基于倾斜影像的城市建筑物规则化重建

摘要

城市建筑的高精度三维重建是摄影测量、计算机视觉、计算机图形学等领域的重点研究问题。在针对城市建筑物三维重建方面，倾斜摄影在获取地表信息的过程中，以多个角度进行拍摄，在采集城市建筑物项部信息的同时，也获取了建筑物立面信息，基于倾斜影像的城市场景三维重建受到了广泛关注。然而，基于倾斜影像进行城市建筑三维重建时也存在着一些问题:①由于遮蔽及倾角问题，部分建筑立面信息采集不足;②相机内外方位元素解算存在误差，影像密集匹配点云噪声较多;最终导致重建出的三维模型规则性不够、部分区域变形严重。研究中同时注意到倾斜摄影中不存在大范围（整个建筑立面）的信息缺失问题，考虑到可利用建筑物自身的规则结构属性（重复、对称）对立面重建进行信息补全及规则化约束，本文以倾斜影像作为单一来源数据，首先对城市场景进行基于倾斜影像的显式曲面重建，再对建筑模型截面特征进行规则拟合，并利用建筑自身的规则性（重复、对称）对拟合结构进行优化，最终利用建筑物的截面拟合结构对其立面进行规则化处理，完成对建筑物完整规则化重建的方法、流程研究。主要内容可以分为以下几个方面: (1)三维重建最大程度保留影像原始密集匹配点云几何信息是建筑规则化重建的基础，本文基于倾斜影像匹配点云构造Delaunay四面体，并对四面体进行基于光线约束的图割，最终得到城市场景的曲面重建结果。 (2)本文提出了一种建筑截面规则结构拟合的方法。本文基于截面规则结构对建筑物立面进行规则化处理，完整高精度的恢复建筑截面的规则结构是最终规则化重建的关键步骤。该方法首先对建筑模型进行定向，并检测提取建筑截面点云的主轮廓结构，对截面点云进行分割，最终基于分割点云进行规则结构拟合。 (3)本文提出了一种建筑截面结构优化的方法。截面规则结构拟合不可避免的会受到噪声的干扰，本文提出一种对拟合结构进行优化的方法:建筑物自身结构存在一定的规则性（对称、重复），本文利用建筑物自身的规则性对截面结构拟合结果进行重复检测与优化、对称检测与优化，最终增加了拟合结构的规则性、消除了错误拟合、补全了拟合结果中缺失的特征结构。 (4)本文提出基于建筑截面规则结构对建筑立面进行规则优化方法。基于截面的规则结构拟合结果，对建筑模型立面上顶点坐标进行调整，最终实现建筑立面的规则化重建。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景与意义

1．2国内外研究现状与分析

1．3主要研究内容

1．4论文的组织结构

2基于倾斜影像的城市场景显式曲面重建

2．1引言

2．2 SFM

2．2．1基本原理

2．2．2增量SFM主要步骤

2．3影像密集匹配生成点云

2．4三维重建

2．4．1显式曲面重建

2．4．2曲面影像一致性

2．4．3曲面平滑度

3倾斜摄影城市建筑物三维模型规则化

3．1引言

3．2建筑模型单体化与主方向提取

3．3建筑物截面规则化结构拟合

3．3．1截面主轮廓结构提取

3．3．2截面点云自动分割

3．3．3截面规则结构拟合

3．4建筑物截面拟合结构优化

3．4．1重复性检测与优化

3．4．2对称检测与优化

3．5城市建筑模型规则化

4实验及结果

4．1基于倾斜影像的城市场景显式重建

4．2三维建筑模型单体化与主方向提取

4．3建筑模型截面点云的主轮廓提取

4．4截面点云分割与规则结构拟合

4．5截面点云规则结构优化

4．6基于规则截面特征结构的建筑模型规则化处理

5总结与展望

5．1全文总结

5．2研究展望

参考文献

致谢