清明小長(zhǎng)假我看到HYPEREAL的laohyx在知乎上發(fā)表了這篇短文，感覺(jué)這位同學(xué)的分享通俗易通，于是拿出來(lái)與大家分享一下。這里我也非常歡迎VR行業(yè)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(jìn)VR技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)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(shù)的廠商）VR定位技術(shù)有千萬(wàn)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(tǒng)，是一種長(zhǎng)距離的使用PnP解算的定位技術(shù)（由Valve公司研發(fā)授權(quán)）Oculus 的 Constellation 系統(tǒng)紅外攝像頭定位，也是使用 PnP解算的定位PSVR 的 可見(jiàn)光攝像頭定位，使用雙目定位從技術(shù)發(fā)展時(shí)間來(lái)看，雙目定位是在三家技術(shù)中，出現(xiàn)最早、最成熟的技術(shù)了。先在這里簡(jiǎn)單說(shuō)說(shuō)它的原理。定位原理雙目定位，一定要有兩個(gè)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(shí)，它們之間的相對(duì)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(jué)，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(yuǎn)近，否則只知道“物體在看過(guò)去的視線方向，而無(wú)法判斷距離”（顯然生活經(jīng)驗(yàn)可以彌補(bǔ)一些啦，比如近大遠(yuǎn)?。┫聢D是一篇學(xué)術(shù)論文的附圖，再參考人雙眼的構(gòu)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(jī)成像平面上的投影點(diǎn)，也就是照片上拍攝到P的點(diǎn)啦。根據(jù)兩相機(jī)的擺放位置，以及P1, P2點(diǎn)的位置，很容易計(jì)算出點(diǎn)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(gè)特征點(diǎn)就可以定位！比如PSVR的手柄，只靠一條光帶，就可以通過(guò)雙攝像頭，得到它的空間位置?。ê芏嗄昵暗腜S move也是這個(gè)原理，要不然說(shuō)PSVR的技術(shù)老呢）單單一個(gè)特征點(diǎn)，可以求得一個(gè)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(zhuǎn)信息——另外三個(gè)自由度（旋轉(zhuǎn)信息）——就無(wú)法靠一個(gè)特征點(diǎn)得到啦。那么，想要做 6自由度求解，想要需要多少個(gè)特征點(diǎn)呢？試想一下：如果只有一個(gè)特征點(diǎn)，那么物體可以把模型的特征點(diǎn)放在定位出來(lái)的一個(gè)三維空間的點(diǎn)P1上，然而它可以繞這個(gè)P1點(diǎn)任何旋轉(zhuǎn)，都符合解。因此它只有 3 DOF。如果有兩個(gè)特征點(diǎn)，雙目定位可求解出 P1, P2，那么物體的姿態(tài)在定程度地確定了，但它仍然可以繞P1, P2連線構(gòu)成的軸，旋轉(zhuǎn)，因此它有 5 DOF。如果有三個(gè)特征點(diǎn)，且它們不共線（否則會(huì)退化的），那么三個(gè)特征點(diǎn)的求解出的姿態(tài)，就可以惟一地確定物體的位置和姿態(tài)，達(dá)到 6 DOF 求解。因此PSVR的頭顯上有好多標(biāo)記點(diǎn)，而手柄上也是一個(gè)具有特點(diǎn)的倒三角光條（見(jiàn)上圖），至少可提取出3個(gè)特征點(diǎn)（三角的頂點(diǎn)）。這些特征點(diǎn)，可將姿態(tài)解算從 3DOF 升級(jí)成 6DOF?？吹竭@里，你一定會(huì)想，wow，原來(lái)空間定位就這么簡(jiǎn)單，果然雙目大法好，學(xué)會(huì)初中立體幾何就可以明白原理啦。但顯然事情沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。歡迎來(lái)到工程領(lǐng)域的噩夢(mèng)——測(cè)量誤差。定位誤差雙目定位的理想很美好，但測(cè)量誤差對(duì)其帶來(lái)的影響卻是殘酷的。如下圖，在O1, O2相機(jī)觀察物體 P 時(shí)，由于種種原因，測(cè)量所得到的射線發(fā)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(cè)值，求解出 P' 位置，就與真實(shí)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(shuō)，當(dāng)物體離你越遠(yuǎn)時(shí)，你越難確定它與你的距離，而物體很近時(shí)，雙目定位會(huì)很精確。那么誤差都是哪里來(lái)的呢？要知道，工程就不是數(shù)學(xué)上的理想假設(shè)了，誤差的來(lái)源千千萬(wàn)，比如：O1, O2點(diǎn)的安裝誤差，也就是制造公差，不過(guò)這一步往往會(huì)在出廠時(shí)進(jìn)行標(biāo)定。相機(jī)的標(biāo)定誤差。相機(jī)是存在畸變的，如果反畸變算法不好 ，那么始終會(huì)帶著角度測(cè)量誤差。特征點(diǎn)誤差，就拿PS手柄來(lái)說(shuō)，它那個(gè)三角光條是圓角，特征點(diǎn)很難取得很準(zhǔn)確像素誤差，要知道攝像頭的像素?cái)?shù)是有限的，它所代表的角度值也會(huì)是離散的，無(wú)法準(zhǔn)確地表示物體的投影射線以上各種因素都會(huì)影響到單點(diǎn)求解的精度。如果再想求 6DOF，物體上三個(gè)特征點(diǎn)求解都有誤差，那么它的旋轉(zhuǎn)求解就差得更遠(yuǎn)啦（還不一定對(duì)得上）。因此雙目攝像頭方案只能在近距離使用（2m以內(nèi)），靠增多特征點(diǎn)數(shù)量來(lái)平均化測(cè)量誤差，才可以達(dá)到可以接受的效果。因此雙目定位，簡(jiǎn)單是簡(jiǎn)單，但坑，真是多啊~未完待續(xù)關(guān)于雙目定位的基礎(chǔ)，在這里就講得差不多啦，本系列的下篇，將會(huì)分析大朋E3提出的創(chuàng)新性的雙目激光定位技術(shù)，敬請(qǐng)期待~