基于重復(fù)模式分析的三維建筑物重建.pdf

1、三維建筑物重建是一個在商業(yè)界和學(xué)術(shù)界都很有吸引力的課題。這也就不難解釋為什么在過去很長的一段時間里，這一研究領(lǐng)域持續(xù)受到關(guān)注。在這個研究領(lǐng)域中涌現(xiàn)出了大量的成果，但是依然有很多有難度、有實用價值的問題尚未解決。對這些問題的研究，不僅促進了重建技術(shù)的發(fā)展，也為其他領(lǐng)域的研究提供了方法。
　　與此同時，很多工業(yè)和商業(yè)應(yīng)用也受益于這一領(lǐng)域的發(fā)展。在娛樂工業(yè)領(lǐng)域，電影和游戲的故事主線往往需要在城市中發(fā)生。為了重現(xiàn)逼真的城市場景，至少城市場

2、景中的一部分建筑物模型需要通過重建獲得。而在電子地圖領(lǐng)域，手機、汽車和筆記本電腦上使用的電子地圖像是谷歌地球和百度地圖，都需要二維或三維的建筑物模型。
　　在這篇論文中，我們提出了一個嶄新的三維建筑物重建方法。這一方法可以從一張圖像中重建包含多個立面的三維建筑物模型。這一方法基于一個廣泛存在的現(xiàn)實情況:大多數(shù)的建筑物，特別是都市建筑物在水平方向上存在大量的重復(fù)結(jié)構(gòu)。這些重復(fù)結(jié)構(gòu)可以是很小的物體諸如窗戶、陽臺，也可以是復(fù)雜的結(jié)構(gòu)比如

3、突出的墻體，重復(fù)出現(xiàn)的花紋等等。一組有同樣形狀和紋理的重復(fù)結(jié)構(gòu)服從一種重復(fù)模式。一個重復(fù)模式中的每個結(jié)構(gòu)在現(xiàn)實世界中的原像有相同的形狀和大小，而將它們投影到圖像中時，由于透視以及和鏡頭位置關(guān)系的不同，它們在圖像的投影中具有不同的形狀大小。本文檢測出建筑物上的一類矩形重復(fù)結(jié)構(gòu)，每一個重復(fù)結(jié)構(gòu)在現(xiàn)實世界中都是一個矩形平面。通過分析這些平面和其在圖像中投影的關(guān)系，我們計算出了每一個平面的位置和朝向，從而更進一步重建了整個建筑物模型。
　

4、　為了檢測上述的重復(fù)模式，本文提出了一個新的框架方法。首先，我們給出了一個自動方法來獲取圖像中的消失點，這些消失點可以被分為垂直消失點和水平消失點。通過分析這些消失點，我們可以獲得基本的透視信息并且對圖像進行校正。之后，我們將圖像分割成為若干垂直的切片，每個切片對應(yīng)了建筑物在現(xiàn)實中的一個矩形區(qū)域。然后，我們計算各切片之間的相似程度，將相似的切片歸為一組。同時，我們將不同組的切片按照鄰接關(guān)系進行合并。這一合并增大了每個切片，并得到了新的組

5、。相似程度的計算是基于互信息進行的，不僅衡量了切片間在色彩上的相似程度，更考慮了切片在形狀上的近似。我們把合并得到的每一組視作一個重復(fù)模式，組中包含的所有切片都是相似的。對上述重復(fù)模式中的每一個切片，我們微調(diào)它們的大小以使得整個重復(fù)模式的相似度最高。最后我們給出了一個衡量最優(yōu)重復(fù)模式的公式，以挑選出一個最好的重復(fù)模式進行三維重建。
　　本文的主要創(chuàng)新點在于提出了從單幅圖像重建含有多個立面的三維建筑物模型的算法。以往的基于圖像的重建