近年来,随着虚拟现实（VR）技术越发成熟,VR头戴设备逐渐进入大众视野。然而国内现有的产品中,VR设备及其控制器的定位问题还没有十分完善的解决方案,一些基于激光雷达传感器的定位技术价格昂贵,体积较大。本文聚焦于VR领域定位问题,提出了一套体积小、成本低的实时六自由度（6DOF）手柄控制器定位方案。本文提出在手柄控制器上设计一种环状定位结构,红外LED按照一定规律均匀的分布在该结构上。通过带有红外滤光片的单目相机观察该结构,可以根据LED和图像之间的匹配对应关系,采用P3P算法估算出手柄相对于相机坐标系的位置姿态关系,最后通过最小化重投影误差优化手柄的位姿。本文主要工作如下:（1）设计了基于红外LED的定位标志（Marker）和其匹配算法。基于红外LED集群组成的Marker相比于被动反光的Marker有着很多优势。全黑环境下,基于自发光Marker的定位系统依然可以正常工作。相比于可见光Marker,红外光肉眼不可见,对用户干扰较少。此外,带有红外滤光片的相机可以过滤环境中的可见光,这使得预处理和LED中心坐标提取环节变得简单。在LED匹配环节,本文设计的视觉定位匹配算法可以应对12颗LED特征点和对应图像的实时一对一匹配问题,配合IMU融合匹配环节,系统可以实时、鲁棒的以30Fps运行。（2）基于提出的定位方案,完成了手柄定位系统实验平台。实验平台包括硬件部分和软件部分。硬件部分服务于视觉定位系统,主要实现了LED的明暗控制、IMU的数据采集处理和WIFI通信。软件部分实现了本文所提出的定位算法,可以实时输出6DOF位姿信息,并打包成SDK接口使用。本实验平台在定位系统实现和产品化方向上进行了一定探索性工作。（3）在设计的硬件平台上,本文完成了定位系统的算法环节测试和系统总体指标测试,定量分析了P3P算法在经过非线性迭代优化环节前后的重投影误差,给出了本系统的重投影误差水平在2个像素内。通过实验证明,本系统可以在PC平台下准确、鲁棒、实时地追踪手部的6DOF位姿信息,可以满足手柄在VR设备交互场景的需要。最后根据现有的实验结果,提出了下一步的研究和改进方向。