技术摘要：
本发明提供了一种手持式三维扫描系统的实时回环检测方法，首先为关键帧数据添加时序标签，再通过高斯卷积方法进行融合，最后结合多边形求交的原理，实现在更大场景范围内进行实时回环检测，并且与词袋模型方法联合使用，大大提高了回环检测的灵敏度。
背景技术：
采用结构光进行三维扫描时，通常数据拼接过程是依靠点云拼接算法逐帧进行 的，当拼接误差小于一定误差时，视为拼接成功。随着扫描的进行，每一帧的拼接误差不断 累积和传递，并且与扫描帧数正相关，如果不消除这些误差，将对整个扫描的结果产生严重 影响，比如扫描模型出现扭曲，断裂，进而导致扫描数据无法满足使用需求。目前消除误差 比较有效的办法是判断相机是否回到了以前经过的位置，即回环检测。如果发现相机运动 回到了以前经过的某个位置，则说明相机运动出现闭环，将闭环信息用于闭环优化算法，通 过回环优化算法的优化就可以让扫描结果更加准确。 词袋模型方法是目前一种比较有效的回环检测方法，但使用该算法进行回环检测 时，受限于扫描窗口的尺寸(词袋模型算法需要对每一帧数据进行特征检测，特征点的数量 取决于单帧数据量，而单帧数据量是由扫描窗口尺寸决定的)，所以只能在小范围内进行回 环检测(实质是单帧数据间相似度的快速判断)，不能在更大的场景范围内进行回环检测， 因此使用该算法进行回环检测时往往不够灵敏，尤其是扫描窗口尺寸远小于被扫描物体尺 寸时。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种手持式三维扫描系统的 实时回环检测方法，实现在更大场景范围内进行实时回环检测，大大提高了回环检测的灵 敏度。 为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案： 一种手持式三维扫描系统的实时回环检测方法，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dmin时，开始进行回环检测； S4、对距当前关键帧为dmin的点云P'，通过高斯卷积方法进行融合：取半径为1的权 4 CN 111553975 A 说　明　书 2/4 页 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  Bounding  Box)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dmin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。 进一步，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dmin/3帧，通过Super4PCS(Super  4-points  Congruent  Sets)算法进行粗匹配，匹配结束后计算点云重叠率λ。 进一步，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xmin,ymin,xmax,ymax，提取UV坐标 处于此范围的点云再次进行ICP(Iterative  Closest  Point)拼接。 进一步，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。 进一步，所述步骤S1～所述步骤S12随扫描的进行循环执行。 进一步，步骤S2进一步包括： 若所述旋转量r大于旋转阈值rmin或t大于平移阈值tmin，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。 本发明的有益效果为：通过为单帧数据添加时序标签，结合多边形求交的原理，实 现在更大场景范围内进行实时回环检测，并且与词袋模型方法联合使用，大大提高了回环 检测的灵敏度。 附图说明 图1为一种手持式三维扫描系统的实时回环检测方法的原理示意图； 5 CN 111553975 A 说　明　书 3/4 页 图2为实施例一的示意图之一； 图3为实施例一的示意图之二。