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专利号: 2025101395868
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-01
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于平面间几何结构的回环检测方法,其特征在于:所述方法包括以下步骤:S1 以RGB‑D相机获取对应的RGB图和深度图,并进行预处理;

S2 对预处理后的RGB图进行超像素分割,获得若干像素区域,对应所述像素区域划分深度图的点云,并计算划分后对应每个像素区域的点云块的法向量,基于法向量关系对点云块进行组合,获得对应的平面及边,构建无向图,构建的无向图 中,顶点集,边集 ;

S3 基于所述无向图,将每个顶点作为种子,搜索深度为四,查找顶点数为三或四的环,将这两种环统一定义为基础环;

S4 查找当前帧和关键帧列表中的查询帧的无向图的最优公共子图,根据建立的无向图和查找到的基础环,将当前帧和查询帧中的基础环进行对比,将相似程度最高,且满足环的顶点数相同、环的邻接矩阵一致且顶点代表平面的面积差异度小于阀值的前 对环作为候选环对,加入候选环对列表,扩展得到公共子图,基于公共子图获取两帧之间的平面匹配,以差异值 验证公共子图有效性;将差异值最小的公共子图作为最优公共子图,并将该差异值作为这两帧之间唯一的差异值;最后在所有存在的最优公共子图的查询帧中,将差异值前K个最小的查询帧作为候选帧,并根据点云块的重叠度,进行几何验证,基于验证结果确定回环帧。

2.根据权利要求1所述的一种基于平面间几何结构的回环检测方法,其特征在于:S1中,预处理包括对RGB图和深度图进行双边高斯滤波。

3.根据权利要求1所述的一种基于平面间几何结构的回环检测方法,其特征在于:S2中,对应每 个除边 界的 所述像 素区 域划分 深度 图的点 云得 到一组 点,且 ,计算这组点的协方差矩阵 并进行特征值分解,,

其中 为点云块的中心点,得到特征值 , , ,取最大的特征值 所对应的特征向量作为当前点云块的法向量 ,当前点云块的拟合平面记为 。

4.根据权利要求3所述的一种基于平面间几何结构的回环检测方法,其特征在于:对所述拟合平面验证有效性,包括以下步骤:S2.1 定义动态阀值 ,若拟合平面的均方误差 ,则该拟合平面无效,否则进行下一步;

S2.2 检验三维点对应的像素点 ,若满足max(|depth(pm,n)‑depth(pm+1,n)|,|depth(pm,n)‑depth(pm,n+1)|)<Tds,则该拟合平面有效,其中, 计算像素点 的深度值, 和 分别为 在水平和竖直方向的相邻点, 为动态阀值,,为深度值, 为自定义比值, 为容忍度;

S2.3 将有效平面存入平面列表 ;得到列表中的平面的相邻平面。

5.根据权利要求3或4所述的一种基于平面间几何结构的回环检测方法,其特征在于:基于相邻的点云块间的法向量的相似性,采用深度优先搜索算法,将搜索到的所有符合条件的点云块所拟合的有效平面合并为一个平面,所述条件基于平面间法向量和距离评估;

更新平面列表,并计算新的平面的中心点和法向量。

6.根据权利要求5所述的一种基于平面间几何结构的回环检测方法,其特征在于:构建比较矩阵 ,,

其中, 是平面 合并后的平面的均方误差,若其满足合并条件且

则不变,否则为零,将非零最小项对应的平面合并并在 中剔除

对应行和列,将新平面加入矩阵,直到矩阵为零矩阵;更新平面列表,将面积小于阀值的平面剔除。

7.根据权利要求1所述的一种基于平面间几何结构的回环检测方法,其特征在于:S3中,建立基础环列表 和以顶点作为哈希值的哈希表 。

8.根据权利要求1所述的一种基于平面间几何结构的回环检测方法,其特征在于:根据候选环对列表,将每对候选环对的基础环根据各自的图构建子图,在各图中找到与基础环相邻的环,并作比较,将相似度最大的一对有效的环加入子图中,若两帧新的子图的邻接矩阵相等且这对新的环符合查找基础环的过程中的有效条件,则认为这对环有效,然后在新的子图的基础上查找相邻的环,重复,扩展子图直到无可添加项为止,得到两副图的公共子图。

9.根据权利要求1所述的一种基于平面间几何结构的回环检测方法,其特征在于:将当前帧和候选帧的最大的重叠度 所求得的变换矩阵作为当前帧和候选帧的粗配准,若 超过预设阀值则回环有效,最后将重叠度最大的候选帧作为回环帧。