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明确 finger 阶段一手动标定与采集时间契约

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将阶段一改为手动加载、记录和逐点灵敏度可视化的完整流程。文档门禁与示例 JSON 校验通过。
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ykcheungab
2026-10-11 11:55:14 +08:00
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apps/autocal/docs/calibration-data-format.zh.md
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@@ -1,6 +1,6 @@
# Autocal 标定操作与数据格式草稿
状态：待评审，2026-10-11。用途：方案及操作指南。近期目标只针对 finger 传感器跑通多测点法向采集、保存和离线重算；下列操作是首版目标流程，尚非全部可执行的软件说明。
状态：待评审，2026-10-11。用途：方案及操作指南。阶段一只针对 finger，由操作员手动完成选点、设档、加载、记录和逐点灵敏度可视化；下列流程尚非全部可执行的软件说明。
## 范围与软件现状
@@ -12,17 +12,11 @@
| 参考 | 砝码或 50 N／2 N·m FT sensor，首版先接通一种 |
| 图像 | 一个完整测试事件一个连续视频，档位间不切段 |
| 调试输入 | 先用已有视频接通 finger 采集链；实时相机随后复用同一个 worker 和 `SdkPacket` 消费路径 |
| 交付 | 单个 session 能重新打开、追溯参考载荷并离线重算 |
| 交付 | 单个 session 能重新打开、追溯参考载荷，计算并显示不同测点的灵敏度 |
[LF606 规格书](references/lf606-d40-h18-4x-spec.pdf)量程表包含 50 N／2 N·m 档位，但图签为 200 N／8 N·m；实机以铭牌及标定证书核对。
| 功能 | 源码现状 | 首版需要补齐 |
|---|---|---|
| 设备设置、轴操作、测点姿态预览 | Autocal 已有对应模块 | 与采集事件关联 |
| `.oryseq` 导入导出 | 已有；见 [sequence-format.md](sequence-format.md) | 载荷循环由 trial 的 steps 表达，不假定旧序列已支持 |
| 自动执行、传感器及标定点页面 | 运行入口提示未实现，相关页面占位 | 最小事件控制和采集入口 |
| 图像、读数、事件记录 | Studio／shared 已有记录链 | 接入 Autocal，增加 trial／step、参考流及独立事件视频 |
| 新格式回放、拟合及导出 | 本文定义目标契约 | 关联校验与最小离线处理 |
现有模块与待接工作见[实施计划](implementation-plan.zh.md)；旧 `.oryseq` 格式见 [sequence-format.md](sequence-format.md)，其本身不包含下文的载荷循环。
## 操作员逐步流程
@@ -33,13 +27,13 @@
| 1. 建立会话 | 填写传感器 SN、gel ID、实验台、压头和参考设备；选保存位置 | 创建唯一 `session_id`；保存身份和配置快照 |
| 2. 检查设备 | 完成设备设置、回零及既定检查，核对相机和参考输入 | 状态可读；运动边界按既定流程确认 |
| 3. 确认测点 | 在有效 UV 区域选点，核对三维位置和姿态 | 分配 `site_id`，UV→3D 映射有效 |
| 4. 设置循环 | 选择载荷档位、保持时间及重复数；预览正反路径 | 保存 `load_levels_n`、`hold_s`、`repeats`；档位不超本次确认范围 |
| 4. 设置循环 | 定义加载范围、档位、保持时间和重复数，选择手动模式 | 保存计划；自动加载留到下一阶段 |
| 5. 建立基准 | 无接触时检查零载荷，保存参考图像和必要历史 | 保存归零／基准事件及 `baseline_id` |
| 6. 开始事件 | 到达确认的测点姿态后，在加载前启动记录 | 新建 `trial_id` 和视频；确认视频与参考记录正常后加载 |
| 7. 逐级加载 | 按路径到各目标档位并保持，标记实际到达时间 | 每档有 `step_id`、目标及实际参考力、分支和时间范围 |
| 7. 逐级加载 | 用现有手动控制或砝码到目标档位，确认实际到达并保持 | 每档有 `step_id`、目标及有效参考力、分支和时间范围 |
| 8. 逐级卸载 | 按相同档位下降到零，保留恢复过程 | 连续记录卸载分支；循环内不重新归零或重置图像基准 |
