Robust and Accurate Detection of Mid-level Primitives for 3D Reconstruction in Man-Made Environments

Die Detektion von geometrischen Primitiven wie Punkten, Linien und Bögen ist ein elementarer Verarbeitungsschritt für viele Techniken des maschinellen Sehens wie Bildanalyse, Mustererkennung und 3D-Szenenrekonstruktion. In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, die eine zuverlässige Detektion von geometrischen Primitiven in Bildern ermöglicht. Der Fokus liegt auf der Anwendung in urbanen Umgebungen, wobei der Prozess nicht darauf beschränkt ist. Die Methode ermöglicht eine robuste und subpixelgenaue Detektion von Punkten, Linien und Bögen und erstellt einen Graphen, der die topologischen Beziehungen zwischen den detektierten Merkmalen beschreibt. Die Detektionsmethode kann direkt auf verzeichnete perspektivische Bilder und Fischaugenbilder angewendet werden. Die zusätzliche Erkennung sich wiederholender Strukturen in Bildern gewährleistet die Eindeutigkeit der Merkmale in ihrer lokalen Umgebung. Das neu entwickelte Verfahren erreicht eine hohe Lokalisierungsgenauigkeit, die dem Stand der Technik entspricht und gleichzeitig robuster gegenüber Störungen durch Rauschen ist. Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren, mehr Details in den Bildern zu extrahieren. Die Detektionsrate ist bei dem neuen Verfahren auf den realen Datensätzen stets höher als bei dem aktuellen Stand der Technik. Darüber hinaus kann das neue Verfahren zuverlässig zwischen Linien- und Bogensegmenten unterscheiden. Die durch das neue Verfahren gewonnenen zusätzlichen topologischen Informationen sind weitgehend konsistent über mehrere Bilder einer Szene und können somit eine Unterstützung für nachfolgende Verarbeitungsschritte wie Matching und Korrespondenzsuche sein. Die Detektionsmethode wird in eine vollständige merkmalsbasierte 3D-Rekonstruktionspipeline integriert und es wird eine neuartige Rekonstruktionsmethode vorgestellt, die die topologischen Beziehungen der Merkmale nutzt, um ein abstraktes, aber zugleich semantisch reichhaltiges 3D-Modell der rekonstruierten Szenen zu erstellen, in dem komplexere geometrische Strukturen leicht detektiert werden können.