[发明专利]基于视觉的拓扑地图生成方法

权利要求书

1.一种基于视觉的拓扑地图生成方法，所述方法包括以下步骤：

第一步骤(S1)中，获取图像信息，基于所述图像信息以预定频率抽取图像帧；

第二步骤(S2)中，基于所述图像帧图像预处理得到关键帧，判断当前是否产生回环，若产生回环，矫正当前已有拓扑地图，如果关键帧是本次建图运行过程中的第一帧图像，则在其所在位置设置拓扑节点；

第三步骤(S3)中，比较所述图像信息与已有拓扑地图中最新加入的拓扑节点的图像，判断两幅图像的描述符相似度是否低于第一阈值，如果低于第一阈值，则将所述关键帧的图像所在位置作为新的拓扑节点加入拓扑地图，存储当前帧，进入第六步骤，否则，进入第四步骤；

第四步骤(S4)中，基于所述关键帧提取水平旋转角度，根据最近若干帧的水平旋转角度，如若干帧连续出现与上一拓扑节点朝向相比，旋转角度大于第二阈值，则判定当前状态为转弯，将当前关键帧所在位置加入拓扑地图，进入第六步骤，否则，进入第五步骤；

第五步骤(S5)中，当超过预定最大间隔距离没有新增拓扑节点时，将当前所在位置加入拓扑地图，并保留相应信息，进入第六步骤，否则，进入下一帧图像的处理；

第六步骤(S6)中，更新当前最新拓扑节点信息，进入下一帧图像的处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，第二步骤(S2)中，图像帧输入即时定位与地图构建系统SLAM预处理得到关键帧，即时定位与地图构建系统SLAM检测当前是否产生回环，将图像帧输入卷积神经网络生成当前图像的描述符。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，描述符归一化公式为：

其中为f_i当前输入的描述符，μ_s和σ_s为累计均值与方差，f_i′为最终被存储的描述符。

4.根据权利要求3所述的方法，第三步骤(S3)中，两幅图像的描述符相似度为计算两图像描述符之间的余弦距离，余弦距离越小则相似度越大，描述符相似度公式为：其中f_i和f_j分别代表图像i和图像j的描述符，上式的取值范围为[-1，1]。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，第三步骤(S3)中，第一阈值为0，当前帧图像与最新节点的描述符相似度小于0时，则认为当前帧为新节点，将当前帧的相关信息存入新的拓扑节点。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，即时定位与地图构建系统SLAM预处理时预测位姿为：pose：{{posiztion：x，y，z}，{orientation：x，y，z，w}}，其中，pose.orientation.w代表智能体当前朝向与上一节点位置朝向的角度差值，当这一差值大于第二阈值时，则认为当前系统状态为正在转弯，设置转弯标志位为1，设当前帧为t时刻，设置三个标志位分别代表t-2时刻、t-1时刻、t时刻的转弯状态，没有进行转弯操作时取0，否则取1，当连续出现三个转弯标志位都为1时，则将当前t时刻系统所在位置作为新的拓扑节点加入拓扑地图中，并存入当前帧。

7.根据权利要求1所述的方法，第六步骤(S6)中，更新当前最新拓扑节点信息时，在地图中对应坐标加入一个拓扑节点node_n，当n＞1时，与上一个最新的拓扑节点node_n-1进行连接，方向指向node_n。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，第一步骤(S1)中，从摄像机传感器获取图像信息，获得的图像帧进行校正处理。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，第四步骤(S4)中，第二阈值的设定为20～30°。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，第五步骤(S5)中，预定最大间隔距离大小使得拓扑点间的导航漂移不超过导航点间路径长度的5％。