Die Tracking-Qualität lässt nach? → Neue Raumkalibrierung zuerst — Body-Kalibrierung nur bei Bedarf

„Es funktioniert nicht mehr richtig!“

Nutzer kamerabasierter Tracking-Systeme kennen die Situation: Das optische System wurde installiert und kalibriert, lief lange zuverlässig — und in den letzten Wochen wirkt es schlechter als früher. Das Target wird langsamer erfasst, Tracking-Unterbrechungen häufen sich, die Arbeit damit ist nicht mehr zufriedenstellend.

Der erste Schritt, den Nutzer oft versuchen, ist eine neue Body-Kalibrierung. Hier erklären wir, warum ein anderer Ansatz meist produktiver ist.

(Der Guide gilt für DTRACK3 und DTRACK4 mit Einzelkameras ARTTRACK5, ARTTRACK6/M und AT7-50/80 sowie für SMARTTRACK.)

Wie erkenne ich Tracking-Probleme — jenseits des Bauchgefühls?

Tracking-Unterbrechungen zeigen sich im DTRACK-GUI am Farbcode (rot/grün) und meist auch direkt in der Anwendung. In DTRACK ist es sinnvoll, den 2D Monitor der einzelnen Tracking-Kameras genauer anzusehen: Neben den Marker-Positionen zeigt jedes Kamerafenster, wie viele Marker für die 6DOF-Berechnung genutzt werden:

Die Zahlen 5/5 in den Überschriften bedeuten: Jede der drei Kameras sieht fünf Marker (erste Zahl), und DTRACK nutzt alle fünf Marker aller Kameras für die 6DOF-Berechnung (zweite Zahl). Raum- und Body-Kalibrierung passen.

Anhand dieser 2D-Monitor-Werte lassen sich oft schlechte Raumkalibrierung und deformierte Targets unterscheiden — siehe die Beispiele unten. Bei Tracking-Problemen ist der 2D Monitor deshalb der erste Anlaufpunkt.

Zusätzlich kann DTRACK optional 6DOF-Kovarianzen ausgeben, um Qualitätsprobleme teilweise schon vor Tracking-Unterbrechungen zu erkennen. Details dazu im Whitepaper Using 6dof covariances for online assessment of tracking quality — auf Anfrage bei ART und in Kürze auch in diesem Blog.

Die häufigsten Ursachen schlechten Trackings

Neben externen oder setup-bedingten Gründen — Sonneneinstrahlung, Verdeckungen, abgenutzte Marker — gibt es drei kalibrierungsbezogene Faktoren:

1. Externe Orientierung (EOR): Position und Winkel einer oder mehrerer Kameras haben sich seit der letzten Raumkalibrierung bzw. Room Recalibration verändert.
2. Interne Orientierung (IOR): Die Kamerakalibrierungsparameter haben sich seit der Werkskalibrierung verändert.
3. Body-Geometrie: Die Target-Geometrie passt nicht mehr zu den Daten der letzten Body-Kalibrierung.

In der Praxis ist Ursache 1 mit Abstand am häufigsten. Externe Orientierungen — also Position und gegenseitige Ausrichtung der Kameras — können sich aus vielen Gründen verschieben: Aluminium-Trusses dehnen sich bei Temperatur, ganze Gebäude verformen sich zwischen Sommer und Winter, Deckenaufhängungen driften. Spannungen im Material können plötzliche Bewegungen auslösen — ebenso Reinigungspersonal oder Handwerker nach Feierabend.

Der SMARTTRACK ist werkskalibriert und in sich geschlossen: Verschiebt sich das Gerät als Ganzes, bleibt die Kalibrierung gültig. Dennoch können sich auch hier — besonders beim älteren SMARTTRACK2 — die Kameraköpfe bei Temperaturwechseln oder starken Beschleunigungen beim Transport minimal verschieben. Der SMARTTRACK3 ist robuster für härtere Einsatzbedingungen.

Zwei Größenordnungen zur Einordnung:

• In einem Multi-Kamera-System mit 5 m Kamera-zu-Target-Abstand kann eine Kamerarotation von nur 0,05° dazu führen, dass diese Kamera nicht mehr zum Tracking beiträgt.
• Beim SMARTTRACK kann eine relative Rotation der Kameraköpfe von 0,15° oder mehr die maximale Tracking-Distanz auf 1,5 m oder weniger reduzieren.