| 9. 结束／重复 | 检查恢复与记录状态，停止事件；重复或移到下一点 | 完成写入后标记状态；每次重复使用新 trial 和视频 |
| 10. 复核会话 | 重新打开文件，回放至少一个完整事件，检查档位对应关系 | 缺失、丢帧和中断可见；保留完整 trial 作独立验证 |
| 10. 计算与复核 | 重新打开会话，选择有效保持窗口，查看每点曲线及 UV 灵敏度图 | 显示加载／卸载差异、误差、无效原因；留完整 trial 独立验证 |
推荐路径为 `0 → F1 → F2 → Fmax → F2 → F1 → 0`，具体档位待定。逐级卸载提供与加载分支相同载荷的对照；各档采用相同保持规则。保持时间先支持 10–30 s 配置，人工选择分析窗口并记录原因；到时不自动等于稳定。异常时按既定流程停止，保留未完成记录，重测用新 trial。
@@ -62,31 +56,32 @@
| `session.json` | `format_version`、`session_id`、`sensor_type`、`input_source`、身份、配置快照、坐标定义、文件清单、sites、trials、状态 | 会话建立、事件完成及结束时 |
| `sequence.oryseq` | 实际使用的测点计划；遵循现有格式 | 开始采集前保存快照 |
| `video/<trial_id>.<ext>` | 算法入口图像、完整循环及恢复 | 每 trial 开始至结束 |
| `frames.csv` | `session_id`、`trial_id`、`frame_id`、`t_rel_s`、视频路径、段内帧号、丢帧标记 | 每帧 |
| `frames.csv` | `session_id`、`trial_id`、`frame_id`、`t_host_mono_ns`、`t_host_utc_ns`、`time_basis`、视频路径、帧号、丢帧标记 | 每帧，时间与帧身份同时绑定 |
| `baseline/` | 基准图像、初始状态或预录引用、`baseline_id` | 建立／重置基准时 |
| `reference.csv` | `trial_id`、`t_rel_s`、`clock_id`、实测力分量、有效性 | FT 自身采样频率；砝码方式可不生成此流 |
| `reference.csv` | `trial_id`、`sample_id`、`t_host_mono_ns`、`clock_id`、力、有效性、来源及延迟估计 | FT／ECAT 每个样本；砝码用事件和有效时段 |
| `motion.csv` | 时间、目标／反馈位姿、有效性 | 有实际反馈时保存；缺少反馈须注明 |
| `events.csv` | 时间、trial／step、事件类型、原因 | 到档、阶段切换、归零、异常及中断 |
| `derived/<processing_id>/` | 对齐样本、特征、拟合结果、验证指标和处理配置 | 离线处理；不覆盖原始文件 |
| `events.csv` | `t_host_mono_ns`、trial／step、事件类型、参考有效时段、原因 | 到档确认、阶段切换、归零、异常及中断 |
| `derived/<processing_id>/` | 逐点灵敏度表、加载／卸载曲线、误差、分析窗口和处理配置 | 分析时另存；不覆盖原始文件 |
| 参数归属 | 主要参数 | 单位／填写来源 |
|---|---|---|
| session 身份 | `sensor_sn`、`gel_id`、`bench_id`、`indenter_id`、`reference_source` | 操作员填写或设备读取 |
| session 采集 | 分辨率、像素格式、编码、版本、滤波与归零配置 | 软件快照；编码待实测确认 |
| 输入来源 | `input_source.kind` 为 `video` 或 `camera`；`value` 分别为视频路径或相机整数编号；视频另存文件哈希 | 传给同一 `FingerAcquisitionWorker.start`；来源文件与 trial 输出视频不可混淆 |
| session 时间 | 各流 `clock_id`、时间戳含义、偏移及同步误差 | 软件记录；不能按行号配对 |
| session 时间 | 同进程 `clock_id`、单调时钟原点、UTC 对照、时间来源、延迟及同步误差 | 电脑采集／接收时记录；不能按行号配对 |
| site | `site_id`、UV、三维位置、几何关联 | pixel／mm；软件映射 |
| trial | `trial_id`、`site_id`、重复编号、姿态、`baseline_id`、视频、起止时间、状态 | 软件分配并记录实际执行 |
| trial 计划 | `load_levels_n`、`hold_s`、`repeats` | N／s／次数；操作员设置 |
| step | `step_id`、`target_load_n`、`branch`、起止时间、`analysis_window_s` | N／会话相对秒；branch 为 load／unload／zero |
