Pluma de seguimiento dentro de la superficie de la pizarra

Question

(Pregunta en respuesta a los comentarios).

Tengo una pizarra blanca plana fija de dimensiones 1 metro por 0,5 metros y un bolígrafo. Quiero seguir la posición de la punta del bolígrafo dentro de la pizarra, en tiempo real.

Se me permite tener tantos sensores y procesadores diferentes en los lados de la pizarra como quiera, pero hay tres restricciones principales:

1. El bolígrafo debe funcionar libremente; no se permiten cables o cuerdas entre el bolígrafo y los sensores.

2. El bolígrafo debe ser de baja potencia, idealmente sin potencia.

3. La posición de la punta del bolígrafo debe determinarse con una precisión del orden de 1 mm.

¿Qué configuración electrónica me permitiría calcular la posición de la punta del bolígrafo dentro de la pizarra con las restricciones mencionadas?

Answer 1

La tecnología utilizada por Microsoft Kinect es posiblemente la solución más rentable para los requisitos indicados.

El enfoque consiste en una cámara de vídeo digital / webcam en la posición de detección, con un campo de visión que cubre el área de interés. Para localizar el objeto objetivo con una precisión de 1 cm, la cámara debe ser capaz de capturar una resolución mínima de 1 píxel por cada 0,5 cm. Esto se traduce en una resolución de 200 píxeles para el borde largo y 100 píxeles para el borde corto, como mínimo.

Esto se cubre cómodamente mediante el uso de una cámara web con resolución VGA de 640 x 480, que proporciona suficiente sobremuestreo para mejorar la precisión si es necesario.

En función de la potencia de procesamiento de que disponga, la precisión de muestreo y la velocidad de actualización de la posición pueden modificarse, para satisfacer su requisito de "actualización en tiempo real" no especificado.

Como alternativa, el SDK de Kinect publicado por Microsoft (y un dispositivo Kinect) permitiría crear rápidamente un prototipo del requisito en cuestión de horas. Luego, en función de las consideraciones de rendimiento y precio, se puede elaborar el enfoque final.

Answer 2

Una precisión de 1mm va a ser difícil de conseguir. Me he dado cuenta de que esto es 10-20 veces más preciso que lo que pediste en un principio, pero vamos con ello y veamos a dónde llegamos.

Hay al menos dos enfoques que merecen ser investigados y probados:

1. Detección de la superficie.
   No has dicho explícitamente que no puedes hacerlo, pero ¿por qué no poner una rejilla de sensores capacitivos detrás de la placa? Podrías construir con bastante facilidad una sección de placa de 10cm x 10cm que tenga una precisión de ~1mm. La construcción de varios módulos permitiría que el sistema fuera ampliable. He respondido a una pregunta anterior en detección capacitiva aquí que debería ayudarte a empezar a investigar sobre este método. Sin embargo, tengo la sensación de que no nos estás contando toda la historia, y esta opción no te servirá porque quizás estés intentando hacer lo que este tipo y escribir en cualquier superficie.

2. Gran conjunto de sensores de borde -
   Es bueno que hayas eliminado la limitación de sólo dos sensores, creo que hubiera sido casi imposible hacer el sistema que quieres con sólo dos sensores. Como se discute en otra parte aquí, si usted está usando los sensores en el borde de las tablas que usted tendrá que medir el ángulo del sensor al objetivo y el uso de la angulación, o usted tendrá que medir la distancia y el uso de la lateralidad. La medición de la distancia va a ser la más fácil de medir y la más fácil de arreglar.
   Así que, aquí estamos, midiendo la distancia desde un conjunto de sensores en los bordes del tablero. Es probable que no puedas disparar todos los sensores a la vez si estás usando sensores ópticos de distancia Así que tendrás que pulsar a través de cada uno de ellos, tal vez en sucesión, tal vez no, depende de cuántos hay y la rapidez con la que se puede muestrear de ellos. En cualquier caso, tendrás todos estos sensores midiendo la distancia de ellos mismos a lo que sea, a veces al otro lado de la placa, lo cual no es probablemente una medida útil. Tendrás que procesar los datos procedentes de todos estos sensores, filtrarlos ligeramente y decidir qué es una medición del espacio vacío y qué es una medición de algo entre el sensor y el borde del tablero. Así que digamos que has resuelto eso, tienes este conjunto de mediciones de distancia desde el sensor hasta el objeto de interés. ¿Qué vas a hacer con él?
   Lo ideal es que este conjunto de sensores rodee toda la circunferencia de la placa, la densidad de este conjunto alterará la precisión final del sistema. La precisión es realmente lo que se trata, ¿verdad? El problema con cualquier sensor, por supuesto, es su inexactitud inherente. Así que, aunque las matemáticas de la lateralidad son bastante sencillas en el caso de la trilateración, en el que tres mediciones de distancia perfectas sólo pueden apuntar a una ubicación, no se van a obtener mediciones perfectas. Además, es casi seguro que vas a necesitar más de tres mediciones para conseguir la precisión que buscas. Lo que necesitas aquí es un poco de ecuaciones de lateralidad tolerantes a errores de n-sensores . Encontré por casualidad un excelente papel discutiendo (casi) exactamente eso. Léalo para saber más.

Es difícil decir qué esperabas de este proyecto, pero será toda una empresa, sobre todo con las limitaciones que has dado. Buena suerte.

Answer 3

Este problema puede resolverse de forma fácil y barata mediante el seguimiento del punto IR del lápiz con la cámara IR incorporada en el Wiimote. Aquí hay un proyecto enlace .

Answer 4

Yo probablemente iría con dos cámaras IR una en el borde largo y otra en el borde corto, y un bolígrafo que se compone de un LED IR como la punta, también haría este sensible a la presión por lo que sólo se enciende cuando se presiona contra el tablero. Dependiendo de las condiciones de iluminación de donde esto tendría que trabajar usted puede ser capaz de salirse con la utilización de un LED de luz visible y el filtrado de sólo ese color.