Kontinuerlig positionsbestämning med multipla kameror

Abstract

Arbetets syfte var att forska i möjligheten att utveckla ett positionsbestämningssystem för tävlande hästar på en travbana genom att använda de kameror som redan är i användning där för bedömning av loppen. Arbetet utgår från de förhållanden som gäller på Vermo travbana i Helsingfors. Frågeställnigen var om det är möjligt att bestämma positionen i världskoordinater för ett föremål med hastigheten 16 m/s tillräckligt snabbt och noggrant för att uppfylla krav på kontinuerlighet och realtid under ett travlopp. På grund av de höga hastigheterna och korta avstånden mellan kamerorna och objekten avgränsades arbetet till teknikerna datorseende och triangulering då dessa tekniker hade de teoretiskt bästa möjligheterna att genomföra uppgiften. För att bestämma snabbheten på processen som skall utföras delades den upp i tre delmoment och varaktigheten för varje moment bestämdes. Det första delmomentet var kameran tar en bild begränsades av videoformatets uppdateringshastighet som på Vermo travbana var PAL formatet med 25 bilder i sekunden. För det andra delmomentet med detekterering och identifiering av objekten i bilden vilket representerar tekniken datorseende utfördes en jämförelse mellan de två ansiktsdetekteringsalgoritmerna Viola-Jones och en Haar-kaskad samt ett test för cirkeldetektion med en Hough transform. Resultatet av en korrekt detektering och identifiering av objektet är en bildkoordinat i x-led vilken används för att bestämma en riktning från kameran mot objektet i form av en vinkel α. Denna uträkning utgör det sista delmomentet som kallas triangulering. Resultatet av hela processen är världskoordinaterna för objektet på målområdet med en viss fördröjning från den absoluta realtiden och med en viss noggrannhet. Detta arbete ger en storleksordning på fördröjningen från realtid och noggrannheten för ett system med dessa utgångslägen.

The aim with this study is to investigate the possibilities to develop a positioning system for racing horses on a trotting racetrack using the cameras that already are in use there. This project takes off on the situation that takes place on Vermo racetrack in Helsinki. The research questions was if it is possible to determine the world coordinates of an object moving at 16 m/s fast and precise enough to fulfill the criteria of continuity in real-time during a trotting race. Because of the high speed of the object and the short distances between the cameras and the object, the study is limited to the techniques triangulation and Computer Vision while they had the theoretically best prospects to carry out the tasks required. To determine the rapidity of the process needed, it was divided into three elements so that the durance of each element could be defined. The first element occurs when the camera takes a picture and is restricted by the video format and its frame rate which were PAL and its 25 frames/s at Vermo racetrack. The second element where the object is detected and identified represents the technique Computer Vision. To define a time for this element a comparisment between the two face detection algorithms Viola-Jones and a Haar-cascade was done and a separate test for circle detection with a Hough transform. The result of a correct detection and identification of the object is a picture coordinate in the x direction that is used to determine a direction from the camera to the object as an angle α which forms the last element of the process called triangulation. The result of the whole process with its three elements is the world coordinates of the object on the target area with a delay from the absolute real-time and an accuracy. This study gives a timeline for the smallest possible delay from real-time and best possible accuracy for a system with these starting-points.