| step | `step_id`、`target_load_n`、`branch`、实际起止时刻、`analysis_window_s` | N／电脑单调时间；branch 为 load／unload／zero |
| step 砝码参考 | 质量、重力加速度、传力方向、有效时段及 `reference_load_n` | kg／m/s²／N；仅在传力条件成立时使用 m×g |
| 质量 | `valid`、`invalid_reason`、丢帧／中断状态 | 未知不补零；算法失败不等于图像不可用 |
| 逐点结果 | `site_id`、`gain_n_per_raw`、`sensitivity_raw_per_n`、有效档位数、误差及滞后 | 仅对有效独立参考与原始法向信号拟合；缺数据标无效 |
视频输入的现有 `SdkPacket.mono_t` 由帧号和配置帧率推算；相机输入使用采集期间的单调时钟。已检查的 DD02 示例视频约 20 fps，而配置为 30 fps；因此现有视频时间不能直接用于物理保持时长或 FT 对齐。P1 须读取来源视频的实际时间基准，核对配置帧率，并在不一致时拒绝时间对齐或明确标记失效。
实时采集以电脑收到**该帧**时的单调时间为主时间。采集线程需把 `t_host_mono_ns` 与帧序号、图像原子配对；记录器再保存 UTC 对照，处理结束时间不能代替采集时间。FT／ECAT 样本也在电脑收到时打同源时间戳，按时间关联，并记录可测得的延迟与失同步；低延迟不等于零延迟。砝码的人工到档时刻只定义有效区间，稳定窗口仍需检查。
两种输入都输出 `frame_id` 和 `raw_frame`，但不能把不同来源的时间戳当成同一物理时钟。离线视频若无同步的 FT／运动记录，只能验证图像链和文件关联。manifest 须保留来源路径、哈希、配置身份、配置／实际帧率及时间基准；正式会话还应保存现场取得的设备身份。
旧视频没有原始逐帧电脑时间时，重放取得的是本次解码时间，`time_basis=host_replay`；它可验证处理链，不能还原原实验与 FT 的同步。若视频附有原始帧时间则保留 `time_basis=original_recorded` 和原时钟身份。现有 finger worker 对视频按配置帧率推算 `mono_t`，且已检查的 DD02 视频约 20 fps、配置为 30 fps；实施时须停止把该推算值当采集时刻。manifest 保留来源路径、哈希、配置、媒体帧率及各时间基准。
P0 事件边界如下。`events.csv` 每行至少保存 `event_id`、`trial_id`、可为空的 `step_id`、`event_type`、`t_rel_s`、`clock_id` 和 `reason`。事件只记录已发生的事实，不以 UI 按钮时间冒充到档或写盘完成。P1/P2 用同一 `trial_id` 将视频帧、参考值和事件相连。
事件边界如下。`events.csv` 每行至少保存 `event_id`、`trial_id`、可为空的 `step_id`、`event_type`、`t_host_mono_ns`、`clock_id` 和 `reason`。操作员的确认时间和设备反馈时间分别标明来源；不得把按钮时刻冒充设备实际到档。所有流用 `trial_id` 与同源单调时间关联。
| 事件 | 触发与状态 |
|---|---|
@@ -98,7 +93,9 @@ P0 事件边界如下。`events.csv` 每行至少保存 `event_id`、`trial_id`
`session` 在所有 trial 完成并检查文件后才进入 `complete`；任何缺失必须保留 `incomplete` 与原因。每次重试使用新的 `trial_id`，不覆盖旧视频。
以下是目标 `session.json` 的最小示意，供 P1/P2 共用字段；`video/` 是本次 trial 的输出，不是 `input_source` 原文件。例子不代表写入器已经实现。
逐点灵敏度先用有效保持窗口中的 `normal_force_raw` 和独立参考力拟合 `F_ref = gain_n_per_raw × raw + offset_n`；`sensitivity_raw_per_n` 为非零斜率的倒数。每个测点单独保存拟合范围、有效档位数、误差和加载／卸载差异。原始通道缺失、参考无效或载荷档位不足时不生成看似有效的系数。界面显示各点散点／拟合曲线，并在 UV 测点图着色；阶段一不从稀疏点外推整面精度。
以下是目标 `session.json` 的最小示意，供记录与分析模块共用字段；`video/` 是本次 trial 的输出，不是 `input_source` 原文件。例子不代表写入器已经实现。
```json
{
@@ -109,7 +106,8 @@ P0 事件边界如下。`events.csv` 每行至少保存 `event_id`、`trial_id`
"kind": "video",
"value": "D:/samples/finger-input.mp4",
"sha256": "<待采集时计算>",
