Was sind AprilTags und welche AprilTag-Größe sollte ich verwenden?

Was ist ein AprilTag?

Ein AprilTag ist ein visuelles Referenzsystem bzw. ein visuelles Target / Zielzeichen. AprilTags können von Sensoren wie Kameras oder Laser erkannt werden.

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Wie werden AprilTags verwendet?

Sensoren können AprilTags mit Hilfe einer AprilTag-Erkennungssoftware detektieren. Die Detektionssoftware errechnet die genaue 3D-Position, die Ausrichtung und die Identität des Tags relativ zur Kameraposition. Die AprilTags erlauben eine sehr schnelle Erkennung und Prozessierung – fast in Echtzeit.

AprilTags können für eine Vielzahl von Anwendungen wie Augmented Reality, Robotik und Kamerakalibrierung genutzt werden.

Test der LSE AprilTags mit DotProduct

Getestet wurden Versionen für Android (v. 4.1.6) und iOS (Beta, v. 0.16.(21)).

Auf Android wurden folgende Sensoren untersucht:

Die Testmessungen fanden in Innenräumen bei Tageslicht statt.

Test der AprilTags mit DotProduct und verschiedenen Sensoren

Erkennung von AprilTags mit iOS, integrierter Kamera und Lidar (iPad)

Die Erkennung von AprilTags in Echtzeit funktioniert in Innenräumen, wird aber nur bei der Prozessierung für eine Verbesserung der Ergebnisse verwendet. Die Erkennung während der Dateibearbeitung sowie Messung funktioniert in der Beta-Version noch nicht.

Grundsätzlich werden alle AprilTags erkannt. Für die kleinen AprilTags mit einer Größe von 10 x 10 cm ist dabei ein geringerer Arbeitsabstand erforderlich. Die Erkennung findet fast gleichzeitig mit der Aufnahme der AprilTags statt.

Für den Test der AprilTags mit dem iPad wurde zusätzlich ein Fahrzeug bei Tageslicht erfasst. Hier zeigen sich die Vorteile von Lidar: Es können selbst glänzende Objekte (z. B. Auto) eingescannt werden, was mit PrimeSense-Sensoren kaum möglich ist. Das Scannen des Fahrzeugs im Schatten funktionierte problemlos.

Erkennung von AprilTags mit iOS (iPad)

Erkennung von AprilTags mit Android

Die volle Funktionalität, wie Erkennung in Echtzeit, Markierung, Verwendung für Ausrichtung und Messung, wird unterstützt und funktioniert.
 

PrimeSense Carmine 1.08

Die Erkennung findet nicht immer zeitgleich zur Datenaufnahme statt. Obwohl der Bereich mit dem AprilTag schon aufgenommen wurde, findet die Erkennung teilweise verzögert statt. Das kann daran liegen, dass die Bilder der Kamera nicht so hochauflösend sind (im Vergleich zum iPad) und weniger Bilder aufgenommen werden.

Erkennung von AprilTags mit PrimeSense Carmine
 

PrimeSense Carmine 1.09 (SR)

Die Erkennung funktioniert auf deutlich geringeren Abständen im Vergleich zu obengenannten Sensoren, was natürlich selbst an dem Sensor liegt. Auch hier kommt es manchmal zu einer verzögerten Erkennung des Targets in Echtzeit.
 

Intel Real Sense D415

Die Erkennung funktioniert ganz gut und im Vergleich zu PrimeSense-Sensoren in Echtzeit und ohne Verzögerung. Das kann daran liegen, dass die Reichweite von Real Sense geringer ist und die Überlappung zwischen Bildern und Daten besser funktioniert.

Testergebnisse unter unterschiedlichen Bedingungen

Targets mit folgenden Erkennungsflächen wurden in verschiedenen Winkeln getestet:

  • AprilTag A4 – 16x16 cm
  • AprilTag groß – 15x15 cm
  • AprilTag klein – 10x10 cm

 

Erkennungsabstand bei kleinstem Winkel (ca. 45°) – schlechteste Bedingung

  Kamerasensor AprilTag 16x16 cm  AprilTag 15x15 cm  AprilTag 10x10 cm 
  iOS (Beta)

< 2 m 

< 2 m 

< 1 m

  PrimeSense < 3 m< 3 m< 1 m
  PrimeSense SR< 2 m< 1,5 m< 1 m 
  RealSense D415  < 3 m< 3 m< 1 m

 

Erkennungsabstand bei senkrechter Aufnahme (Winkel ca. 90°) – ideale Bedingung

  Kamerasensor AprilTag 16x16 cm  AprilTag 15x15 cm  AprilTag 10x10 cm 
  iOS (Beta)

< 5 m 

< 5 m 

< 2 m

  PrimeSense < 5 m< 5 m< 3 m
  PrimeSense SR< 3 m< 3 m< 3 m 
  RealSense D415  < 5 m< 5 m< 3 m

 

Erkennungsabstand unter normalen Bedingungen (Winkel ca. 60°)

  Kamerasensor AprilTag 16x16 cm  AprilTag 15x15 cm  AprilTag 10x10 cm 
  iOS (Beta)

< 3 m 

< 3 m 

< 3 m

  PrimeSense < 5 m< 4 m< 3 m
  PrimeSense SR< 3 m< 3 m< 1,5 m 
  RealSense D415  < 3 m< 3 m< 2 m

 

Fazit zur Testmessung

Unter Betrachtung von Aufnahmewinkel und AprilTag-Größe und aufgrund der Eigenschaft als Short-Range-Kamera lässt sich für den PrimeSense SR schlussfolgern, dass dieser 3D-Kamerasensor die kürzesten Arbeitsabstände erfordert.

Die Testergebnisse von iOS, PrimeSense und Real Sense D415 sind ähnlich. Die Real Sense D415 ermöglicht sowohl bei einem schlechten als auch bei einem optimalen Aufnahmewinkel den größten Arbeitsabstand; unter normalen Bedingungen erkannte sie die AprilTags in den Testmessungen jedoch nur in einem geringeren Abstand als iOS und PrimeSense.

Für alle AprilTags-Größen hat die PrimeSense den größten Erkennungsabstand unabhängig vom Aufnahmewinkel.

 

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