Kritische Änderungen der IOR oder Target-Verformungen treten deutlich seltener auf.

Zur Kamerakalibrierung: Oft kommen 10 Jahre alte ART-Kameras aus dem Feld zurück und zeigen in unserem Labor noch ausreichend gute IOR — eine IOR-Rekalibrierung ist dann oft nicht nötig, schadet aber nicht.

Zu starren Körpern: Die meisten Targets — besonders 3D-gedruckte — brechen eher, als dass sie sich verformen. Deformationen entstehen meist durch bewusste Änderungen am Target; solange sich der Körper nicht ändert, ist keine neue Body-Kalibrierung nötig, da die Geometriedaten in DTRACK gespeichert sind.

Wie oben beschrieben, liefert der 2D Monitor der Kameras weitere Hinweise. Hier ein paar Beispiele:

Kameras c05 und c07 liefern je 5/5; c06 sieht fünf Marker, nutzt aber keinen für 6DOF. Das bedeutet: c05 und c07 sind noch gut ausgerichtet; die Raumkalibrierung für c06 ist ungültig — Room Calibration bzw. Room Recalibration ist nötig. Da c05 und c07 alle Marker nutzen, liegt keine Target-Verformung vor.

Weniger eindeutig: Bei c05 werden nur vier von fünf Markern genutzt, die anderen Kameras 5/5. c05 kann „zwischen“ gut und völlig falsch liegen — oder ein Marker ist teilweise verdeckt. Auch hier ist eine verschlechterte Raumkalibrierung wahrscheinlicher als eine Verformung.

Seltenes Body-Kalibrierungs-Problem: Alle drei Kameras sehen fünf Marker, aber nur vier werden für 6DOF genutzt. Ein Marker passt nicht zur in DTRACK gespeicherten Geometrie — durch Verformung oder eine fehlerhafte frühere Kalibrierung, bei der nur vier Marker erfasst wurden. Hier lohnt sich eine neue Body-Kalibrierung.

Schritt für Schritt vorgehen

Bei schlechtem Tracking empfehlen wir:

1. 2D Monitor prüfen — mit den obigen Beispielen im Hinterkopf.
2. Immer als nächsten Schritt Room Calibration oder Room Recalibration durchführen — auch wenn Body-Kalibrierung vermutet wird (für eine neue Body-Kalibrierung brauchen Sie ohnehin eine aktuelle Raumkalibrierung). Room Recalibration ohne Kalibrierwinkel ändert das Koordinatensystem nicht und ist vorzuziehen, wenn sich die Kameras nicht stark verschoben haben.
3. Target ins Tracking-Volumen bringen und testen. Läuft es jetzt gut, sind Sie fertig. Wird es nicht besser — oder deutete Schritt 1 auf Body-Kalibrierung — weiter mit Schritt 4.
4. Neue Body-Kalibrierung über die DTRACK-Target-Bibliothek oder Custom Body Calibration. Bei Custom Body Calibration:
   • Im Ergebnisfenster prüfen, ob alle Marker des starren Körpers erkannt wurden.
   • Prüfen, ob die erkannten Markerpositionen realistisch sind (Phantom-Marker können fälschlich an Stellen ohne echten Marker erkannt werden).

Hinweise:

• Mehrseitige Targets (z. B. HMD-Targets) lassen sich in „kleinen“ Systemen (nur SMARTTRACK oder zwei bis vier Kameras) oft nicht kalibrieren. Bitte ART kontaktieren — ggf. ist eine Lab-Kalibrierung nötig.
• Für SMARTTRACK bietet ART den Calibration Checker: Qualitätsprüfung per Wand-Bewegung, Unterscheidung EOR/IOR. Nicht im Download-Bereich — auf Anfrage beim ART-Vertrieb.

Nächste Schritte

• Target-Kalibrierung: Target-Kalibrierung in DTRACK — Praxis-Tipps
• Software: DTRACK4 Features und Downloads
• Kameras: Kameravergleich — SMARTTRACK3, ARTTRACK6/M, AT7
• Setup planen: Tracking-Konfigurator oder Termin buchen