清明小長假我看到HYPEREAL的laohyx在知乎上發表了這篇短文，感覺這位同學的分享通俗易通，于是拿出來與大家分享一下。這里我也非常歡迎VR行業的眾多程序猿和攻城獅可以多多交流和分享，讓我們共同推進VR技術的進步與發展。

（題圖是目前三大頭顯中銷量最好的PSVR的定位攝像頭，也是三家中惟一使用雙目技術的廠商）VR定位技術有千萬種，就目前三大頭顯廠商而言，可以分為：HTC 的 Lighthouse 激光定位系統，是一種長距離的使用PnP解算的定位技術（由Valve公司研發授權）Oculus 的 Constellation 系統紅外攝像頭定位，也是使用 PnP解算的定位PSVR 的 可見光攝像頭定位，使用雙目定位從技術發展時間來看，雙目定位是在三家技術中，出現最早、最成熟的技術了。先在這里簡單說說它的原理。定位原理雙目定位，一定要有兩個攝像頭/定位器，且兩者在同一剛體/模具上，這樣保證了兩攝像頭工作時，它們之間的相對位置是已知的。雙目定位貌似還有一定的仿生概念，畢竟人眼的立體視覺，也是靠雙眼的，有了兩只眼睛，才可以受到到某一物體的距離遠近，否則只知道“物體在看過去的視線方向，而無法判斷距離”（顯然生活經驗可以彌補一些啦，比如近大遠?。┫聢D是一篇學術論文的附圖，再參考人雙眼的構造，就很容易理解雙目定位了。O1, O2分別是兩攝像頭的位置，且它們擺放角度已知。P1，P2是物體P在相機成像平面上的投影點，也就是照片上拍攝到P的點啦。根據兩相機的擺放位置，以及P1, P2點的位置，很容易計算出點P在空間中的三維位置。

雙目定位成功之處就在于，它只靠一個特征點就可以定位！比如PSVR的手柄，只靠一條光帶，就可以通過雙攝像頭，得到它的空間位置?。ê芏嗄昵暗腜S move也是這個原理，要不然說PSVR的技術老呢）單單一個特征點，可以求得一個物體在三維空間中的 x, y, z 位置（3 自由度, DOF），但 VR 定位還需要它的旋轉信息——另外三個自由度（旋轉信息）——就無法靠一個特征點得到啦。那么，想要做 6自由度求解，想要需要多少個特征點呢？試想一下：如果只有一個特征點，那么物體可以把模型的特征點放在定位出來的一個三維空間的點P1上，然而它可以繞這個P1點任何旋轉，都符合解。因此它只有 3 DOF。如果有兩個特征點，雙目定位可求解出 P1, P2，那么物體的姿態在定程度地確定了，但它仍然可以繞P1, P2連線構成的軸，旋轉，因此它有 5 DOF。如果有三個特征點，且它們不共線（否則會退化的），那么三個特征點的求解出的姿態，就可以惟一地確定物體的位置和姿態，達到 6 DOF 求解。因此PSVR的頭顯上有好多標記點，而手柄上也是一個具有特點的倒三角光條（見上圖），至少可提取出3個特征點（三角的頂點）。這些特征點，可將姿態解算從 3DOF 升級成 6DOF?？吹竭@里，你一定會想，wow，原來空間定位就這么簡單，果然雙目大法好，學會初中立體幾何就可以明白原理啦。但顯然事情沒有那么簡單。歡迎來到工程領域的噩夢——測量誤差。定位誤差雙目定位的理想很美好，但測量誤差對其帶來的影響卻是殘酷的。如下圖，在O1, O2相機觀察物體 P 時，由于種種原因，測量所得到的射線發生了微妙的角度偏移，誤差角度分別為∠P O1 P' 和 ∠P O2 P'. 那么從觀測值，求解出 P' 位置，就與真實位置有了一定的偏移。

這偏移的位置隨著雙目射線變平行，而增大。就是說，當物體離你越遠時，你越難確定它與你的距離，而物體很近時，雙目定位會很精確。那么誤差都是哪里來的呢？要知道，工程就不是數學上的理想假設了，誤差的來源千千萬，比如：O1, O2點的安裝誤差，也就是制造公差，不過這一步往往會在出廠時進行標定。相機的標定誤差。相機是存在畸變的，如果反畸變算法不好 ，那么始終會帶著角度測量誤差。特征點誤差，就拿PS手柄來說，它那個三角光條是圓角，特征點很難取得很準確像素誤差，要知道攝像頭的像素數是有限的，它所代表的角度值也會是離散的，無法準確地表示物體的投影射線以上各種因素都會影響到單點求解的精度。如果再想求 6DOF，物體上三個特征點求解都有誤差，那么它的旋轉求解就差得更遠啦（還不一定對得上）。因此雙目攝像頭方案只能在近距離使用（2m以內），靠增多特征點數量來平均化測量誤差，才可以達到可以接受的效果。因此雙目定位，簡單是簡單，但坑，真是多啊~未完待續關于雙目定位的基礎，在這里就講得差不多啦，本系列的下篇，將會分析大朋E3提出的創新性的雙目激光定位技術，敬請期待~