说说双目定位技术 (上)
（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~
