PT104224A - Sistema de captura de movimento e localização de objectos recorrendo a emissores de luz coloridos e pulsados com sistema de visão estereoscópico - Google Patents

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO DESCREVE UM SISTEMA PARA A CAPTURA (6) DE MOVIMENTO (7) QUE FACILITA A DETECÇÃO DE OBJECTOS (9, 10) NO ESPAÇO RECORRENDO A VISÃO ARTIFICIAL ESTEREOSCÓPICA, UTILIZANDO EMISSORES DE LUZ VISÍVEL (8) DE ALTA INTENSIDADE QUE SE ENCONTRAM SINCRONIZADOS COM O SISTEMA DE VISÃO ESTEREOSCÓPICO, PELO MENOS DUAS CÂMARAS (3,4,5) LIGADAS A UM COMPUTADOR. UM MÓDULO DE SINCRONIZAÇÃO (2) CONTROLA O MOMENTO DE ACTIVAÇÃO DOS EMISSORES DE LUZ (8), GARANTINDO QUE TODAS AS CÂMARAS (3,4,5) ADQUIRAM ESSE MOMENTO EM SIMULTÂNEO. AO UTILIZAR EMISSORES DE LUZ (8) DE ALTA INTENSIDADE E SINCRONIZADOS COM AS CÂMARAS, DISTINGUE-OS DO AMBIENTE CIRCUNDANTE, TORNANDO O SISTEMA ROBUSTO E, COMO APENAS NECESSITAM DE ESTAR LIGADOS POR UM BREVE PERÍODO, SENDO ASSIM A INTENSIDADE APARENTE MUITO BAIXA, NÃO PROVOCAM INTERFERÊNCIA AOS UTILIZADORES (9) DESTE SISTEMA. O USO DE EMISSORES DE VÁRIAS CORES DO ESPECTRO VÍSIVEL PERMITE UMA FÁCIL DETECÇÃO, EVITANDO AMBIGUIDADES E REFORÇANDO A FIABILIDADE.

Description

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DESCRIÇÃO "SISTEMA. DE CAPTURA DE MOVIMENTO E LOCALIZAÇÃO DE OBJECTOS RECORRENDO A EMISSORES DE LUZ COLORIDOS E PULSADOS COM SISTEMA DE VISÃO ESTEREOSCÓPICO"

Dominio técnico da invenção A presente invenção diz respeito a um sistema de captura de movimento baseado em visão estereoscópica, utilizando duas ou mais câmaras, para detectar e posicionar objectos no espaço com emissores de luz pulsados.

Sumário da invenção A presente invenção descreve um sistema de visão estereoscópica para captura de movimento e localização de objectos caracterizado por compreender emissores (8) de luz coloridos e pulsados como marcadores de posição.

Uma realização preferencial da presente invenção tem a caracteristica de compreender adicionalmente um módulo de sincronização (2) entre os emissores de luz (8) e o sistema de visão estereoscópico (1,3,4,5).

Uma realização mais preferencial da presente invenção tem a caracteristica de os emissores de luz (8) serem LEDs coloridos de alta intensidade.

Uma realização ainda mais preferencial da presente invenção tem a caracteristica de o pulsar dos LEDs (8) ter duração na ordem dos 10E-6 segundos, mais concretamente de 10E-2 a 10E-7 segundos. 2

Uma outra realização preferencial da presente invenção tem a caracteristica de o sistema de sincronismo entre LEDs (8) e câmaras (3,4,5) ser realizado através de uma ligação de dados (13), em particular uma ligação sem fios.

Uma ainda outra realização preferencial da presente invenção tem a caracteristica de comparar duas imagens captadas sucessivamente em que numa delas o pulso foi emitido e na outra não, assim identificando o emissor (8) e minimizando a interferência de outras fontes luminosas.

