[发明专利]静态三维地图建筑物轮廓线的自动提取方法及系统

摘要

本发明公开了一种静态三维地图建筑物轮廓线的自动提取方法及系统，涉及地理信息技术领域。本发明根据帧缓存大小、地图分辨率分块加载三维模型，采用深度缓冲区分割算法，获取单个建筑物对象的颜色缓冲区，利用Canny算子对其进行边缘检测，然后进行边缘处理和直线段之间的连接，再基于图论以线段作为顶点，线段的连接概率作为弧的权值，通过知觉组织方法对线段进行编组，提取建筑物模型的轮廓。本发明能从任意视角可靠、迅速地自动提取静态三维地图中建筑物轮廓线。

主权项

1.一种静态三维地图建筑物轮廓线的自动提取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、依据侧视地图的空间分辨率 、帧缓冲区大小，确定城市三维模型分块的大小，对城市三维模型进行分块，并创建数据库，用来存放显示不完整的模型信息，模型ID作为模型的唯一标识；S2、加载当前分块范围内的城市三维模型至内存，判断每个建筑物三维模型的顶点是否在投影空间内，若有顶点不在投影空间，判定该模型为不完整显示，根据模型ID判断数据库中是否存在该模型，若不存在，则将模型ID、最小包围盒的平面坐标范围(xmin,ymin,xmax,ymax)写入数据库中；若存在，转到步骤S3；S3、对于投影空间中显示完整的城市三维模型，利用深度缓冲区分割算法，对当前模型进行分割；再通过两次渲染，来分离当前模型与周围环境，获取当前模型的颜色缓冲区，并设置背景值为黑色，转到步骤S4；S4、将当前模型的颜色缓冲区转化为8位单通道灰度图，采用canny算子对当前模型的8位单通道灰度图进行边缘检测，得到边缘二值图，转到步骤S5；S5、采用边缘法则对边缘二值图进行处理：对T连接处进行拆分，当一条边缘与另一条边缘接近时，将其中一条边缘拆分为两条，避免发生错误连接；设置最短线段阈值S，去除长度小于S的超短线段，转到步骤S6；S6、采用假设验证方法，对边缘二值图中的线段进行连接预处理，获取边缘二值图中的线段L的数量为D，转到步骤S7；S7、根据线段几何特征和灰度特征，计算线段之间的连接概率，设置线段间的连接概率阈值N，转到步骤S8；S8、将边缘二值图中的线段看作一个整体，视为顶点，将顶点之间的连接概率作为弧的权值，构建有向图结构，有向图中的顶点V的数量为2D，设定任意线段Li的两个端点分别为pi1、pi2，1≤i≤D，i为整数，以顶点Vi和Vi+D表示线段Li，Vi中线段方向为：pi1指向pi2，即Vi的初始端点为pi1，终止端点为pi2；顶点Vi+D中线段方向为：pi2指向pi1，即Vi+D的初始端点为pi2，终止端点为pi1；线段之间的连接通过一条线段的终止端点连接到另一条线段的初始端点来实现；设定邻接矩阵Mat[2D][2D]存储连接概率，初始化为0，Mat[e][g]表示Ve的终止端点到Vg的初始端点的连接概率值，1≤e、g≤2D，e、g为整数，通过判断任意两条线段的各端点之间的连接概率，获取所有顶点之间的连接概率，分为以下四种情况：若顶点Vj的初始端点pj1到Vk的初始端点pk1之间的连接概率大于N，则Vj+D到Vk之间、Vk+D到Vj之间均存在弧，设定Mat[j+D][k]的值为Vj+D到Vk的连接概率、Mat[k+D][j]的值为Vk+D到Vj的连接概率；若顶点Vj的初始端点pj1到Vk的终止端点pk2之间的连接概率大于N，则Vk到Vj、Vj+D到Vk+D之间存在弧，设定Mat[k][j]为Vk到Vj的连接概率、Mat[j+D][k+D]的值为Vj+D到Vk+D的连接概率；若顶点Vj的终止端点pj2到Vk的终止端点pk2之间的连接概率大于N，则Vj到Vk+D、Vk到Vj+D之间存在弧，设定Mat[j][k+D]为Vj到Vk+D的连接概率、Mat[k][j+D]的值为Vk到Vj+D的连接概率；若顶点Vj的终止端点pj2到Vk的初始端点pk1之间的连接概率大于N，则Vj到Vk、Vk+D到Vj+D之间存在弧，设定Mat[j][k]为Vj到Vk的连接概率、Mat[k+D][j+D]的值为Vk+D到Vj+D的连接概率；以此类推，直到处理完所有的线段；为避免一个端点与另外一条线段的两个端点都存在连接，若存在Mat[u][i]、Mat[u][i+D]都不为0的情况，1≤u≤2D，则将两者中较小的值设为0；同理，若存在Mat[i][t]、Mat[i+D][t]都不为0的情况，1≤t≤2D，则将两者中较小的值设为0，转到步骤S9；S9、根据邻接矩阵寻找有向图中所有的环，环的个数为O，转到步骤S10；S10、计算每个环中的权值之和Sumr，与每个环的线段组成的轮廓线的面积Arear，1≤r≤O，r为整数，作为显著性计算的影响因素，获取最显著轮廓，转到步骤S11；S11、对当前分块范围内的下一个建筑物三维模型执行步骤S3～S10，直到提取完投影空间中所有完整建筑物三维模型的轮廓线，转到步骤S12；S12、执行其他分块中建筑物三维模型轮廓线的提取，每个分块重复步骤S2～S11，直到处理完所有的分块，转到步骤S13；S13、选择投影空间中显示不完整的建筑物三维模型，获取该模型的最小包围盒(xmin,xmax,ymin,ymax)，xmax、xmin为x坐标轴的最大、最小值，ymax、ymin为y轴方向的最大、最小值，以坐标((xmin+xmax)/2，(ymin+ymax)/2)为投影空间平面中心，加载投影空间对应的地理范围内的城市三维模型，执行步骤S3～S10，直到处理完所有显示不完整的建筑物，实现从任意视角自动提取静态三维地图中建筑物的轮廓线。