[发明专利]一种手持式三维扫描系统的实时回环检测方法

权利要求书

1.一种手持式三维扫描系统的实时回环检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对扫描拼接成功后的每一帧点云P和对应的相机位姿R，其中P＝{p₁,p₂,...,p_N}；计算R和上一帧点云P'对应的相机位姿R'之间的变换矩阵O，其中

S2、提取O中的三维线性变换部分计算旋转量r，r＝arccos(0.5×(a₁₁+a₂₂+a₃₃-1))；提取O中的三维平移变换部分计算平移量t，

S3、当关键帧数据库中的帧数大于帧阈值d_min时，开始进行回环检测；

S4、对距当前关键帧为d_min的点云P'，通过高斯卷积方法进行融合：取半径为1的权重矩阵以M为卷积核对点云深度值进行卷积；

S5、通过相机成像方程重新计算点云P'中每一个点的坐标；

S6、对点云P'通过Delaunay三角算法剖分获得该帧点云的三角化拓扑关系；

S7、将点云P'的三角化拓扑关系和每个点的坐标加入AABB(Axis Aligned BoundingBox)二叉树T；

S8、通过最小二乘法将点云P'拟合为平面：设平面方程为z＝a₀x+a₁y+a₂，求解方程组得到该帧的方向向量V，V＝(a₀,a₁,a₂)；

S9、在D中取距当前帧最近的d_min帧作为检测组，剩余帧作为被检测组， 求检测组中关键帧方向向量的平均值V'；

以检测组时序的中值对应的关键帧点云K作为检测帧，通过Ray-AABB碰撞检测算法检测以点云K的几何中心Q为起点，V'为方向的射线与T是否存在交点。

2.根据权利要求1所述的一种手持式三维扫描系统的实时回环检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S10、若不存在交点，则说明不存在回环；

若存在交点，计算检测帧K和相交帧K'的法向点乘s，s＝a·b；

若s小于0，说明检测帧K和相交帧K'不同向，则不存在回环；

否则分别取检测帧K和相交帧K'邻近的d_min/3帧，通过Super4PCS(Super 4-pointsCongruent Sets)算法进行粗匹配，匹配结束后计算点云重叠率λ。

3.根据权利要求2所述的一种手持式三维扫描系统的实时回环检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S11、若重叠率λ大于0.5，计算对应点云UV坐标中的x_min,y_min,x_max,y_max，提取UV坐标处于此范围的点云再次进行ICP(Iterative Closest Point) 拼接。

4.根据权利要求3所述的一种手持式三维扫描系统的实时回环检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S12、所述步骤S11循环进行，记录每次拼接的重叠率λ和拼接误差δ；

若重叠率λ和拼接误差δ趋于稳定，并且拼接误差δ满足要求则说明存在回环，随即中断执行步骤S11并将回环信息发送给回环优化算法用于执行优化。

5.根据权利要求4所述的一种手持式三维扫描系统的实时回环检测方法，其特征在于：所述步骤S1～所述步骤S12随扫描的进行循环执行。

6.根据权利要求1所述的一种手持式三维扫描系统的实时回环检测方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：

若所述旋转量r大于旋转阈值r_min或t大于平移阈值t_min，则将该帧点云作为关键帧点云存入关键帧数据库D；D中的关键帧按加入时间从1开始排序。