基于圖像的城市建筑物三維自動(dòng)重建參數(shù)化建模方法研究.pdf

1、計(jì)算機(jī)視覺(jué)既是工程領(lǐng)域，也是科學(xué)領(lǐng)域中的一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的重要研究課題?；谟?jì)算機(jī)視覺(jué)的三維信息獲取技術(shù)已成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。 本論文主要研究基于圖像的三維自動(dòng)重建的參數(shù)化建模方法，試圖從數(shù)碼相機(jī)拍攝的建筑物圖像中以參數(shù)化建模的方法恢復(fù)建筑物的三維幾何結(jié)構(gòu)，從而為各種應(yīng)用環(huán)境提供有效的建模方法和三維模型，便于瀏覽，可移植性強(qiáng)。在分析了目前國(guó)內(nèi)外已有的研究成果基礎(chǔ)上，進(jìn)行了多方面的深入研究和實(shí)驗(yàn)，取得了一些有意義的成果。 圖

2、像分割是計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用中非常重要的預(yù)處理步驟。本文在總結(jié)彩色圖像分割算法的基礎(chǔ)上，根據(jù)建筑物彩色圖像分割的要求和特點(diǎn)，針對(duì)分水嶺變換存在的過(guò)分割問(wèn)題，提出了基于分水嶺變換和區(qū)域融合的彩色建筑物圖像分割算法，該方法結(jié)合區(qū)域面積控制預(yù)處理，利用建筑物的軸對(duì)稱特點(diǎn)設(shè)計(jì)融合代價(jià)函數(shù)，并設(shè)計(jì)了根掘代價(jià)函數(shù)值的直方圖分布，自動(dòng)確定區(qū)域合并停止閾值的方法。另外，還提出了一種基于尺度空間圖像分析的彩色圖像分割算法，該算法采用形態(tài)學(xué)分層圖像分析的方法，由

3、體積滅值構(gòu)建圖像尺度空間的樹(shù)狀表達(dá)。通過(guò)對(duì)尺度空間的生存時(shí)間屬性和其它特征的分析，實(shí)現(xiàn)建筑物圖像分割。 形態(tài)學(xué)尺度空間(形態(tài)篩)是一種近年來(lái)廣泛應(yīng)用于圖像處理、分析中的動(dòng)態(tài)分析框架，可以更容易獲得圖像的本質(zhì)特征。在圖像分割預(yù)處理之后，本文著重討論了形態(tài)篩在彩色圖像中的擴(kuò)展應(yīng)用，在對(duì)比分析兩種現(xiàn)有彩色形態(tài)篩的基礎(chǔ)上，提出了一種新的基于模糊模型的彩色形態(tài)篩，并驗(yàn)證了模糊彩色形態(tài)篩各方面的性能。另外，本文將灰度形態(tài)篩引入到基于圖像的建

4、筑物參數(shù)化建模的各個(gè)過(guò)程中，發(fā)揮不同尺度形態(tài)篩的作用，取得了較好的效果。 本文為城市建筑物建立了面向?qū)ο髤?shù)化數(shù)據(jù)模型，提出了面向?qū)ο蟮腃SG點(diǎn)、面、體分層建筑物建模方法，并根據(jù)模型的特征研究了自動(dòng)實(shí)現(xiàn)建筑物類型判斷的算法，該方法首先應(yīng)用形態(tài)篩保留建筑物的主要輪廓區(qū)域，然后從圖像的點(diǎn)、線特征入手，利用Hough變換提取輪廓線，并提出了一種線段優(yōu)化算法，這種優(yōu)化算法可有效排除Hough變換和線段整合過(guò)程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤線段，并用于剔除

5、錯(cuò)誤的輪廓線交點(diǎn)和建立角點(diǎn)鄰接圖。最后，根據(jù)提取的各類角點(diǎn)的數(shù)目進(jìn)行建筑物類型的判斷。算法可自動(dòng)對(duì)單幅圖像中的規(guī)則建筑物進(jìn)行平頂或非平頂?shù)呐袛唷?城市建筑物的主體以平行六面體居多，而獲得建筑物的輪廓是實(shí)現(xiàn)單幅圖像重建的關(guān)鍵，本文設(shè)計(jì)了一種城市建筑物貝葉斯概率統(tǒng)計(jì)模型來(lái)模擬城市建筑物世界，在假設(shè)相機(jī)內(nèi)參已知的情況下，利用邊緣像素通過(guò)最大化后驗(yàn)概率(MAP)估計(jì)消隱點(diǎn)的投影，而后用大尺度形態(tài)篩結(jié)合估計(jì)到的消隱點(diǎn)對(duì)邊界像素進(jìn)行分類并自

6、動(dòng)提取建筑物主體輪廓。在全面而深入地研究平行六面體的幾何特征與相機(jī)參數(shù)之間的關(guān)系后，根據(jù)獲得的角點(diǎn)實(shí)現(xiàn)平頂建筑物的三維參數(shù)自動(dòng)提取。 現(xiàn)有的大部分單幅圖像的重建方法都不是根本的參數(shù)化建模，也沒(méi)有對(duì)建筑物類型判斷的過(guò)程。本文針對(duì)未知場(chǎng)景的情況，研究了僅由交互輸入的六個(gè)角點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)非平頂建筑物屋頂角點(diǎn)的自動(dòng)提取，進(jìn)行兩種常見(jiàn)非平頂建筑物模型的判斷，并實(shí)現(xiàn)三維參數(shù)化建模的方法，參數(shù)化重建省去了平面糾正的步驟，不必重建大量的點(diǎn)或直線，也不