基于城市航空立体像对的全自动三维建筑物建模

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1、基于城市航空立体像对的全自动三维建筑物建模Automated3DBuildingModelingBasedonUrbanAerialStereoAbstract:Urban3Dbuildingmodelingisoneofkeytechnologyofvirtualcity.Inthispaper,anapproachtotackletheproblemof3Dbuildingmodelingfromurbanhigh-resolutionaerialimageispresented.Automatic2Dbuildin

2、gdetectiontechniqueand3Dheightextractiontechniquehasbeenappliedtothetestimage(stereo)completely.Thencombinationbetweenthemiscarriedout,usingtheresultofpyramidalstereomatchingandthelinearelementsfrom2Ddetection,thematchinginformationfromthematchedpointisassignedto

3、thepointofthelinearelementwhichcorrespondstothematchedpoint,so3Dmodelingofbuildingisachieved.Inaddition,moreaccurate3DheightinformationisobtainedbyapplyingnewcontrolstrategiestopreventblunderpropagationinpyramidalmatchingwhichbasedonthemodifiedALSCalgorithm.Keywo

4、rds:VirtualCity,2DBuildingDetection,StereoMatching,AdaptiveLeastSquareCorrelation摘要：城市建筑物三维建模是虚拟城市建设的关键技术之一。本文基于大比例尺航空立体像对提出三维建筑物建模方法。首先对二维边缘检测Canny算子进行改进，以期从城市航空影像中检测出较为精确的二维建筑物轮廓线。然后把改进的ALSC算法运用到金字塔匹配算法中，由于金字塔匹配算法中最为关键的问题是误差传递的有效控制，而以往的研究中尽管采用了多种控制策略但效果不是很好，作者通

5、过提出两种新的误差传播控制策略得到了较高精度的匹配结果。利用匹配生成的高精度三维信息对检测到的二维建筑物轮廓线进行三维插值，获得建筑物的三维信息，由此实现了建筑物三维建模。关键词：虚拟城市，二维建筑物检测，立体像对匹配，自适应最小二乘相关（ALSC）中图分类号：P230引言信息科技的发展证明：从计算机科学领域如计算机视觉和计算机图形学到地球信息科学领域的摄影测量学科，一直到多学科领域交叉产生的WebGIS、数字城市和数字地球等，都对三维建筑物的建模与实现提出了迫切的需求。三维虚拟建筑物的实现将对上述领域的前景产生前所未有

6、的巨大影响，如三维虚拟城市、机器人智能导航、车辆辅助驾驶、建筑模拟展示、飞行模拟、交互式游戏、医疗模拟、虚拟购物、虚拟博物馆和虚拟艺术陈列馆等。此外，还可应用到计算机视觉领域视频图像的压缩、浏览和检索等以及数字摄影测量领域的三维测绘等。所有这些应用都将直接或间接地为数字地球建设提供解决现实世界三维数字化/虚拟化的有效途径。三维建筑物的国内外研究可从地球信息科学的摄影测量学科与计算机科学的计算机视觉和计算机图形学学科两个方面进行介绍。数字摄影测量学科中，主要研究基于地理空间矢量数据和城市大比例尺数字影像的三维城市建模与显示

7、。由于城市三维景物主要是人造建筑物，所以三维建筑物信息的获取与建模是城市三维建模的主要内容。目前这方面的典型研究主要有：①从城市影像中自动提取建筑物，典型研究如检测二维建筑物和DEM数据[1]、知觉组合[2]、线条分析[3]、使用阴影、透视几何等辅助信息[4]、直接对建筑物或表面进行建模[5]、基于知识的系统[6]以及通过影像测量并结合物体的几何知识构模出多面体对象模型的方法[7]等。②结合已有的二维地图矢量数据利用航空激光扫描[8][9]或激光高度计数据[10][11]。③利用三维深度传感器、多CCD相机和彩色高分辨率

8、数字相机获取的数据实现建筑物建模[12]。④利用虚拟现实（VR）技术实现三维GIS数据的可视化[13][14]。其它方法如人机交互下的半自动三维建筑物建模等[15][16]。在计算机视觉和计算机图形学中，主要研究既包括三维物体的建模和显示，即从外向内看的三维建模，又包括三维真实场景的建模和显示，即从内向外看的三维建模