y, a la derecha, cómo son las imágenes que capturan las cámaras del sistema HMC en funcionamiento. Como puede verse, los marcadores aparecen como puntos brillantes en la imagen, gracias a sus propiedades retrorreflectoras.

Ventajas de los sistemas HMC ópticos basados en marcadores pasivos:

  • Son muy precisos.
  • Pueden capturar movimientos muy rápidos (la tasa de captura suele ser de 120 a 160 imágenes por segundo, aunque algunos sistemas pueden conseguir tasas de hasta 10000 imágenes por segundo en volúmenes reducidos).
  • Se pueden usar centenares de marcadores.
  • El usuario no tiene que portar cables, baterías ni codificadores.

Inconvenientes de los sistemas HMC ópticos basados en marcadores pasivos:

  • 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

¿Crees que podría usarse uno de estos sistemas en exteriores?

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