ASTM E3124-17
Стандартный метод испытаний для измерения характеристик задержки оптических систем слежения, которые измеряют положение шести степеней свободы (6DOF)

Стандартный №

ASTM E3124-17

Дата публикации

2017

Разместил

American Society for Testing and Materials (ASTM)

состояние

быть заменен

быть заменен

ASTM E3124-17(2025)

Последняя версия

ASTM E3124-17(2025)

сфера применения

Обзор стандарта и техническая база

Разработанный комитетом ASTM E57, стандарт ASTM E3124-17 содержит стандартизированные методы испытаний для определения задержки систем измерения положения с шестью степенями свободы (6DOF) в оптических системах слежения (OTS). Официально выпущенный в октябре 2017 года, этот стандарт заполняет пробел в количественной оценке задержки системы в области оптического захвата движения.

С широким распространением оптических систем слежения в таких областях, как виртуальная реальность, медицинское моделирование и промышленный контроль, задержка системы стала ключевым показателем производительности, влияющим на пользовательский опыт и эффективность приложений. Традиционно разные производители использовали разные методы испытаний и определения метрик, что приводило к отсутствию сопоставимости данных о производительности. Разработка E3124-17 устанавливает единую структуру тестирования, позволяющую поставщикам систем и конечным пользователям оценивать и сравнивать производительность системы с одним и тем же эталоном.

---

Основные понятия и определения терминологии

Стандарт четко определяет ключевые термины, связанные с тестированием задержки системы:

Терминология	Определение	Единица измерения	Связанные стандарты
Задержка системы	Разница во времени между событием оптического изображения и временем, когда клиент получает соответствующую информацию о позе 6DOF	Миллисекунды (мс)	Основной индикатор E3124
Задержка физического события	Время между фактическим возникновением события и соответствующим возникновением события, сообщаемым OTS	Миллисекунды (мс)	E3064
Частота кадров	Частота, с которой камера снимает непрерывные изображения	Герц (Гц)	Основные параметры системы
Время интегрирования	Интервал времени, в течение которого внутренний цифровой датчик камеры собирает свет	Микросекунды (мкс)	Параметры производительности камеры

В стандарте особо подчеркивается разница между задержкой системы и задержкой дисплея: задержка системы включает только время от оптического получения изображения до обработки данных и не включает задержку при рендеринге графики и отображении.

---

Требования к испытательному оборудованию и системе

Стандарт определяет требования к специализированному оборудованию и приборам, необходимым для тестирования:

Устройство сбора данных (DAQ)

Рекомендуется использовать устройство сбора данных с малой задержкой и интерфейсом PCI Express, чтобы избежать дополнительной задержки, вносимой интерфейсами USB или Ethernet. Устройства PCIe обычно имеют задержку менее микросекунды, в то время как устройства USB 3.0/2.0 могут вносить задержку в десятки и сотни микросекунд, а устройства Gigabit Ethernet — в миллисекунды.

Конструкция ударного устройства

В Приложении X2 к стандарту приведен подробный пример конструкции устройства, включая:

• Конструкция металлического ударника, который может свободно вращаться вокруг точки шарнира
• Ограничение одноосного подшипника для предотвращения шума движения
• Механизм обнаружения контакта с проводящей пластиной
• Расположение точек маркера соответствует требованиям производителя по отслеживанию жесткого тела

Конструкция устройства должна обеспечивать образование надежного электрического контакта при контакте ударника с проводящей пластиной, гарантируя при этом, что проводящая пластина не перемещается под действием ударника.

---

Процедура испытаний и метод измерения

Процедура испытаний основана на принципе запуска физического события и сравнения временных меток:

Настройка испытания

Подключите ударник и проводящую пластину к устройству сбора данных соответственно. В программном обеспечении OTS выберите молоток как отслеживаемый объект и запустите потоковую передачу данных. Условия тестирования должны соответствовать заявленным производителем. Параметры окружающей среды, такие как температура, влажность и освещённость, должны быть зафиксированы в отчёте.

Принцип измерения задержки

Задержка системы оценивается путём измерения разницы во времени между моментом замыкания цепи (физическое событие A) и моментом обнаружения OTS изменения движения (момент получения данных D). Поскольку момент события оптического изображения B невозможно измерить напрямую, минимальное значение (DA) используется в качестве приблизительного значения задержки системы.

Алгоритм обнаружения изменения наклона

В стандартном приложении X3 приведен рекомендуемый алгоритм обнаружения изменения наклона:

1. Поддержание очереди, содержащей самые последние данные n выборок
2. Расчет среднего наклона всех выборок, кроме первой
3. Сравнение среднего наклона с наклоном, полученным для первой выборки
4. Если он превышает пороговое значение, считается, что произошло значительное изменение наклона

При реализации алгоритма следует уделять внимание рациональности настроек параметров, чтобы избежать ложного обнаружения и пропуска обнаружения.

