[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于水平集的LOD2建筑物模型構(gòu)建方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210090628.6
• 申請(qǐng)日: 2012-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102663815A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈冰;陳雨時(shí);張曄;王春媛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06T17/00
• 分類(lèi)號(hào): G06T17/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 張果瑞

1.一種基于水平集的LOD2建筑物模型構(gòu)建方法，其特征在于：該方法的具體過(guò)程為：

步驟1、提取待構(gòu)建模型的建筑物輪廓作為該建筑物輪廓掩膜Ω_m，同時(shí)根據(jù)相對(duì)應(yīng)的建筑物區(qū)域的地理坐標(biāo)選取DSM數(shù)據(jù)，通過(guò)自動(dòng)配準(zhǔn)或人工配準(zhǔn)的方式，將建筑物輪廓掩膜Ω_m和DSM數(shù)據(jù)配入到統(tǒng)一的坐標(biāo)系下；

步驟2、根據(jù)步驟1選取的建筑物輪廓掩膜Ω_m和DSM數(shù)據(jù)獲取建筑物頂面數(shù)據(jù)T；

步驟3、根據(jù)步驟2獲得的建筑物頂面數(shù)據(jù)T獲取建筑物頂面數(shù)據(jù)T的特征空間；步驟4、根據(jù)步驟3獲取的特征空間將建筑物區(qū)域進(jìn)行多相水平集分割，獲取子區(qū)域；

步驟5、根據(jù)多相水平集的定義分別提取步驟4獲得的每個(gè)子區(qū)域的點(diǎn)集，然后檢測(cè)建筑物每個(gè)片元的邊界點(diǎn)，獲取建筑物每個(gè)基元的角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)；

步驟6、根據(jù)步驟5獲得的建筑物角點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，與步驟1中選取的DSM數(shù)據(jù)中的地理坐標(biāo)相對(duì)應(yīng)，建立建筑物頂面數(shù)據(jù)T的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

步驟7、根據(jù)步驟6獲取的建筑物頂面數(shù)據(jù)T的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)根據(jù)相應(yīng)的建筑物區(qū)域的航拍可見(jiàn)光圖像提取建筑物表面的紋理數(shù)據(jù)，與建筑物的不同基元相對(duì)應(yīng)，完成LOD2建筑物模型的構(gòu)建。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水平集的LOD2建筑物模型構(gòu)建方法，其特征在于：所述步驟2中獲取建筑物頂面數(shù)據(jù)T的方法為：用建筑物輪廓掩膜Ω_m與配準(zhǔn)后的DSM數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)點(diǎn)相乘，然后用獲得的結(jié)果去除建筑物輪廓外點(diǎn)集，獲得建筑物的頂面數(shù)據(jù)T。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水平集的LOD2建筑物模型構(gòu)建方法，其特征在于：所述步驟3中獲取建筑物頂面數(shù)據(jù)T的特征空間的具體過(guò)程為：對(duì)建筑物頂面數(shù)據(jù)T應(yīng)用Delaunay三角形剖分算法計(jì)算每一個(gè)三角形的法向量，然后對(duì)所有法向量進(jìn)行歸一化處理，將建筑物頂面數(shù)據(jù)T中的每一個(gè)點(diǎn)p_i的法向量N_i用共用點(diǎn)p_i的相鄰三角形的法向量的平均值來(lái)表示，結(jié)果作為建筑物頂面數(shù)據(jù)T的特征空間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于水平集的LOD2建筑物模型構(gòu)建方法，其特征在于：所述步驟4中將建筑物區(qū)域進(jìn)行多相水平集分割的具體過(guò)程為：

步驟4-1、在待分割數(shù)據(jù)I的定義域Ω內(nèi)，以?xún)蓷l等間距、等半徑的圓圈為初始曲線C₁和C₂，把定義域Ω劃分為四個(gè)區(qū)域，分別將曲線C₁和C₂轉(zhuǎn)化成水平集方程φ₁和φ₂的形式，令X表示任意點(diǎn)(x，y)，用符號(hào)距離函數(shù)表示一個(gè)點(diǎn)X的水平集方程φ₁(X)和φ₂(X)為：

其中，D(X，C₁)表示點(diǎn)X與曲線C₁之間的Euclidean距離，

其中，D(X，C₂)表示點(diǎn)X與曲線C₂之間的Euclidean距離；

步驟4-2、分別計(jì)算兩個(gè)水平集方程φ₁(X)和φ₂(X)曲線的長(zhǎng)度分量和面積分量，長(zhǎng)度分量分別為：

length(C₁)＝∫_Ω|▽H(φ₁(X))|dX＝∫_Ωδ(φ₁(X))|▽?duì)?sub>1(X)|dX

length(C₂)＝∫_Ω|▽H(φ₂(X))|dX＝∫_Ωδ(φ₂(X))|▽?duì)?sub>2(X)|dX

面積分量分別為：

area(inside(C₁))＝∫_ΩH(φ₁(X))dX

area(inside(C₂))＝∫_ΩH(φ₂(X))dX

其中，δ(φ)=0,|φ|>ϵ12ϵ(1+cos(πφϵ)),|φ|<ϵ,]]>H(φ)=1,φ>ϵ0,φ<-ϵ12(1+φϵ+1πsin(πφϵ)),|φ|<ϵ,]]>

