LiTH. WalkCAM Kravspecifikation. Redaktör Andreas Fältskog Version 1.0. Status. Granskad. Godkänd. Reglerteknisk projektkurs WalkCAM LIPs

Transkript

1 WalkCAM Kravspecifikation Redaktör Version.0 Status Granskad Godkänd

2 WalkCAM PROJEKTIDENTITET Reglerteknisk projektkurs, WalkCAM, 2007/VT Linköpings tekniska högskola, ISY Namn Ansvar Telefon E-post Henrik Johansson Projektledare Dokumentansvarig Mitun Dey Testansvarig mitde726@student.liu.se Lars Furedal Design larfu592@student.liu.se Oscar Carlsson Implementation oscca558@student.liu.se E-postlista för hela gruppen: Hemsida: Kund: SAAB Aerotech, LINKÖPING, kundtel , fax: Kontaktperson hos kund: Hans Bohlin, , , hans.bohlin@saabgroup.com Beställare: Jeroen Hol, B BV2A:54, , hol@isy.liu.se Kursansvarig: Anders Hansson, B Bv2A:550, , hansson@isy.liu.se Handledare: Henrik Ohlsson, B Bv2A:526, , ohlsson@isy.liu.se 2

3 WalkCAM Innehåll INLEDNING...5. PARTER MÅL ANVÄNDNING BAKGRUNDSINFORMATION DEFINITIONER ÖVERSIKT AV SYSTEMET GROV BESKRIVNING AV PRODUKTEN PRODUKTKOMPONENTER BEROENDEN TILL ANDRA SYSTEM INGÅENDE DELSYSTEM FUNKTIONELLA KRAV PÅ HELA SYSTEMET DESIGNKRAV PÅ HELA SYSTEMET DATAINSAMLINGSMODUL INLEDANDE BESKRIVNING AV DATAINSAMLINGSMODULEN FUNKTIONELLA KRAV DESIGNKRAV BERÄKNINGSMODUL INLEDANDE BESKRIVNING AV BERÄKNINGSMODULEN FUNKTIONELLA KRAV DESIGNKRAV PRESENTATIONSMODUL INLEDANDE BESKRIVNING AV PRESENTATIONSMODULEN FUNKTIONELLA KRAV DESIGNKRAV... 6 LEVERANSKRAV OCH DELLEVERANSER DOKUMENTATION...3 3

4 WalkCAM Dokumenthistorik version datum utförda förändringar utförda av Granskad Revisions ändrad till leverans, logo dit lagd HJ SAAB logotype borttagen AF Reviderad efter kommentering från beställaren HJ Reviderad efter granskning AF beställare Reviderad efter kommentar från beställaren och kunden AF LF,OC Reviderad och skickad till kund AF Gruppen Andra utkast AF Första utkastet AF - 4

5 Inledning SAAB Aerotech står i begrepp att utvärdera en rad möjliga tekniker och sensorer för pedestrial navigering. Ett system för pedestrial navigering innebär att utrusta en person med ett navigeringssystem med funktioner för att bl.a. bestämma personens position och riktning mot norr.. Parter Parter i projektet utgörs av kund, beställare, examinator, projektgrupp, handledare och experter. Kund: Hans Bohlin (SAAB Aerotech) Beställare: Jeroen Hol (ISY Reglerteknik) Examinator: Anders Hansson (ISY Reglerteknik) Projektgruppen:, Henrik Johansson, Mitun Dey, Lars Furedal, Oscar Carlsson Handledare: Henrik Ohlsson (ISY Reglerteknik) Experter: Peter Wallman, SAAB, för frågor ang. hårdvara..2 Mål Målet med detta projekt är att ta fram en laborationsutrustning för utvärdering av kamerabaserad odometri och dödräkning. Med hjälp av laborationsutrustningen skall dessutom prestandautvärdering av kameratekniken göras. Följande konkreta resultat skall uppnås: En fungerande mätenhet. En Matlab-implementation av Optical Flow och Odometri som innefattar skattning av noggrannhet. En prestandautvärdering. En livedemonstration. En lista med förslag för att förbättra prestanda och noggrannhet..3 Användning Laborationsutrustningen är till för utvärdering av kameratekniken som en del av den tänkta plattformen. Den slutgiltiga navigeringsutrustningen är främst tänkt att användas av militär och blåljusmyndigheter såsom polis och brandkår. En del av prestandautvärderingen är t.ex. att ta reda på vilken kvalitet på videoströmmarna (upplösning och frekvens) som krävs för att få tillräcklig noggrannhet i beräkningarna. 5

