Automatic reconstruction of regular buildings using a shape‐based balloon snake model

Buildings are regarded as the most prominent man-made objects: hence, their automatic extraction from aerial and satellite images has attracted the interest of photogrammetric research communities. In this paper, a balloon snake, a well-known active contour model, was developed for the precise extraction of building boundaries. Traditional active contours are highly sensitive to image data and are problematic when building boundaries are weakened, usually due to occlusions. To improve the efficiency of the traditional balloon snake model, a shape-based balloon snake model was introduced where knowledge about the expected geometrical shape of buildings was modelled and applied to the traditional snake representation. Implementation of the proposed algorithm confirmed its efficiency in the precise extraction of building boundaries. Experimental results and the qualitative and quantitative evaluations demonstrate the potential of the proposed shape-based balloon snake model and its superiority over traditional models. Resume Les bâtiments sont consideres comme les objets artificiels les plus remarquables, c'est pourquoi leur extraction automatique a partir d'images aeriennes ou spatiales suscite l'interet de la communaute de la recherche en photogrammetrie. Cet article presente un modele de contours actifs bien connu, le «balloon snake», developpe pour l'extraction precise des limites de bâtiments. Les methodes traditionnelles de contours actifs sont tres sensibles aux donnees images et posent des problemes lorsque les limites de bâtiments n'apparaissent pas clairement, notamment en cas d'occlusion. Afin d'ameliorer les performances du «balloon snake» traditionnel, un modele base sur la forme est propose, dans lequel la forme previsible des bâtiments est modelisee et appliquee au modele «balloon snake» traditionnel. La mise en œuvre de l'algorithme propose confirme son efficacite pour l'extraction precise de contours de bâtiments. Les resultats experimentaux et leur evaluation qualitative et quantitative montrent le potentiel du modele «balloon snake» base sur la forme et sa superiorite par rapport aux modeles traditionnels. Zusammenfassung Gebaude werden als wichtigste kunstliche Objekte betrachtet, weshalb ihre automatisierte Extraktion aus Luft- und Satellitenbilddaten groses Interesse in der photogrammetrischen Forschung hervorgerufen hat. Dieser Beitrag nutzt sogenannte “Balloon-Snakes”, eine bekannte Art von Aktiven Konturmodellen, zur prazisen Erfassung von Gebaudeumrissen. Traditionelle Aktive Konturmodelle reagieren sehr sensitiv auf Bilddaten und haben grose Probleme, wenn die Gebaudeumrisse, etwa durch Verdeckungen, unklar sind. Das traditionelle Modell der “Balloon-Snakes” wird durch ein “Formbasiertes Balloon-Snakes” Modell ersetzt, bei dem die erwarteten geometrischen Formen von Gebauden modelliert werden. Experimentelle Ergebnisse und deren qualitative und quantitative Analyse bestatigen das Potential dieses “Formbasierten Balloon-Snakes” Modells und die Uberlegenheit gegenuber herkommlichen Modellen. Resumen Los edificios son considerados como los objetos mas destacados hechos por el hombre: por lo tanto, su extraccion automatica a partir de imagenes aereas y de satelite ha atraido el interes de las comunidades de investigacion fotogrametricas. En este trabajo un modelo de contorno activo bien conocido (balloon snake) fue desarrollado para la extraccion precisa de los limites de construccion. Contornos activos tradicionales son altamente sensibles a los datos de imagen y son problematicos cuando los limites de construccion se debilitan, normalmente debido a oclusiones. Para mejorar la eficiencia del modelo tradicional, un modelo basado en la forma se introdujo en el que se modela la conocida forma geometrica prevista de edificios y se aplica al modelo tradicional. La aplicacion del algoritmo propuesto confirmo su eficiencia en la extraccion precisa de los limites de construccion. Los resultados experimentales y las evaluaciones cualitativas y cuantitativas demuestran el potencial del modelo propuesto basado en la forma y su superioridad respecto a los modelos tradicionales. 摘要 从航空或者卫星影像上自动提取建筑物一直以来是摄影测量领域的热门研究领域。本文通过发展主动轮廓模型中气球蛇模型,来精确提取建筑物的边界。经典的主动轮廓提取对影像数据非常敏感,在弱房屋边界尤其是房屋边缘被遮挡的时候,一般都会得到错误的结果。本文提出基于几何形状的约束的气球蛇模型,同时利用房屋的几何模型信息和主动轮廓模型的优势,提高房屋提取的有效性。通过定性和定量的试验验证了本文提出的基于形状的气球蛇模型在建筑物自动提取上优于经典的气球蛇模型。