Att slå perfekt i virtuell bowling kräver inte att ditt spelsystem exakt spårar positionen och orienteringen för din svängande arm. Men om du kör en robotgaffeltruck runt en fabrik, manipulera en mekanisk arm på ett löpande band eller styra en fjärrstyrd laserskalpel inuti en patient, förmågan att precisera var det är i tredimensionellt (3-D) utrymme är kritisk.

För att göra den mätningen mer tillförlitlig, ett offentlig-privat team under ledning av National Institute of Standards and Technology (NIST) har skapat en ny standardtestmetod för att utvärdera hur väl ett optiskt spårningssystem kan definiera ett objekts position och orientering-känd som dess "pose"-med sex grader frihet:upp/ner, höger vänster, framåt bakåt, tonhöjd, gäspa och rulla.

Optiska spårningssystem fungerar enligt en princip som liknar stereoskopisk syn på en människa. En persons två ögon arbetar tillsammans för att samtidigt ta in sin omgivning och berätta för hjärnan exakt var alla människor och föremål inom det utrymmet är belägna. I ett optiskt spårningssystem, "ögonen" består av två eller flera kameror som spelar in rummet och samarbetar med strålsändare som avvisar en signal - infraröd, laser eller LIDAR (Light Detection and Ranging) —av föremål i området. Med båda datakällorna inmatade i en dator, rummet och dess innehåll kan nästan återskapas.

Att bestämma ett föremåls ställning är relativt enkelt om det inte rör sig, och tidigare prestandatester för optiska spårningssystem baserade sig enbart på statiska mätningar. Dock, för sådana system som de som används för att styra automatgaffeltruckar (AGV) - det är robotens lastdjur som finns i många fabriker och lager - det är inte tillräckligt bra. Deras "vision" måste vara 20/20 för både stationära och rörliga föremål för att säkerställa att de fungerar effektivt och säkert.

För att tillgodose detta behov, en nyligen godkänd ASTM internationell standard (ASTM E3064-16) tillhandahåller nu en standardtestmetod för att utvärdera prestanda för optiska spårningssystem som mäter pos i sex frihetsgrader för statisk-och för första gången, dynamiska - objekt.

NIST -ingenjörer hjälpte till att utveckla både verktygen och proceduren som används i den nya standarden. "Verktygen är två skivstångsliknande artefakter för de optiska spårningssystemen att hitta under testet, "sa NIST-elektronikingenjören Roger Bostelman." Båda artefakterna har en bar på 300 millimeter i mitten, men den ena har sex reflekterande markörer fästa vid varje ände medan den andra har två 3D-former som kallas kuboctahedroner [ett fast ämne med 8 triangulära ytor och 6 kvadratiska ytor]. "Optiska spårningssystem kan mäta båda målens hela positioner.

Enligt Bostelmans kollega, NIST datavetare Tsai Hong, testet utförs genom att låta utvärderaren gå två definierade vägar - en upp och ner i testområdet och den andra från vänster och höger - med varje artefakt. Att flytta en artefakt längs banan orienterar den för X-, Y- och Z-axelmätningar, medan du vrider den på tre sätt i förhållande till vägen ger tonhöjden, yaw and roll aspekter.

"Vår testbädd på NIST's Gaithersburg, Maryland, huvudkontoret har 12 kameror med infraröda sändare stationerade runt i rummet, så att vi kan spåra artefakten under hela loppet och bestämma dess ställning vid flera punkter, "Sa Hong." Och eftersom vi vet att de reflekterande markörerna eller de oregelbundna formerna på artefakterna är fixerade med 300 millimeter från varandra, vi kan beräkna och jämföra med extrem precision det uppmätta avståndet mellan dessa poser. "

Bostelman sa att den nya standarden kan utvärdera förmågan hos ett optiskt spårningssystem att lokalisera saker i 3D-utrymme med aldrig tidigare skådad noggrannhet. "Vi fann att felmarginalen är 0,02 millimeter för att bedöma statisk prestanda och 0,2 millimeter för dynamisk prestanda, " han sa.

Tillsammans med robotik, optiska spårningssystem är kärnan i en mängd olika applikationer, inklusive virtuell verklighet i flyg/medicinsk/industriell utbildning, rörelseinspelningsprocessen vid filmproduktion och bildstyrda kirurgiska verktyg.

"Den nya standarden ger en gemensam uppsättning mätvärden och en pålitlig, enkelt implementerat förfarande som bedömer hur väl optiska spårare fungerar i alla situationer, "Sa Hong.

Standardtestmetoden E3064-16 utvecklades av ASTM-underkommittén E57.02 om testmetoder, en grupp med representanter från olika intressenter, inklusive tillverkare av optiska spårningssystem, forskningslaboratorier och industriföretag.