A stereo image matching method to improve the DSM accuracy inside building boundaries

Abstract

In a digital surface model derived from high-resolution stereo images, the accuracies of building rooftop elevations are usually much lower than that of open areas without tall objects. This problem makes building height estimation difficult from the stereo images. The inaccuracy of building rooftop elevation is caused by many factors including shadows, occlusions, smoothing constraints in the matching algorithms, and the mismatch on extremely high buildings. To improve the accuracy of building rooftop elevations, this study enhances the existing image matching methods by adding building footprint maps as a constraint. The proposed image matching method consists of three steps. First, a building footprint was used to identify the corresponding building rooftop locations in the stereo images. Second, the left and right stereo images were matched according to color and shape. Third, the left and right sub-images of the building were further matched at pixel level to generate detailed roof elevations. Validation using surveyed rooftop elevations demonstrated that the proposed method can estimate building rooftop elevation with a one-third error using the current commercial software. In addition, the errors for low-rise and high-rise buildings were consistent in the proposed method.

Dans un modèle numérique de surface dérivé d'images stéréo haute résolution, la précision des élévations des toits de bâtiments est généralement beaucoup plus faible que dans le cas des espaces ouverts sans objets de grande hauteur. Ce problème rend l'estimation de la hauteur des bâtiments problématique à partir des images stéréo. L'imprécision de l’élévation des toits des bâtiments résulte de plusieurs facteurs notamment des ombrages, des occlusions, des contraintes de lissage dans les algorithmes d'appariement et du mésappariement observé sur les bâtiments de très grande hauteur. Afin de rehausser la précision des élévations des toits de bâtiments, on apporte dans cette étude une amélioration aux méthodes existantes d'appariement d'images en ajoutant des cartes d'empreinte des bâtiments comme contrainte. La méthode proposée d'appariement d'images repose sur trois étapes. Premièrement, une empreinte de bâtiment est utilisée pour identifier les localisations correspondantes des toits de bâtiments dans les images stéréo. Deuxièmement, les images stéréo de gauche et de droite sont appariées selon leur couleur et leur forme. Troisièmement, les sous-images de gauche et de droite du bâtiment sont appariées à nouveau au niveau du pixel pour générer des élévations détaillées des toits. La validation au moyen des élévations de toits répertoriées démontre que la méthode proposée permet d'estimer l’élévation des toits des bâtiments avec un tiers d'erreur en moins qu'en utilisant le logiciel commercial actuel. De plus, les erreurs pour les bâtiments de faible et de grande hauteur sont conformes dans la méthode proposée.

[Traduit par la Rédaction]