Antecedentes da invenção 0 documento US20080075324, doravante designado Dl, usa uma matriz de leds para fazer a calibração do sistema de câmaras enquanto que a presente invenção utiliza o próprio objecto de estudo (ferramenta em movimento) para concretizar essa calibração. Esta invenção não precisa de uma ferramenta de calibração especifica: poderá utilizar os marcadores colocados na ferramenta para estabelecer a calibração, precisando apenas de conhecer a distância entre marcadores, permitindo uma maior facilidade e rapidez na calibração deste sistema. 0 documento US20080075324 utiliza leds de apenas uma cor, onde interessa se estes estão ligados ou desligados, enquanto que a presente invenção apresenta leds de diferentes cores do espectro visível onde apenas é necessário estudar o estado em que estes estão activos. 0 que permite que na presente invenção com apenas uma imagem seja encontrado o posicionamento do objecto, enquanto que no documento Dl estes necessitam múltiplas imagens, pois necessitam de verificar o estado ligado/desligado dos vários leds. 3 0 documento JP2003035515 recorre ao uso de múltiplos frames, fotogramas, para codificar a identificação de cada led, enquanto que a presente invenção necessita de apenas um frame. 0 que permite detecções de objectos mais rápidas, essenciais para aplicações em tempo-real. 0 documento US6608688 divulga a utilização de leds infravermelhos enquanto que a presente invenção apresenta o uso de leds coloridos. 0 que permite a utilização de equipamento de visão Standard reduzindo o custo de instalação. Este documento divulga um sistema que requer a utilização de um intervalo de tempo por led, enquanto que a presente invenção apresenta a utilização de todos os leds no mesmo instante de amostragem. 0 que permite a detecção de todos os marcadores por intervalo de tempo, aumentando assim a resolução temporal desta invenção, alcançando também um menor atraso na obtenção da medida. 0 documento JP2004045321 divulga um sistema que necessita de dois ou mais frames, fotograma, para a detecção de cada marcador, enquanto que a presente invenção apresenta um sistema que requer apenas um frame, fotograma, para a detecção dos marcadores. 0 que permite que esta invenção tenha maior resolução temporal e um menor atraso na obtenção da medida.

Descrição geral da invenção 0 objecto do invento relaciona-se com um sistema de captura de movimento baseado em visão estereoscópica. Este sistema utiliza duas ou mais câmaras para detectar e posicionar objectos no espaço utilizando o mesmo principio da visão humana. 4 A captação de imagens de marcadores que representam pontos no espaço por duas ou mais câmaras colocadas em diferentes posições e direcções permite através de técnicas de visão estereoscópica a determinação da localização no espaço desses mesmo marcadores, sendo conhecidas as localizações das câmaras ou, em alternativa, determinar-se a localização das câmaras conhecida a localização dos marcadores. No entanto as técnicas actualmente existentes obrigam a uma iluminação muito cuidada e/ou a utilização de fontes de luz especiais (infravermelhos) e marcadores apropriados. Destes factos resultam sistemas geralmente dispendiosos, com alguma complexidade para se colocar em funcionamento e utilizáveis apenas em ambientes relativamente restritos.

Utilizando-se uma fonte de luz de pequena dimensão mas de elevada potência luminosa e simultaneamente com a capacidade de se ligar e desligar muito rapidamente é possivel através de um circuito electrónico enviar-se, através de fios eléctricos, por rádio ou infravermelhos, um sinal de sincronismo às câmaras e ao circuito de alimentação da fonte luminosa de modo a que o curto periodo de tempo em que a luz está a ser emitida coincida com o tempo de abertura da câmara. A fonte luminosa que se adequa às caracteristicas apresentadas são LEDs (Diodo Emissor de Luz) de alta intensidade. Sendo a intensidade da fonte muito elevada pode-se regular a sensibilidade da câmara de modo a que praticamente só seja visível esse ponto na imagem captada. Assim o sistema fica extremamente robusto em relação a perturbações resultantes da iluminação do ambiente e não precisa que qualquer tipo de iluminação especial. No caso de situações muito difíceis, por exemplo com luz solar directa, pode-se emitir o pulso em apenas algumas das imagens captadas. Comparando-se duas imagens 5 captadas sucessivamente em que numa dela o pulso foi emitido e na outra não, é possível minimizar-se ainda mais a interferência de outras fontes luminosas. 0 facto de ser pulsada permite também que a intensidade de luz aparentemente seja baixa e não incomode ou interfira com as pessoas presentes, além de reduzir o consumo de energia do sistema.

