[发明专利]一种基于点云语义图描述符和位置信息的回环检测方法

权利要求书

1.一种基于点云语义图描述符和位置信息的回环检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取当前帧的激光点云数据和卫星定位数据，针对所述激光点云数据进行语义分割处理，并转化为预设的点云语义图描述符形式，通过距离匹配和节点匹配，从历史帧数据中筛选得到回环候选帧；

将所述当前帧和所述回环候选帧转换为圆环图形式，通过相似度验证和几何一致性验证获取目标回环帧。

2.根据权利要求1所述的一种基于点云语义图描述符和位置信息的回环检测方法，其特征在于，针对所述激光点云数据进行语义分割处理的过程包括如下步骤：

针对预处理后的激光点云数据进行语义分割，提取环境中的物体，使用无向图构建点云语义描述信息，在所述无向图中，使用节点表示物体的位置，使用边表示物体间的距离。

3.根据权利要求2所述的一种基于点云语义图描述符和位置信息的回环检测方法，其特征在于，所述的环境中的物体包括车辆、树干和杆。

4.根据权利要求1所述的一种基于点云语义图描述符和位置信息的回环检测方法，其特征在于，所述的距离匹配具体包括如下步骤：

基于当前帧的卫星定位数据，筛选出历史帧中定位位置与当前帧的定位位置间距大于/小于预设阈值的历史帧。

5.根据权利要求1所述的一种基于点云语义图描述符和位置信息的回环检测方法，其特征在于，所述的节点匹配具体包括如下步骤：

针对经过距离匹配筛选得到的历史帧，基于当前帧点云语义图描述符形式的激光点云数据，筛选出历史帧中环境物体数量与当前帧中环境物体数量接近的历史帧，作为所述回环候选帧。

6.根据权利要求1所述的一种基于点云语义图描述符和位置信息的回环检测方法，其特征在于，针对所述当前帧和所述回环候选帧中的任一帧，圆环图的生成过程包括如下步骤：

构建多个同心圆环，所述同心圆环的数量与语义分割得到的无向图中边的种类数量相同；

以同一条直线作为起点，针对各个同心圆环，分割为多个均匀扇形，计算环境中同种边的欧氏距离并排序，根据欧氏距离的大小分配对应的扇形数量，实现圆环图的构建。

7.根据权利要求1所述的一种基于点云语义图描述符和位置信息的回环检测方法，其特征在于，所述的相似度验证的过程包括如下步骤：

基于圆环图形式的当前帧和回环候选帧，计算当前帧和各个回环候选帧间的圆环相似度，判断回环候选帧的圆环相似度是否大于/小于预设阈值，若是则保留，若否则丢弃。

8.根据权利要求1所述的一种基于点云语义图描述符和位置信息的回环检测方法，其特征在于，所述的几何一致性验证的过程包括如下步骤：

使用下式计算经相似度匹配筛选后的回环候选帧以及当前帧间的回环检测损失值，判断回环候选帧的回环检测损失值是否大于/小于预设阈值若是则作为所述目标回环帧，若否则丢弃，

其中，loss为所述回环检测损失值，p_l为当前帧点云集合，p_h为该回环候选帧点云集合，n表示当前数据帧点云中3D点的个数，T表示变换矩阵，p_il和p_ih分别表示当前帧和回环候选帧的第i个3D点。

9.根据权利要求8所述的一种基于点云语义图描述符和位置信息的回环检测方法，其特征在于，所述的回环检测方法还包括如下步骤：

判断是否成功匹配到目标回环帧，若是，则变换矩阵T即为SLAM系统中的六自由度初始位姿，若否，将当前帧的卫星定位数据和点云语义图描述符形式的激光点云数据储存到预设的点云语义图容器中。

10.根据权利要求1所述的一种基于点云语义图描述符和位置信息的回环检测方法，其特征在于，通过三维激光雷达获取所述的激光点云数据，通过GNSS天线和GNSS接收机获取所述的卫星定位数据。