φ為φ₁或φ₂；

步驟4-3、在多相水平集框架中引入局部化區(qū)域函數(shù)B(X，Y)，設(shè)置局部化區(qū)域函數(shù)B(X，Y)的半徑參數(shù)r，以局部化區(qū)域參數(shù)B(X，Y)為局部區(qū)域掩膜，計(jì)算以X為中心、r為半徑的圓圈內(nèi)的特征空間的平均值：

c++=∫ΩYB(X,Y)·H(φ1)·H(φ2)·I(Y)dY∫ΩYB(X,Y)·H(φ1)·H(φ2)dY]]>

c+-=∫ΩYB(X,Y)·H(φ1)·(1-H(φ2))·I(Y)dY∫ΩYB(X,Y)·H(φ1)·(1-H(φ2))dY]]>

c-+=∫ΩYB(X,Y)·(1-H(φ1))·H(φ2)·I(Y)dY∫ΩYB(X,Y)·(1-H(φ1))·H(φ2)dY]]>

c--=∫ΩYB(X,Y)·(1-H(φ1))·(1-H(φ2))·I(Y)dY∫ΩYB(X,Y)·(1-H(φ1))·(1-H(φ2))dY]]>

I(Y)表示待分割數(shù)據(jù)；

步驟4-4、設(shè)置權(quán)重因子μ₁，μ₂，ν₁，ν₂，λ₁，λ₂，λ₃，λ₄，定義多相水平集能量泛函：

E_total＝μ₁·E₁+μ₂·E₂+ν₁·E₃+ν₂·E₄+λ₁·E₅+λ₂·E₆+λ₃·E₇+λ₄·E₈；

步驟4-5、以局部化區(qū)域函數(shù)B(X，Y)為局部區(qū)域掩膜，計(jì)算以X為中心、r為半徑的圓圈內(nèi)的能量分量，

水平集方程φ₁的能量泛函表示為：

Etotal(φ1)=∫ΩXδ(φ1)∫ΩYB(X,Y)[λ1||u-c++||2H(φ1)H(φ2)+λ2||u-c+-||2H(φ1)(1-H(φ2))]]>

+λ3||u-c-+||2(1-H(φ1))H(φ2)+λ4||u-c--||2(1-H(φ1))(1-H(φ2))]dYdX]]>

+μ1·length(C1)+μ2·length(C2)+ν1·area(inside(C1))+ν2·area(inside(C2))]]>

水平集方程φ₂的能量泛函表示為：

Etotal(φ2)=∫ΩXδ(φ2)∫ΩYB(X,Y)[λ1||u-c++||2H(φ1)H(φ2)+λ2||u-c+-||2H(φ1)(1-H(φ2))]]>

+λ3||u-c-+||2(1-H(φ1))H(φ2)+λ4||u-c--||2(1-H(φ1))(1-H(φ2))]dYdX]]>

+μ1·length(C1)+μ2·length(C2)+ν1·area(inside(C1))+ν2·area(inside(C2));]]>

步驟4-6、根據(jù)梯度下降法，分別計(jì)算步驟4-5獲得的能量泛函E_total(φ₁)和E_total(φ₂)的演化方程：

∂φ1∂t=δ(φ1){μ1·div(▿φ1|▿φ|)-ν1+∫ΩYB(X,Y)δ(φ1)[(λ3||u-c-+||2-λ1||u-c++||2)H(φ2)]]>

-(λ2||u-c+-||2-λ4||u-c--||2)(1-H(φ2))]dY}]]>

∂φ2∂t=δ(φ2){μ2·div(▿φ2|▿φ2|)-ν2+∫ΩYB(X,Y)δ(φ2)[(λ2||u-c+-||2-λ1||u-c++||2)H(φ1)]]>

-(λ3||u-c-+||2-λ4||u-c--||2)(1-H(φ1))]dY}]]>

步驟4-7、判斷能量泛函是否達(dá)到了最小值，如果是則完成將待分割區(qū)域進(jìn)行多相水平集分割的過(guò)程，將待分割區(qū)域分割成四個(gè)子區(qū)域，如果否，則返回步驟4-2，迭代更新水平集方程φ₁和φ₂。