[发明专利]一种移动机器人SLAM问题中的实时回环检测方法

权利要求书

1.一种移动机器人SLAM问题中的实时回环检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：获取移动机器人存储的子图；

S2：获取移动机器人的当前扫描帧，基于移动机器人存储的子图对当前扫描帧进行初步回环检测，获取处于同一环境地图位置的扫描帧-子图对；

S3：对处于同一地图位置的扫描帧-子图对进行相关性度量和复杂性度量计算；

S4：基于相关性度量和复杂性度量的计算结果，获得最终回环检测结果；

所述步骤S3中，相关性度量的计算包括以下步骤：

S301：获取步骤S2回环检测中的扫描帧-子图对相对位姿，对扫描帧-子图对中的扫描帧进行位姿变换，使得扫描帧与子图对齐；

S302：将对齐后的扫描帧和子图网格化为相等大小的空间区域；

S303：基于网格化的扫描帧和子图，分别构建归一化的扫描帧二维直方图和归一化的子图二维直方图；

S304：基于交叉核函数，计算归一化的扫描帧二维直方图和归一化的子图二维直方图的相关性度量值；

所述步骤S3中，复杂性度量的计算包括以下步骤：

S311：获取扫描帧-子图对中的共有区域；

S312：在共有区域中抛弃离群点，获取内点集合；

S313：基于内点集合中各内点对应的法向量，构建法向量矩阵；

S314：基于法向量矩阵的特征值，计算复杂性度量。

2.根据权利要求1所述的一种移动机器人SLAM问题中的实时回环检测方法，其特征在于，所述步骤S304中，交叉核函数的表达式为：

式中，h₁(i.j)为归一化的扫描帧二维直方图中第i行第j列的区域，h₂(i,j)为归一化的子图二维直方图中第i行第j列的区域，若两直方图中对应的同一区域相同，则该区域度量值为1，若两直方图中对应的同一区域不同，则该区域度量值小于1，且差异越大，度量值越小。

3.根据权利要求1所述的一种移动机器人SLAM问题中的实时回环检测方法，其特征在于，所述步骤S313中，法向量矩阵的构建表达式为：

N＝[n₁,n₂,...,n_n]^T

R＝N^TN

式中，R为法向量矩阵，n_i为第i个内点对应的法向量，1≤i≤n。

4.根据权利要求1所述的一种移动机器人SLAM问题中的实时回环检测方法，其特征在于，所述步骤S314中，复杂性度量的计算表达式为：

式中，r为复杂性度量值，λ₁为扫描帧法向量矩阵的特征值，λ₂为子图法向量矩阵的特征值。

5.根据权利要求1所述的一种移动机器人SLAM问题中的实时回环检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，基于移动机器人存储的子图对扫描帧进行初步回环检测具体为，基于预建立的非线性最小二乘模型，获取扫描帧-子图对，所述非线性最小二乘模型的约束为相对位姿，该相对位姿为在子图坐标系下扫描帧的位姿，所述相对位姿的计算表达式为：

式中，{h_k}_{k＝1,2,...,K}为扫描帧中的各点，K为点数，T_ξ为扫描帧的位姿变换，M_nearest为子图中各像素的取值，为搜索区域，该搜索区域基于机器人当前位姿估计确定。