清明小长假我看到HYPEREAL的laohyx在知乎上发表了这篇短文，感觉这位同学的分享通俗易通，于是拿出来与大家分享一下。这里我也非常欢迎VR行业的众多程序猿和攻城狮可以多多交流和分享，让我们共同推进VR技术的进步与发展。

（题图是目前三大头显中销量最好的PSVR的定位摄像头，也是三家中惟一使用双目技术的厂商）VR定位技术有千万种，就目前三大头显厂商而言，可以分为：HTC 的 Lighthouse 激光定位系统，是一种长距离的使用PnP解算的定位技术（由Valve公司研发授权）Oculus 的 Constellation 系统红外摄像头定位，也是使用 PnP解算的定位PSVR 的 可见光摄像头定位，使用双目定位从技术发展时间来看，双目定位是在三家技术中，出现最早、最成熟的技术了。先在这里简单说说它的原理。定位原理双目定位，一定要有两个摄像头/定位器，且两者在同一刚体/模具上，这样保证了两摄像头工作时，它们之间的相对位置是已知的。双目定位貌似还有一定的仿生概念，毕竟人眼的立体视觉，也是靠双眼的，有了两只眼睛，才可以受到到某一物体的距离远近，否则只知道“物体在看过去的视线方向，而无法判断距离”（显然生活经验可以弥补一些啦，比如近大远小）下图是一篇学术论文的附图，再参考人双眼的构造，就很容易理解双目定位了。O1, O2分别是两摄像头的位置，且它们摆放角度已知。P1，P2是物体P在相机成像平面上的投影点，也就是照片上拍摄到P的点啦。根据两相机的摆放位置，以及P1, P2点的位置，很容易计算出点P在空间中的三维位置。

双目定位成功之处就在于，它只靠一个特征点就可以定位！比如PSVR的手柄，只靠一条光带，就可以通过双摄像头，得到它的空间位置！（很多年前的PS move也是这个原理，要不然说PSVR的技术老呢）单单一个特征点，可以求得一个物体在三维空间中的 x, y, z 位置（3 自由度, DOF），但 VR 定位还需要它的旋转信息——另外三个自由度（旋转信息）——就无法靠一个特征点得到啦。那么，想要做 6自由度求解，想要需要多少个特征点呢？试想一下：如果只有一个特征点，那么物体可以把模型的特征点放在定位出来的一个三维空间的点P1上，然而它可以绕这个P1点任何旋转，都符合解。因此它只有 3 DOF。如果有两个特征点，双目定位可求解出 P1, P2，那么物体的姿态在定程度地确定了，但它仍然可以绕P1, P2连线构成的轴，旋转，因此它有 5 DOF。如果有三个特征点，且它们不共线（否则会退化的），那么三个特征点的求解出的姿态，就可以惟一地确定物体的位置和姿态，达到 6 DOF 求解。因此PSVR的头显上有好多标记点，而手柄上也是一个具有特点的倒三角光条（见上图），至少可提取出3个特征点（三角的顶点）。这些特征点，可将姿态解算从 3DOF 升级成 6DOF。看到这里，你一定会想，wow，原来空间定位就这么简单，果然双目大法好，学会初中立体几何就可以明白原理啦。但显然事情没有那么简单。欢迎来到工程领域的噩梦——测量误差。定位误差双目定位的理想很美好，但测量误差对其带来的影响却是残酷的。如下图，在O1, O2相机观察物体 P 时，由于种种原因，测量所得到的射线发生了微妙的角度偏移，误差角度分别为∠P O1 P' 和 ∠P O2 P'. 那么从观测值，求解出 P' 位置，就与真实位置有了一定的偏移。

这偏移的位置随着双目射线变平行，而增大。就是说，当物体离你越远时，你越难确定它与你的距离，而物体很近时，双目定位会很精确。那么误差都是哪里来的呢？要知道，工程就不是数学上的理想假设了，误差的来源千千万，比如：O1, O2点的安装误差，也就是制造公差，不过这一步往往会在出厂时进行标定。相机的标定误差。相机是存在畸变的，如果反畸变算法不好 ，那么始终会带着角度测量误差。特征点误差，就拿PS手柄来说，它那个三角光条是圆角，特征点很难取得很准确像素误差，要知道摄像头的像素数是有限的，它所代表的角度值也会是离散的，无法准确地表示物体的投影射线以上各种因素都会影响到单点求解的精度。如果再想求 6DOF，物体上三个特征点求解都有误差，那么它的旋转求解就差得更远啦（还不一定对得上）。因此双目摄像头方案只能在近距离使用（2m以内），靠增多特征点数量来平均化测量误差，才可以达到可以接受的效果。因此双目定位，简单是简单，但坑，真是多啊~未完待续关于双目定位的基础，在这里就讲得差不多啦，本系列的下篇，将会分析大朋E3提出的创新性的双目激光定位技术，敬请期待~