---

Показатели производительности и статистические методы

Стандарт требует, чтобы для статистического анализа было собрано не менее 100 образцов с целью расчета следующих показателей производительности:

Показатели производительности	Формула расчета	Значимость	Требования к отчетности
Средняя задержка	μ = (1/N)Σl_i	Центральная тенденция задержки системы	Должно быть указано
Стандартное отклонение задержки	s = √[Σ(l_i-μ)²/N]	Дисперсия значений задержки	Необходимо сообщить
Максимальная задержка	l_max = max(l_i)	Худший случай	Необходимо сообщить
Минимальная задержка	l_min = min(l_i)	Лучший случай	Необходимо сообщить
Процентиль задержки	L(p) = L_k + d(L_{k+1}-L_k)	Распределение Характеристический анализ	Отчёт по 0,3%, 5%, 50%, 95%, 99,7% квантилям

Процентили рассчитываются стандартными статистическими методами. Для p-процентиля вычисляется p/100×(N+1)=k+d, где k — целое число, а d — дробная часть.

---

Характеристики отчета об испытаниях

В Приложении X1 к стандарту представлен подробный шаблон отчета об испытаниях, который должен включать следующую информацию:

Информация об условиях испытаний

• Информация об авторе отчета и подпись
• Информация об организации и времени испытаний
• Сведения об оптической системе слежения (производитель, модель, серийный номер)
• Настройки системы (операционная система, характеристики клиентского компьютера, модель DAQ)
• Параметры камеры (количество, характеристики, частота кадров, время интеграции)
• Условия среды испытаний (температура, влажность, освещение и т. д.)

Данные о результатах испытаний

Необходимо указать все расчетные значения показателей производительности, включая среднее значение, стандартное отклонение, экстремальные значения и процентильные значения. В отчете необходимо указать количество образцов и обеспечить разбивку многостраничных отчетов на страницы.

---

Технологическая эволюция и значение стандарта

Разработка ASTM E3124-17 отражает важный сдвиг в технологии оптического отслеживания от качественной оценки к количественному тестированию. Этот стандарт:

1. Унифицированный тестовый эталон: Предоставляет сопоставимый метод оценки производительности для систем от разных производителей
2. Способствует технологическому развитию: Поощряет производителей оптимизировать архитектуру системы и сокращать задержку
3. Поддерживает выбор приложения: Помогает пользователям выбирать подходящую систему на основе фактических требований приложения
4. Создает систему качества: Предоставляет техническую основу для контроля качества в отрасли

Поскольку приложения реального времени, такие как виртуальная реальность и дополненная реальность, продолжают повышать свои требования к задержке, важность этого стандарта станет еще более заметной.

---

Рекомендации по внедрению и руководство по применению

Основываясь на стандартном содержании и опыте использования, предлагаются следующие рекомендации по внедрению:

Для производителей систем

• Создайте стандартизированные внутренние процессы тестирования для обеспечения согласованности производительности продукта
• Оптимизируйте архитектуру системы для сокращения задержек при обработке изображений и передаче данных
• Предоставьте подробные руководства по настройке системы, чтобы помочь пользователям достичь оптимальной производительности

Для конечных пользователей

• Выберите подходящую систему на основе требований к задержке сценария применения
• Регулярно выполняйте проверку производительности, чтобы убедиться, что система продолжает соответствовать требованиям использования
• Обращайте внимание на влияние факторов окружающей среды на производительность системы и убедитесь, что условия испытаний соответствуют стандартным требованиям

Для испытательных лабораторий

• Инвестируйте в соответствующее испытательное оборудование, особенно Оборудование для сбора данных с малой задержкой
• Создание стандартизированных испытательных схем для обеспечения повторяемости результатов испытаний
• Обучение технического персонала освоению алгоритмов обнаружения изменения наклона и методов анализа данных

Благодаря полному внедрению стандарта ASTM E3124-17 отрасль оптических систем слежения создаст более стандартизированную и прозрачную систему оценки производительности, что будет способствовать технологическому прогрессу и разработке приложений во всей отрасли.

ASTM E3124-17 Ссылочный документ

• ASME B89.4.19 Оценка производительности лазерных систем измерения сферических координат*， 2025-10-17 Обновление
• ASTM E177 Стандартная практика использования терминов «точность» и «предвзятость» в методах испытаний ASTM
• ASTM E2655 Стандартное руководство по сообщению о неопределенности результатов испытаний и использованию термина «неопределенность измерения» в методах испытаний ASTM
• ASTM E2919 Стандартный метод испытаний для оценки производительности систем, измеряющих статику, шесть степеней свободы (6DOF), позу
• ASTM E3064 Стандартный метод испытаний для оценки характеристик оптических систем слежения, измеряющих положение шести степеней свободы (6DOF)

ASTM E3124-17 История

• 2025 ASTM E3124-17(2025) Стандартный метод испытаний для измерения производительности задержки системы оптических систем отслеживания, измеряющих положение в шести степенях свободы (6DOF)
• 2017 ASTM E3124-17 Стандартный метод испытаний для измерения характеристик задержки оптических систем слежения, которые измеряют положение шести степеней свободы (6DOF)

стандарты и спецификации