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モーションキャプチャー3次元の原理とキャリブレーション

3次元化の原理

 

モーションキャプチャのカメラで認識されるのは、カメラから平面として見えるマーカーの位置(2次元座標)です。「キャリブレーション」により、複数台のカメラの互いの位置と角度が定義され、そのキャリブレーション情報と各カメラの2次元座標の情報を組み合わせることにより、3次元座標が算出されます。

エピポーラマッチング

※最低2台のカメラから見えないと3次元計算できません。

 

カメラで認識されたマーカーの位置(2次元座標)と「キャリブレーション」で定義されたカメラパラメータ(空間上の位置と姿勢)から三角測量の原理で3次元座標を計算します。

カメラ平面の座標から3次元空間上に仮想の垂線を引き、別のカメラ平面からの仮想垂線との交点を見つける事で3次元位置を特定します。この原理を「エピポーラマッチング」といいます。

モーションキャプチャのキャリブレーション方法

反射マーカーがついた校正治具

サイズは3種類ございます。

M3,M4のねじ穴

解析のイメージ図

モーションキャプチャーシステムの計測までのフローをご紹介します。

 

 

①カメラ設置と画角の調整

 計測する対象を囲うか、片側から最低2台のカメラから見えるように配置を行います。その後に、ソフト上で画角の調整をします。

 

 

 

 

 

②各カメラの相対位置を決めるキャリブレーション

 右側の反射マーカーが着いたワンドを空間内で1分振り回します。時系列的な多角形を構築することで、各カメラの相対位置が自動で調整できます。

 

 

 

 

 

 

 

③原点を定義するキャリブレーション

 カメラの相対位置は②で定義ができましたが、軸方向が決まっておりませんので、専用の治具かマーカーを3点配置して、XYZの方向と0点を決める作業です。カメラから見える位置に配置し、ソフトで確定します。

 

 

 

 

 

 

 

④ここまできましたら、計測準備は完了となり、後は任意の場所に反射マーカーを取り付ければ、即計測が可能です。マーカーの上限は500個前後です。サイズは、3mm〜68mmまでございます。

 

 

 

 

 

 

 

⑤計測&モニタリング

 Recボタンか、外部トリガーで録画を開始します。計測はもちろん、現状の数値をリアルタイムにモニタリング可能です。試験や実験など、後処理でミスを防ぐ意味でも、常時モニタリングして確認することが可能。データはCSVもしくはUDP通信における、リアルタイム出力も対応可能。

 

 

モーションキャプチャー計測前の注意点

上記のキャリブレーションが終われば、即座に計測できますが、1点注意点がございます。各カメラの相対位置をキャリブレーションしておりますので、カメラが揺れると誤差につながります。

※カメラが相対的に同じ揺れ方をすれば計測は可能!

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