城市航空影像中建筑物信息的自动提取方法研究（可复制论文）.pdf

创新性声明
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成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不
包含其他人已经发表或撰写过的研究成果也不包含为获得西安电子科技大学或
其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做
的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。
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第一章绪论
第一章绪论
引言
在现代社会,城市的经济发展、自然资源配置、环境保护等问题越来越受到
关注,这使得对城市地理环境变化信息的需求急剧增加。另外,现代城市的快速
发展,也要求尽可能快地获取城市地理信息。对地观测技术可以快速、准确、大
量地提供城市空间基础信息,已经成为当今国内外城市地理信息获取的重要技术
手段。而其中的航空摄影测量技术以其成本低、机动灵活、获取的空间信息分辨
率高而备受关注。目前的航空摄影测量技术一般采用人工或半人工人机交互
的方式进行航空影像的后处理,如进行影像校正、获取高程数据、获取和标
记道路、建筑物等地理数据,这些工作需要大量的操作人员耗费大量的精力和时
间,而且效率很低。另外,从研究的观点来看,对建筑物的检测和描述为场景分
割、三维重建和形态描述等计算机视觉技术的研究提供了挑战性的测试环境。因
此,研究和解决航空影像中城市空间基础信息的自动提取技术具有重要的理论研
究价值和实际应用价值。
然而,在城市航空影像中,建筑物信息的获取要比道路、湖泊等其他信息的
获取难得多,主要体现在数据来源主要是二维的航空影像,缺少直接的三维
数据航空影像常常因为尺度、光谱范围、传感器的几何图像、图像质量、成
像条件等因素的不同而相差较大各种房屋所表现出来的外形和细节千变万化,
统一的房屋模型库难以建立,使得建筑物的提取变得更加困难山于场景的复
杂性,如较低的对比度以及房屋相互遮挡等因素的影响,自动地从背景中分割出
建筑物并进行信息的提取困难很大。
国内外研究现状
尽管建筑物的检测与描述的研究历史己经相当长,但是山于航空影像的复杂
性,至今仍没有一个完全实用的适合于各种影像的建筑物识别系统。特别是我国
在计算机技术和航空天摄影技术方面与发达国家相比还有很大的差距,目前
国内在高分辨航空影像中检测和重建人造口标主要是采用人工方法,计算机辅助
建筑物检测刁‘刚刚起步,这远远不能满足现代数字城市发展的需要。近年来,对
这一问题的研究受到了越来越多的关注,本沦文的课题来源就是国家自然基金项
目“数字城市三维影像图关键地物智能识别技术研究’,。国内外许多学者在这一领
域进行了较多的研究,并出了不少的成果。
从航空影像中提取建筑物的己有方法可以分为四种①利用单幅影像直接提
取建筑物,②利用多幅影像通过立体像对匹配提取建筑物,③结合多种数据提取
建筑物,如将影像与激光距离图像或数据结合。④利用直接分割方法提取屋
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城市航空影像中建筑物信息的自动提取方法研究
顶区域,再提取轮廓。
文献利用单幅影像直接提取建筑物,这类检测方法一般是先检测直线和角
点等低层特征,通过生成矩形轮廓来假设屋顶轮廓,用高度、阴影和墙来验证屋
顶轮廓,这些方法对扁平屋顶和人字形屋顶的建筑物提取具有一定的效果。但是
仅仅利用单幅影像要从二维图像推断出三维信息是很困难的,而且不能得到好的
鲁棒性。文献利用了多幅影像对直线以及角点等低层特征进行匹配,从而
使提取的结果更具鲁棒性,具体的提取策略与文献相似。文献利用多幅影像
进行立体像对匹配,得到数据,从而更好地分离建筑物。文献曰则结合灰度
图像和深度图像产生建筑物初始轮廓,再利用具有恰当的方位和尺度参数的矩形
模板来逼近轮廓,然后矩形模板进一步变形以合并更多的边缘,由此产生具有凹
凸形状的真正轮廓。文献首先对影像进行分割,然后利用模型求得目标
分割的轮廓描述。文献首先利用数据建立场景模型,然后利用不变几何距
得到建筑物屋顶轮廓。文献】对最近几年的研究成果作了评估,并提出了一些策
略上述所列举的方法大部分都是基于假设一检验或建立模型库,而且都是针对较
简单的建筑物,并假设建筑物屋顶具有几何规则性,阴影假设投影在平坦地面上。
如果建筑物屋顶不具有几