6 .4 Bakgrundsinformation Andra navigeringsutrustningar såsom GPS eller accelerometrar har inte tillfredställande noggrannhet eller fungerar inte under alla omständigheter. Detta har lett till denna utvärdering av ny teknik..5 Definitioner ISY - Institutionen för systemteknik vid Linköpings Universitet. Optical Flow Utifrån kamerans rörelse beräknas hastighet och riktning. Odometri Att integrera fart till förflyttad sträcka. Dödräkning Från utgångsposition beräknas ny position genom att addera tillryggalagd sträcka som t.ex. erhållits mha odometri. 6

7 2 Översikt av systemet 2. Grov beskrivning av produkten Laborationsutrustningen kommer att bestå av tre huvudkomponenter. En för datainsamling, en för navigeringsberäkningar och en för presentation av resultatet. Beräkningar och presentation kommer att göras offline, dvs. inte i fält. Figur visar en översikt av systemets olika delar. Datainsamlingsmodulen kommer att bestå av 2 st. kameror monterade på en ryggsäcksram. Videoströmmarna från kamerorna fångas in med en bärbar PC försedd med ett grabber-kort och tillhörande mjukvara. Beräkningsmodulen utgörs av en PC med Matlab installerat. Videoströmmarna importeras och analyseras med Optical Flow. Med hjälp av ett kalmanfilter estimeras position och riktning. En viktig del i beräkningen är att göra en bra skattning av noggrannheten av positions- och riktningsberäkningen. Presentationsmodulen utgörs av ett grafisk gränssnitt som visar beräknat resultat. Förutom att visa tillryggalagd sträcka på en kartbild kommer även information som felmarginal, hastighet och riktning att visas i gränssnittet. PC Datainsamling Beräkning (PC med Matlab) HDD Import av videoströmmar Mjukvara för att spara videoström Optical Flow Grabber-kort Kalmanfilter Presentation Grafiskt gränssnitt Figur - Grov systembeskrivning av WalkCAM 7

8 2.2 Produktkomponenter Laborationsutrustningen skall byggas med hjälp av komponenter tillhandahållna av SAAB Aerotech. 2.3 Beroenden till andra system I denna första fas kommer inte utrustningen interagera med några system. 2.4 Ingående delsystem Datainsamlingsmodul Beräkningsmodul Presentationsmodul 2.5 Funktionella krav på hela systemet Krav nr Original Systemet skall offline kunna beräkna position och riktning med hjälp av känd startposition och startriktning. Krav nr 2 Original Systemet skall testas för att utvärdera vilken prestanda man kan uppnå med tekniken. Resultat av tester dokumenteras i dokumentet Prestandautvärdering som även innehåller en lista med förslag till förbättringar. Krav nr 3 Original Prestandatester skall utföras på plant underlag och med vanlig gång. Krav nr 4 Original Det skall finnas manualer för installation och användning av utrustningen. 2.6 Designkrav på hela systemet Krav nr 0 Original Krav nr Original Dokumentation skall ske på svenska och enligt LIPS dokumentmallar. Kodning sker på engelska och all kod tillhör SAAB Aerospace. 8

9 3 Datainsamlingsmodul 3. Inledande beskrivning av datainsamlingsmodulen LiTH Datainsamlingsmodulen kommer att bestå av 2 st. kameror monterade på en ryggsäcksram. På ryggsäcksramen kommer även en dator med ett video-grabberkort finnas monterad. För att förse utrustningen med elkraft förses utrustningen med en kraftkälla. Videoströmmarna från kamerorna fångas in med grabber-kortet och tillhörande mjukvara för att sedan sparas på datorns hårddisk. De sparade videoströmmarna kan sedan importeras och analyseras av beräkningsmodulen. 3.2 Funktionella krav Krav nr 20 Original Utrustningen skall kunna appliceras på både person och vagn. Krav nr 2 Original Krav nr 22 Original Krav nr 23 Original Utrustningen skall bestå av 2 digitala videokameror, kraftkälla, och datorutrustning monterad på en ryggsäcksram. Utrustningen ska kunna spela in videoströmmar i minst 5 minuter från minst 2 källor och lagra dem på hårddisk. Diagnos och övervakning av videofilerna. Kontroll under import av video att insamlingen fungerar Designkrav Krav nr 30 Original Utrustning skall byggas på ett professionellt sätt för permanent användning. 9