"clock_id": "video_frame_rate",
"clock_id": "host_replay",
"time_basis": "host_replay",
"configured_fps": 30.0,
"source_fps": 30.0
},
@@ -132,25 +130,16 @@ P0 事件边界如下。`events.csv` 每行至少保存 `event_id`、`trial_id`
## 软件数据流与责任
### 当前实际链路
| 链路 | 代码位置／输出 | 对 Autocal 的含义 |
|---|---|---|
| 运行请求 → 未实现提示 | [window.py](../src/orisys_autocal/ui/window.py) 的 `_on_run_requested` | 尚无自动采集循环 |
| 页面装配 → 占位页面 | [workspace.py](../src/orisys_autocal/ui/workspace.py) | 传感器、表面和标定点页尚未接通 |
| Studio 采集包 → 记录通道 | [recording.py](../../studio/src/orisys_studio/recording.py) 的 `RecordingChannel.on_packet` | 将采集包分发给会话存储、标定采样器及文件记录器 |
| 采集包 → 有界队列 → 写入线程 | [experiment.py](../../../shared/src/orisys_app_shared/record/experiment.py) | 当前写 session、forces、frames、events、分段 MP4 或 PNG；不能直接视为新格式已完成 |
### 首版待接通链路
### 阶段一待接通链路
| 顺序 | 输入 → 处理 → 输出 | 负责模块 |
|---|---|---|
| 1 | 操作员设置 + `.oryseq` → sites／载荷路径 → session 快照 | Autocal 会话与事件控制 |
| 1 | 操作员设测点／载荷路径，可选导入 `.oryseq` → session 快照 | Autocal 会话与事件控制 |
| 2 | UV + 固定映射 → mesh 位置 + 平台姿态 → site／trial | 几何及现有姿态计算能力 |
| 3 | 视频路径优先、相机编号随后 → 同一 `FingerAcquisitionWorker` → `SdkPacket` → trial 视频、帧索引 | 复用 shared 采集能力；Autocal 不导入 Studio 的 UI 或控制器 |
| 4 | FT／砝码 + 平台反馈 + 档位事件 → 带时间的数据流 | Autocal 参考输入及事件控制；与图像并行 |
| 3 | 视频路径先调试、相机随后 → 同一 finger 处理链；电脑采集时刻与帧绑定 → `SdkPacket`、trial 视频和索引 | SDK capture + shared worker；Autocal 不导入 Studio 的 UI 或控制器 |
| 4 | FT／ECAT 样本或砝码有效时段 + 手动控制反馈／确认 → 同源电脑时间流 | Autocal 参考输入及事件控制；与图像并行 |
| 5 | 事件结束 → 完成写入 + 完整性检查 → trial 状态 | 文件记录器及会话控制 |
| 6 | 视频解码 + 基准／配置 → SDK 特征重算；时间对齐参考 → 拟合／验证 | 离线处理，结果存 derived |
| 6 | 视频解码 + 基准／配置 → 原始信号；时间对齐参考 → 逐点拟合、误差和 UV 着色 | Autocal 分析与可视化；结果存 derived |
保留现有算法通道值时可沿用 `forces.csv`，但它不是独立参考力。业务层组织试验，SDK 负责图像算法，共享记录器负责文件写入；不让 SDK 依赖 Autocal UI。
@@ -162,5 +151,6 @@ P0 事件边界如下。`events.csv` 每行至少保存 `event_id`、`trial_id`
| 可回放 | 重新打开后能解码完整 trial，恢复处理状态并重算选定窗口 |
| 有效性 | 丢帧、参考缺失、中断及失败显式可见；原始记录不被重处理覆盖 |
| 最小验证 | 至少留出完整 trial，分别比较加载／卸载的法向误差；阈值待定 |
| 逐点呈现 | 多测点各有灵敏度、有效性、参考力—原始信号曲线；UV 图能定位差异 |
开跑前仍须确定载荷档位、轴方向及精确原点、参考采集与同步、视频编码和恢复窗口。先实测单 trial 的容量及丢帧，再估算整场存储。视频空档不承诺连续回放。空间模型、实时集成及长期可靠性验证后续再做；本流程不证明剪切或多接触精度。
开跑前仍须确定载荷档位、轴方向及精确原点、参考采集与同步、视频编码和恢复窗口。先实测单 trial 的容量及丢帧，再估算整场存储。视频空档不承诺连续回放。自动加载、空间模型及长期可靠性验证后续再做；本流程不证明剪切或多接触精度。