การติดตามเส้นทางการเคลื่อนที่ของวัตถุบนระนาบ ด้วยกล้องและเซนเซอร์อินฟราเรด

Abstract

บทคัดย่อ

การติดตามการเคลื่อนที่ของวัตถุในภาพ และการออกแบบตัวควบคุมให้ทำงานได้อย่างรวดเร็ว รวมทั้งเทคนิคและอัลกอริทึมต่างๆ ได้ถูกนำเสนอขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการ เพื่อนำไปประยุกต์ใช้ได้จริงในขณะที่การหาตำแหน่งและเส้นทางการเคลื่อนที่ของวัตถุถูกนำมาใช้เป็นส่วนหนึ่งของการติดตามวัตถุเนื่องจากตำแหน่งวัตถุสามารถนำมาป้อนกลับ เพื่อใช้ควบคุมการเคลื่อนไหวของกล้อง โดยทั่วไปการใช้ภาพจากกล้องเพียงตัวเดียวเพื่อประมาณตำแหน่งของวัตถุจำเป็นต้องทำการสอบเทียบกล้องเพื่อหาตัวแปรของกล้อง อย่างไรก็ตามแม้ว่าการใช้ภาพจะได้ความแม่นยำเป็นที่ยอมรับ แต่ก็พบว่ามีการเบี่ยงเบนของการประมาณเส้นทางการเคลื่อนที่วัตถุ งานวิจัยนี้นำเสนอเทคนิคใหม่ในการติดตามวัตถุเคลื่อนที่บนระนาบ โดยใช้ทั้งข้อมูลภาพจากกล้อง และข้อมูลระยะทางจากเซนเซอร์อินฟราเรด เพื่อประมาณหาตำแหน่งของวัตถุในภาพและติดตามวัตถุ โดยให้วัตถุอยู่ที่ใจกลางภาพตลอดเวลา ระบบกล้องสององศาอิสระได้ถูกสร้างขึ้นจากมอเตอร์กระแสตรงและกล้องเว็บแคมเพื่อทดสอบวิธีการติดตามวัตถุที่นำเสนอ จุดเด่นของวิธีที่ทำเสนอคือไม่ต้องทำการสอบเทียบกล้องเพื่อหาตัวแปรของกล้องและการประมาณตำแหน่งของวัตถุใช้ทฤษฎีมุมออยเลอร์ซึ่งไม่ซับซ้อน ลูกบอลสีพลาสติกที่ไม่ดูดซับแสงสะท้อนถูกนำมาใช้ในการทดลอง แม้ว่าเซนเซอร์อินฟราเรดจะมีสัญญาณรบกวน แต่สามารถใช้คาลมานฟิลเตอร์กรองสัญญาณทำให้ได้เส้นทางการเคลื่อนที่ของวัตถุบนระนาบที่มีความแม่นยำ

คำสำคัญ: การติดตามการเคลื่อนที่ของวัตถุ การควบคุมมอเตอร์ด้วยภาพ เซนเซอร์อินฟราเรด ฟิลเตอร์คาลมาน การกรองสัญญาณเซนเซอร์

Abstract

Object tracking in image and design of controller for fast operation, as well as techniques and algorithms are proposed to response the requirements of real applications. Meanwhile, estimating position and trajectory of object is utilized as a part of object tracking since object position can be fed back for camera motion control. Generally, using vision of a single camera for object pose estimation requires camera calibration in order to find camera parameter. However, even vision provides accepted accuracy; Drift of estimated object trajectory is found. This work presents a new technique for target tracking on a horizontal plane using both visions from a camera and distance information from an infrared sensor for estimating object pose and tracking by keeping object at the center of frame all the time. The 2 DOF camera system is constructed using DC motors and web camera for testing the proposed method. The distinct of the proposed technique is that there is no need for camera calibration and estimation of object pose is simple using Euler angle theory. A color ball, no light absorbed, is used in the experiment. Even though the infrared data contains noise, the Kalman Filter is applied for signal fusion and accurate object trajectory on a plane is obtained.

Keywords: Target Tracking, Visual Servoing, InfraredSensor, Kalman Filter, Sensor Fusion