3D姿态：俯仰、偏航和横滚检测 | Marvelmind

0:01 各位同事好。今天我以摄像机为例，讲讲系统的俯仰、偏航和横滚。我们又一次收到这样的询问：系统能不能做到？如果能，需要什么？我们决定录一段视频来解释。答案是可以：不仅能获得摄像机或其他任何物体的精确位置，还能获得俯仰、偏航和横滚，而且非常精确。它是怎样工作的？推荐的方案是这样的。以摄像机为例，摄像机位于一个比如20×20米区域的中间，固定 信标 之间的距离比如是20米、20米、20米。

0:59 这是一个基本的简单3D子地图，中间某处有一台摄像机。任务是得到摄像机非常精确的角度，也就是它的3D方向。怎么做到呢？首先，需要几个位置点，它们之间有一定的基线，才能测出这个方向。方向是通过非常精确地测量每个点的位置得到的。因此，实际上需要安装三个或更多——这里是三个或四个——固定 信标 ，布置在摄像机周围的房间内或拍摄区域内。而在摄像机上，您

1:57 需要安装 Super-Beacon ，或者使用带外接麦克风的Super-Beacon，这样也可以。好，我这里用的是一个基础型 信标（Beacon HW v4.9），不过它们外观相同，效果也一样。我建议使用外接麦克风，而不是 Super-Beacon 上的麦克风，纯粹是为了方便。您也可以直接使用 Super-Beacon 本身。请记住，由于这里的位置测量精度非常非常高，非常重要的一点是：您测量的是麦克风的位置——不是传感器的中心，也不是中间，而是麦克风。在这种情况下就很简单了：同样出于实用考虑，使用外接麦克风，就像这里一样。这样，麦克风就安装在

2:57 任意支撑物上，比如一根从摄像机伸出、形成基线的小杆上。有几点需要记住。第一，基线要尽可能长，通常受摄像机或物体尺寸的限制。第二，这些麦克风不能排成一条直线。因为需要3D角度——俯仰、偏航和横滚——所以不能把它们装在一条线上，否则就无法测量，比如说，Z方向的位置。这种情况下，需要第三个麦克风不在这条线上。所以它们必须构成立体布局，必须构成三角形。这样，在理想条件下，您可以测出每个点的位置，精度大约为正负1

3:56 厘米，甚至更好。因为位置更新率和精度之间存在取舍：更新率高时，测量噪声会明显增大；而降低噪声，延迟又会明显增加。也就是说，对于静止物体，精度可以优于1厘米，即±1厘米。但如果物体在运动，又希望尽量降低延迟，误差就可能超过±1厘米，达到我们常规的±2厘米。因此，假设每个外接麦克风的位置测量精度为±1厘米。如果基线为50厘米——这对中小型摄像机来说比较典型，也容易实现——那么您就能够以

4:55 ±2度的精度测出这个角度。俯仰、偏航和横滚的整体精度计算起来有点复杂，因为它取决于相对位置：麦克风三角形与信标三角形之间的相对位置关系。其数学计算会非常复杂，实际中并不实用。所以我只是给出一个大致概念，说明能获得什么样的精度。在这种情况下，可以获得±2度——但这是最坏情况，即一个麦克风误差+1厘米、另一个麦克风误差−1厘米。不过那只是其中一个角度。

5:55 俯仰、偏航、横滚——取决于它们的位置——三个角度都能得到。而且这三个角度都会与信标内部的IMU进行传感器融合。也就是说，不仅可以基于内部的IMU（这里是陀螺仪）得到非常非常精确的测量，而且这些麦克风还能消除陀螺仪的漂移。可预期的最大静态漂移大约就是这个值：对于50厘米的基线，这个角度大约为2度。其他角度则不同，会对应于各自的最大差值。所以总的回答是：可以，能够得到俯仰、偏航和横滚

6:53 ——基于我们的系统。这至少需要三个外接麦克风。要连接这三个外接麦克风，有两种方案。第一，可以把它们都接到一个 Super-Beacon上。但在这种情况下，这一个 Super-Beacon 实际上要接收三个完全独立的通道。也就是说，如果通常能测到30米，那么用三个麦克风时，最大距离会降到10米，因为是10加10加10——三个独立的麦克风。如果房间的尺寸——比如这里到那里、这里到那里、这里到那里的最大距离——小于10米，那么一个Super-Beacon加三个外接麦克风就足够了。如果不是，房间更大，那么就需要为每个

7:51 外接麦克风各配一个Super-Beacon。如前所述，也可以使用Super-Beacon自带的麦克风，但很多情况下这并不方便，因为外接麦克风很小，不会遮挡其他麦克风，可以放在任何地方。而把Super-Beacon放在这里就不太方便，因为它可能造成不必要的遮挡，比如从这个信标到那个信标形成阴影——因为需要一个支架来固定信标，而Super-Beacon的支架比麦克风的支架要大。所以从实用角度，我们建议使用外接麦克风，当然也可以使用普通的Super-Beacon。再说一遍，有两种方案：要么一个Super-Beacon加三个外接麦克风，此时最大距离在10米以下；要么三个Super-Beacon，此时

8:51 最大距离为30米。基本上就是这些，因为它相对简单——配置简单，但在这方面是一种比较特殊的配置。通常我们提供位置，或者位置加方向；而这里不仅是位置加方向，而是3D方向，并且是一种相当特殊的布置，以便同时获得经过漂移补偿的方向和位置。如果您有类似的问题，我们很乐意帮助并解释细节。再简短地回答一次：可以，能做到；而且这个配置终究并不复杂。非常感谢。