多重影像匹配於房屋模型重建

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姓名

黃祐祥(Yu-Hsiang Huang) 查詢紙本館藏

畢業系所

土木工程學系

論文名稱

多重影像匹配於房屋模型重建
(Multiple images matching for 3D building modeling)

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摘要(中)

三維地理資訊系統為了描述現實世界，常使用物空間環境特徵。其構成元素包含房屋、道路、植被等，其中房屋為最顯著者。重建三維房屋模型，最常見的資料來源之一為航照影像。使用航照影像重建三維房屋模型，處理過程分為三大部分：房屋偵測、影像匹配及模型重建。
本研究結合多航帶高重疊數位航照影像，進行房屋模型重建，處理重點為多重影像匹配及模型重建。處理屋頂形狀包含山型屋、女兒牆房屋及具有屋頂副結構之平頂屋。研究中在主影像中概略圈選房屋工作區，利用輪廓特徵偵測房屋資訊，以便後續影像匹配。利用多重影像匹配技術來搜尋共軛特徵，經由二維特徵的線追蹤並加入三維資訊進行判斷，得到三維房屋邊緣線段，配合著利用房屋特徵點所偵測出屋頂內部資訊進行房屋模型重建。
實驗成果顯示，多重影像匹配有效提升匹配精度，利用屋頂面資訊也可改善模型高程精度，房屋模型與參考資料相比，三軸方向之均方根誤差(RMSE)可達40公分內。

摘要(英)

Three dimensional geographic information systems describe the reality with environmental elements such as buildings, roads, vegetation etc. Among those elements, building is the most prominent. Aerial images are commonly used in building reconstruction. In building reconstruction with aerial images, building detection, image matching, and building modeling are the three major works.
This study uses multiple strips acquired from highly overlapped aerial images to perform 3D building modeling. Multiple image matching and building modeling are the major works in this study. Test cases include different types of building roofs. We first select the working area in the master image to extract building features. Then, the detection of building information with line features can aid the image matching. Multiple image matching employs multi-windows with multi-epipolar constraint to find conjugate positions in the same procedure. In the generation of line segments, line tracing is performed in the image space with 3D information. Building modeling is made by the integration building boundaries and roof surface information.
The results show that multiple images matching can improve the matching accuracy. Model refinement with 3D roof point clouds can work well. Compared with reference data, the RMSE of building model in most of case can be smaller than 0.4m.

關鍵字(中)

★ 房屋重建
★ 多視窗匹配
★ 整合式匹配
★ 多重影像匹配

關鍵字(英)

★ Multi-windows matching
★ Multi-eipolar matching
★ Building reconstruction
★ Multiple images matching

論文目次

摘要I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VIII
表目錄 XII
第一章前言 1
1.1. 研究動機與目的 1
1.2. 文獻回顧 3
1.3. 研究流程 6
1.3.1.資料前處理 7
1.3.2.房屋輪廓分析 8
1.3.3.房屋屋頂分析 9
1.3.4.三維房屋重建 10
1.3.5.成果分析及證驗 10
第二章研究方法 11
2.1. 資料前處理 12
2.2. 線型結構萃取 12
2.3. 匹配幾何預估 13
2.3.1.房屋主軸分析 13
2.3.2.屋角區偵測 14
2.3.3.房屋高程範圍估計 14
2.3.4.匹配工作區預估 15
2.4. 多重影像匹配 16
2.4.1.整合式匹配 17
2.4.2.匹配視窗 21
2.4.3.匹配指標 23
2.4.4.視窗旋轉 24
2.4.5.權之給定 25
2.4.6.局部微調 26
2.5. 特徵分佈補強 27
2.6. 屋頂資訊偵測 29
2.7. 房屋線段產生 30
2.7.1.空間前方交會 31
2.7.2.三維線段產生 32
2.8. 模型重建 34
第三章研究成果與分析 36
3.1. 實驗資料 36
3.2. 參考資料 41
3.3. 測試例資料 41
3.4. 實驗成果 47
3.4.1.實驗使用參數 47
3.4.2.三維線段 48
3.4.3.房屋模型 58
3.5. 成果分析 70
3.5.1.航照影像幾何分析 70
3.5.2.視窗大小對定位之影響分析 71
3.5.3.多視窗貢獻及視窗旋轉貢獻 73
3.5.4.匹配成功率及可靠度分析 76
3.5.5.匹配局部微調成效 81
3.5.6.參考資料精度分析 83
3.5.7.模型精度及完整度分析 85
3.5.8.不規則三角網分佈及屋頂高程面求取 89
3.6. 實驗總結 94
第四章結論與建議 95
參考文獻 98

參考文獻

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指導教授

陳良健(Liang-Chien Chen)

審核日期

2010-7-18

推文