基于格式塔理論的建筑物區(qū)域提取方法研究.pdf

1、建筑物區(qū)域提取與分類在數(shù)字化城市建設(shè)方面具有廣泛的應(yīng)用。一方面圖像中建筑物區(qū)域的提取有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)提取的街景進(jìn)行自動(dòng)分類,在構(gòu)建3D城市地圖時(shí)可以采集建筑物紋理進(jìn)行貼圖等;另一方面建筑物區(qū)域提取有助于建筑物目標(biāo)識(shí)別和三維重建,提高識(shí)別和三維重建的精度和效率,可以在軍事目標(biāo)識(shí)別、構(gòu)建3D城市等方面起到巨大的作用。
　　傳統(tǒng)的建筑物區(qū)域提取方法主要有模板匹配法與一致性分析的方法,第一種方法,建筑物目標(biāo)提取精度高,但需要先驗(yàn)知識(shí),步驟較為

2、復(fù)雜;第二種方法,步驟簡(jiǎn)單,但精度不夠。為了提高建筑物區(qū)域的提取精度,同時(shí)又能使提取建筑物區(qū)域步驟相對(duì)簡(jiǎn)單,本文以描述人類視覺(jué)感知的格式塔理論作為基礎(chǔ)理論,深入研究了利用格式塔完形規(guī)則提取圖像中建筑物區(qū)域的方法;主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　1、提出了一種基于直線特征集的建筑物區(qū)域提取算法。直線特征是人造物體的一個(gè)重要特征,建筑物屬于人造物體,含有大量的直線特征。該算法通過(guò)提取圖像中的直線段并對(duì)其進(jìn)行篩選與分類,得到屬于建筑物的直

3、線段集,從而提取出圖像中建筑物區(qū)域。算法首先采用相位編組提取直線段,并用格式塔完形規(guī)則對(duì)直線段進(jìn)行重新編組與連接;然后采用k-均值聚類對(duì)直線段集進(jìn)行分類,并通過(guò)主色調(diào)信息剔除不屬于建筑物的直線段,從而提取建筑物區(qū)域;最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。此算法克服了傳統(tǒng)匹配算法需要先驗(yàn)知識(shí)的限制,同時(shí)解決了傳統(tǒng)的一致性分析方法只能處理單一場(chǎng)景的缺陷。
　　2、提出了基于格式塔完形規(guī)則的建筑物區(qū)域提取算法。該算法通過(guò)人類感知規(guī)則及輪廓與區(qū)

4、域特征完成建筑物區(qū)域的提取,算法克服了現(xiàn)有的建筑物提取方法只能處理簡(jiǎn)單場(chǎng)景的問(wèn)題,提高了建筑物區(qū)域的提取精度。首先通過(guò)計(jì)算得到顯著性強(qiáng)的邊緣,并用迭代搜索法得到建筑物的底部邊界;其次通過(guò)分析目標(biāo)的完整性提出圖模型來(lái)提取閉合輪廓,并對(duì)格式塔完形規(guī)則進(jìn)行了數(shù)學(xué)上的量化計(jì)算,通過(guò)設(shè)計(jì)邊緣能量函數(shù)篩選得到最優(yōu)的閉合輪廓;最后結(jié)合建筑物區(qū)域紋理、灰度、位置特征得到精確的建筑物區(qū)域。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相對(duì)于現(xiàn)有的建筑物提取方法,本文算法提取的建筑物目標(biāo)