10 4 Beräkningsmodul 4. Inledande beskrivning av beräkningsmodulen Beräkningsmodulen består av en PC med Matlab installerat. Videoströmmarna från datainsamlingsmodulen importeras och analyseras med Optical Flow. Med hjälp av ett kalmanfilter estimeras position och riktning. Beräkningsalgoritmerna bygger på odometri och dödräkning. En viktig del i beräkningen är att göra en bra skattning av noggrannheten hos positions- och riktningsberäkningen. 4.2 Funktionella krav Krav nr 40 Original Krav nr 4 Original Krav nr 42 Original Krav nr 43 Original Tillryggalagd sträcka och riktning skall kunna beräknas ur videoströmmarna från datainsamlingsmodulen. Modulen skall göra en robust skattning av noggrannheten. Dvs. det verkliga felet får inte överstiga det skattade felet. Beräkningsresultatet skall sparas i en datastruktur som kan användas av presentationsmodulen. Systemet skall ha en felmarginal på högst 2 % av tillryggalagd sträcka Designkrav Krav nr 50 Original Krav nr 5 Original Krav nr 52 Original Beräkningar skall göras på en dator med Matlab i Windowsmiljö. Optical Flow skall användas för att med hjälp av videoströmmarna beräkna kamerornas hastighet. För att beräkna ny position och riktning skall odometri och dödräkning användas. 0

11 5 Presentationsmodul 5. Inledande beskrivning av presentationsmodulen Presentationsmodulen utgörs av ett grafiskt gränssnitt som visar beräknat resultat. Förutom att visa tillryggalagd sträcka på en kartbild kommer även information som felmarginal, hastighet och riktning att visas i gränssnittet. I detta grafiska gränssnitt kommer det även att finnas funktioner för att importera videoströmmar och starta beräkningsprocessen samt att ange startposition och startriktning. 5.2 Funktionella krav Krav nr 60 Original Resultatet skall kunna visas grafiskt. Tillryggalagd sträcka och felmarginal skall åskådliggöras i resultatvisning. Krav nr 6 Original Krav nr 62 Original Krav nr 63 Original Krav nr 64 Original Krav nr 65 Original Skall innehålla funktioner för att välja vilka filer med videoströmmar som skall importeras. Skall innehålla funktioner för att ange startposition och startriktning. Skall innehålla funktioner för att starta och stoppa beräkningarna i beräkningsmodulen. Resultatet skall kunna visas med aktuell kartbild som bakgrund. Resultatvisning skall inkludera visning av hastighet och vinkelhastighet Designkrav Krav nr 70 Original Gränssnittet skall implementeras i Matlab i Windows-miljö.

12 6 Leveranskrav och delleveranser I tabellen nedan visas de två största datumen under detta projekt. Fler beslutspunkter och viktiga datum finns i Projektplan (Johansson, 2007) 9 februari Kravspecifikationen Systemskiss En första version av projektplan och tidplan 23 maj Projektpresentation inklusive livedemonstration Prestandautvärdering inkl. lista med förbättringsförslag Teknisk Dokumentation Användar- och installationsmanual 2

13 Dokumentation Dokumentation ska skötas fortlöpande under projektets gång enligt LIPS-modellen. Dokumentansvarig är den som har ansvar för att all nödvändig dokumentation finns tillgänglig för alla som behöver den. De dokument som ska skapas under projektets gång är (se LIPS-modellen för definition av respektive dokument): Kravspecifikation Systemskiss Projektplan Tidplan Testplan Testresultat Designspecifikation Teknisk dokumentation Prestandautvärdering inkl. lista med förbättringsförslag Användar- och installationsmanual Efterstudie All dokumentation sker på svenska och dokumentation kommer att lagras i projektets svnrepository på ISY. Här lagras även projektets källkod och annan projektrelaterad information. Källkod som produceras i projektet tillhör SAAB Aerospace och får ej ligga kvar på svnrepository på ISY efter projektets slut. 3