紋理補償

經過遮蔽偵測與遮蔽區標記後，僅能得到無遮 蔽區的紋理貼圖，無法得到牆面完整的紋理資訊，

將有礙於視覺上的呈現。為了避免上述的問題發生，

有必要藉由其他角度所拍攝的影像對遮蔽區進行 紋理補償，同時考量了房屋幾何模型、影像內外方 位參數和透鏡畸變參數的誤差，在坐標轉換時並無 法準確的對應房屋角點與正確的影像位置，造成遮

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蔽區無法正確且完整的移除，而在遮蔽區邊界遺留 了錯誤的紋理資訊，以及影像填補後色調不連續等 問題。本研究將紋理補償分成三個步驟，分別為錯 誤紋理移除，影像增揚以及無縫鑲嵌，以得到最完 整且影像品質最高的牆面紋理貼圖，以達到最佳的 視覺效果。

2.7.1 錯誤紋理移除

圖 6 左圖為一在遮蔽區邊界產生錯誤紋理的 範例，其中白色線條之來源為同一建物之屋頂紋理，

圖6 右圖則為其放大後之示意圖，其中棕色區塊為 紋理資訊正確的區域，黑色區塊為遮蔽區，白色區 塊則為錯誤紋理，也就是遮蔽區資訊未正確移除的 部分。為了解決錯誤紋理的情形，本研究利用型態 學的方法沿著黑色區塊的邊界向有紋理的區塊進 行膨脹 (Dilation)處理，並設定膨脹次數為 10 次，

以得到十條相鄰的邊界。此處設定膨脹的寬度為 10 個像元，乃是由估計目前資料在物像轉換後的 誤差約在2 公尺以內所決定，因此若資料來源誤差 較大時，則需放大此膨脹寬度參數。接著透過正規 化 互 相 關 係 數 法(Normalized Cross Correlation, NCC)求取相鄰兩條邊界之間的相關係數，以判斷 兩條邊界的灰度值是否相似，進而得知是否有錯誤

紋理。式(1)為相關係數的公式，以此公式計算相 鄰兩邊界之相關係數r，其值會介於-1~1 之間，越 接近1 表示相鄰兩邊界的色調與紋理分佈愈相似，

反之則表示愈不相似。

r ^∑

∑ ∑ , (1) 式中

G i 、G i ：分別為相鄰兩邊界在位置 i 的灰階值 G 、G ：分別為相鄰兩邊界灰階值的平均值 r：相關係數，其值介於-1~1 之間

從影像之成像原理得知，相鄰像元通常具有較 高的相關係數，唯有錯誤紋理產生時，錯誤紋理與 目標牆面紋理會有較大的差異。因此，可將相關係 數低於門檻值的邊界像元及延伸到黑色區塊之間 的邊界像元全部消除，並標記為遮蔽區域以移除錯 誤紋理。圖7 為移除錯誤紋理前後的比較，其中圖 7(a)為有錯誤紋理的貼圖，可看出錯誤紋理與原影 像區域之間有明顯的色彩不連續。圖8 為相鄰邊界 之相關係數，其中邊界0~1 與邊界 1~2 有較低的相 關係數，若將邊界0~1 移除並標記為遮蔽區塊，則 所得成果為圖7(b)，可發現移除的邊界恰為錯誤紋 理的部分。

圖6 錯誤紋理移除

朱展毅、饒見有：以向量式遮蔽偵測為基礎利用空載傾斜攝影進行自動化牆面紋理貼圖 333

圖7 錯誤紋理移除前(a)、後(b)之比較

圖8 相鄰邊界之相關係數

2.7.2 影像增揚

由於太陽光照射牆面的角度與相機拍攝時的 角度不一致，因此相鄰的建物會造成牆面上產生陰 影的現象，加上影像資料的獲取過程往往需花費好 幾個小時，在這段時間裡，隨著地球自轉和雲層對 陽光的遮蔽，太陽的照射方向及能量也會跟著改變，

造成同一面牆面亮度值卻不同的情形產生。此外，

太陽的照射方向也會影響陰影的方向，使得牆面紋 理資訊在不同時刻的影像上會受到不同程度的影 響，這些紋理上的差異會造成遮蔽區填補時，填補 區與原影像之間色彩不連續的情形，而牆面資訊過 暗的問題，在視覺呈現以及判讀上都會造成使用者 一 定 的 困 擾 。 本 研 究 利 用 線 性 伸 張 法(Linear

Stretch)(Al-amri et al., 2010) 與 直 方 圖 匹 配 法 (Histogram Matching)(Gonzalez and Woods, 2002)來 解決上述的問題。

線性伸張法的目的為將影像過暗或者過亮的 紋理資訊做較合適的調整，使灰階的分佈達到最飽 和的呈現，並使紋理資訊易於判讀。其作法是將原 始影像中最小的灰階值或灰階分佈在整體1-5％以 下者對應至 0，最大的灰階值或灰階分佈在整體 95-99%以上者對應至 255，其他介於中間的灰階值 則透過線性轉換的方式對應至0~255 之間，以達到 影像增揚的目的。

直方圖匹配法是假設兩張影像的資訊內涵相 似，將一張待處理的影像其灰階分佈對應到另一張 參考影像上，以便讓兩張影像的色調效果一致。直

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方圖匹配法的做法是以主紋理貼圖的灰階值分布 為基準，透過補償紋理貼圖與主紋理貼圖灰階值的 累 積 機 率 密 度 函 數 (Cumulative Probability Function)，建立兩者之間灰階值的對應關係，以降 低紋理補償後色彩不連續的情形。

2.7.3 無縫鑲嵌

經過錯誤紋理移除以及影像增揚的步驟後，可 以得到色調相當接近的主紋理貼圖和補償紋理貼 圖。然而若直接將補償紋理貼圖填入主紋理貼圖的 遮蔽區域中，則在填補區域邊界仍有可能產生灰階 或色彩不連續的現象。因此本研究接著利用以距離 倒數進行加權平均的方式來消除兩張紋理貼圖間 的接縫，以達到無縫鑲嵌之目的。

圖9 為無縫鑲嵌之示意圖，其中圖 9(a)表示主 紋理貼圖，黑色區塊表示遮蔽區域，圖9(b)表示補 償紋理貼圖，其中橘色區塊為主紋理貼圖受到遮蔽，

而補償紋理貼圖未受到遮蔽的區域；紅色區塊為進 行無縫鑲嵌的緩衝區(Buffer Zone)。圖 9 (c)為填補 遮蔽區資訊後之紋理貼圖，其中漸層變化的紅色區 塊表示該區域是透過主紋理貼圖與補償紋理貼圖，

以距離倒數計算其權重進行加權平均後所產生的 紋理資訊。

(a) (b) (c) 圖9 漸層補償示意圖

經過一系列的紋理補償步驟，可以得到填補過 後的主紋理貼圖，若某牆面紋理貼圖仍存在遮蔽區 域，則繼續利用其他角度所拍攝的影像來產生補償 紋理貼圖，並再次進行紋理補償的步驟，直到主紋 理貼圖已完全沒有遮蔽區域或所有影像資料皆已 判斷及使用完畢。