Para se distinguir entre diferentes marcadores utiliza-se emissores de luz de diferentes cores e/ou modular a pulsação de cada marcador com diferentes frequências. Por exemplo um marcador emite um pulso a metade da frequência de aquisição das imagens resultando sucessivamente uma imagem com pulso seguida de uma imagem sem pulso, enquanto que outro marcador emite dois pulsos em duas imagens sucessivas seguindo-se uma imagem sem pulso. 0 uso de vários marcadores diferentes permite também a determinação não só da posição do objecto a medir, assim como a orientação desse mesmo objecto. 0 invento tem como principal vantagem permitir a detecção vários pontos no espaço de forma imediata e com custo muito baixo. A maior parte dos sistemas de captura de movimento apresentam custos elevados tanto no software como no equipamento, necessitando de operadores especializados, factores que tornam estes sistemas proibitivos para pequenas empresas. 0 uso de LEDs de cores diferentes garante alta robustez e fiabilidade abrindo novos ambientes de aplicação.

Descrição das Figuras

Para uma mais fácil compreensão da invenção juntam-se em anexo as figuras, as quais, representam realizações 6 preferenciais do invento que, contudo, não pretendem, limitar o objecto da presente invenção.

Na Figura 1, está ilustrada uma possível aplicação deste sistema no controlo de um manipulador industrial. Duas ou mais câmaras registam o movimento de uma ferramenta equipada com emissores de luz, controlada por um operador. Esse movimento é então utilizado para comandar e/ou programar o movimento do robô industrial.

Na figura, (1) representa o computador anfitrião do sistema; (2) representa um equipamento de sincronização; (3) representa a câmara de vídeo 1; (4) representa a câmara de vídeo 2; (5) representa a câmara de vídeo N; (6) representa a trajectória do robô; (7) representa a trajectória humana; (8) representa os emissores de luz pulsados; (9) representa o operador humano; e (10) representa o robô.

Na Figura 2 está ilustrada uma aplicação de orientação de robôs móveis. O robô observa os marcadores distribuídos no tecto e comparando com um mapa existente em computador consegue posicionar-se correctamente no mundo.

Na figura, (1) representa o computador anfitrião do sistema; (2) representa um equipamento de sincronização; (3) representa a câmara de vídeo 1; (4) representa a câmara de vídeo 2; (8) representa os emissores de luz pulsados; 7 7 (10) representa o robô, move. (11) representa uma unidade luz ; (12) representa o tecto; e (13) representa um sinal rád. 1 neste caso; de de controlo dos emissores io de sincronização.

Lisboa, 21 de Outubro de 2009

Claims (6)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Sistema de visão estereoscópica para captura de movimento e localização de objectos caracterizado por compreender emissores (8) de luz coloridos e pulsados como marcadores de posição.

2. Sistema de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por compreender adicionalmente um módulo de sincronização (2) entre os emissores de luz (8) e um sistema de visão estereoscópico (1,3,4,5).

3. Sistema de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por os emissores de luz (8) serem LEDs coloridos de alta intensidade.

4. Sistema de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por o pulsar dos LEDs (8) ter duração de cerca de 10E-6 segundos, no intervalo de 10E-2 a 10E-7 segundos.

5. Sistema de acordo com a reivindicação anterior caracterizado por o sistema de sincronismo entre LEDs (8) e câmaras (3,4,5) ser realizado através de uma ligação de dados (13), em particular uma ligação sem fios.

6. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores caracterizado por comparar duas imagens captadas sucessivamente em que numa delas o pulso foi emitido e na outra não, assim identificando o emissor (8) e minimizando a interferência de outras fontes luminosas. Lisboa, 21 de Outubro de 2009