Master's Thesis

Slot car motion tracking

Final Thesis 20.02 MB Appendix 6.49 MB

Author of thesis: Ing. Michal Miškolci

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Miloslav Richter, Ph.D.

Reviewer: Ing. Tomáš Zemčík

Abstract:

This thesis deals with the design, implementation and experimental verification of a
camera-based motion tracking system for slot cars. The proposed system uses a camera
with a global shutter, infrared illumination and retroreflective markers to determine the
position and orientation of a car on a track. The work includes camera calibration,
marker detection, transformation of image coordinates into the track plane and offline
computation of telemetry quantities. The experimental verification shows that the system
can provide useful data for evaluating the driving behaviour of a slot car, especially
speed, slip angle and acceleration.

Keywords:

slot car, motion tracking, computer vision, camera calibration, telemetry, retroreflective
markers

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student obhájil diplomovou práci s výhradami. V rámci obhajoby dokázal přesvědčit komisi o správnosti svých postupů a navrženého řešení. V průběhu odborné rozpravy reagoval na dotazy týkající se výběru použitého hardwaru, zpracování dat pomocí použitého hardwaru a návrhu principu zpracování obrazu.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Cybernetics, Control and Measurements (MPC-KAM)

Composition of Committee

doc. Ing. Radovan Hájovský, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Zdeněk Bradáč, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Peter Honec, Ph.D. (člen)
Ing. Ilona Janáková, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Klusáček, Ph.D. (člen)
Ing. Miloslav Richter, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Miloslav Richter, Ph.D.

Student si dané téma přinesl sám a až jako závěrečnou práci. Kratší čas na vypracování se částečně promítl i do kvality řešení, které se týká především úvodních testů pro řešení daného problému. Po úvodních konzultacích pracoval student převážně samostatně. Pořizoval si součásti pro sestavení testovací scény (nákup; návrh a výroba), což zabralo značnou část vyhrazeného času. Následně provedl základní úvahy, realizaci a testy. Ověřil možnosti snímání, základní kalibraci scény a ověřil dosažitelnou přesnost měření polohy v rovině dráhy.
V závěru práce provedl i test s pohybujícím se autíčkem s detekcí základních vlastností. Tento test ukázal použitelnost zvolené koncepce. Dalšími kroky by bylo využití více takovýchto modulů a jejich spojení.
Zajímavé by bylo využití nechtěných jevů, jako například rozmazání obrazu, jako dalších zdrojů informace – například směr rozmazání udává směr pohybu, délka rozmazání vůči expozici udává rychlost ...
Práce je čtivě napsaná, zabývá se jednotlivými parametry a jejich vlivem na řešení, místy mohla být detailnější, s podrobnějším rozborem vlivu parametrů a jejich souvislostí. U pořízených snímků nebo grafů měly být uvedeny parametry scény (kamery, rychlosti autíčka), za kterých byly pořízeny (u některých jsou data uvedena v doprovodném textu, ale není zřejmé, zda se váží ke konkrétnímu snímku).
Práce svědčí o magisterských schopnostech studenta. Points proposed by supervisor: 78

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Tomáš Zemčík

Diplomová práce na téma "Sledování pohybu autíček na autodráze" patří k méně komplexním ale přesto rozsáhlým zadáním. Řešená úloha vyžaduje jak analýzu problému a volbu vhodných HW a SW prostředků, tak i značné množství práce na implementaci měřicího pracoviště a následného sběru a zpracování dat.

Popis současného stavu a dostupných řešení je velice stručný a prakticky nepopisuje konkrétní řešení a jen obecné kategorie.

Analýza problému logicky popisuje žádané výstupy ze sledování autíček, definuje rozsah měření a formuluje požadavky na implementovaný systém. S některými dílčími kroky nemohu souhlasit (např.: v kapitole 2.1.1 student definuje zjednodušení termínu bočního smyku a určuje nulový smyk jako stav kde středy přední i zadní nápravy leží na tečně trati v bodě středu přední nápravy - demonstrováno na obr. 2.1, tento stav nepovažuji za dobrou aproximaci nulového smyku). V kapitolách stanovujících požadavky na časové a prostorové vlastnosti obrazových dat 2.3.2 a 2.3.3 postrádám konkrétní číselné požadavky nebo rozsahy podložené úvahou či výpočtem, absence těchto požadavků stěžuje hodnocení výběru HW a SW prostředků následné vyhodnocení úspěšnosti systému.

V návrhu měřicí soustavy student vybírá komponenty na základě stanovených požadavků a konceptuálně popisuje celou měřicí soustavu – opět postrádám podložení některých voleb nějakou konkrétní úvahou nebo lépe výpočtem. Také popis optických vlastností objektivu v kapitole 3.1.3 by bylo vhodné doplnit o lepší popis rozdílů mezi fisheye a rectilinear objektivy podložený literaturou a o konkrétní parametry uvažovaných/zvolených objektivů. Celkově je ale návrh proveden velmi důkladně a volbu jednotlivých konceptů a komponent považuji za vhodnou. Oceňuji také porovnání s komerčně dostupnými řešeními a zhodnocení omezení navrhovaného systému.

Implementace navrhovaného měřicího HW a vyhodnocovacího SW je provedena kompetentně, a nastalé problémy s rovnoměrností osvětlení jsou vyřešeny vhodně. SW je popsán podrobnými diagramy a je rozumně členěn. Popis konkrétně využívaných algoritmů je až příliš stručný a z práce v podstatě nelze poznat jaké konkrétní algoritmy jsou použity pro některé dílčí kroky.

Vyhodnocení funkce systému se soustředí hlavně na přesnost a opakovatelnost detekce jednotlivých markerů v obraze a uvádí konkrétní výsledky, které bohužel nelze porovnat s požadavky na systém které nebyly uvedeny, ale zdají se pro autora dostatečné. Kladně hodnotím „telemetrický panel“ pro vyhodnocení dynamiky jízdy a diskusi rozšíření systému pro pokrytí celé plochy dráhy.

Celkově navržený a realizovaný systém hodnotím pozitivně, dle mého názoru je vhodně navržen pro danou úlohu a přijímá racionální zjednodušení která umožňují jednodušší a levnější implementaci. Vytvořený systém je funkční, replikovatelné a low-cost řešení daného problému.

Text práce je logicky sestaven a vhodným jazykem popisuje analýzu problému, dostupná řešení, návrh a implementaci HW a SW měřicího systému a jeho vyhodnocení. Teorii jednotlivých použitých prostředků je věnováno minimum textu a některé použité metody by si zasloužily alespoň stručné vysvětlení. Literatura je volena a využívána vesměs vhodně i když některá tvrzení v práci nejsou nijak podložena.

Práce svědčí o dobrých inženýrských schopnostech studenta a navrhuji ji k obhajobě s hodnocením 78b a známkou C. Topics for thesis defence:
  1. Jaké jsou konkrétní požadavky na rozlišení a framerate Vašeho systému a dosahujete jich? Případně jakým způsobem byste řešil zvýšení požadavků na rozlišení na úkor framerate a naopak?
  2. Jaká je ohnisková vzdálenost zvoleného objektivu, a je GSD opravdu optickým parametrem objektivu?
Points proposed by reviewer: 78

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová