(57)【要約】設置が容易でしかも安価な水位計測システムを提供し、既設監視システムにも容易に水位計測機能を追加可能とする。  堤防側（固定位置）に既知寸法の基準構造物（基準直方体、基準正方形、基準ポール）を設置し、堤防近傍の水面に関連した既知寸度（浮遊する基準ポール、基準正方形、基準直方体、または堤防端面と水面との境界線部、または水面に照射されたレーザ光、または堤防端面に敷設された透明管内部の浮き、または既設の量水標）とともに撮像する。取得された画像データに対して演算処理を施し、基準構造物および既知寸度の３次元の位置関係を求めることにより、水面の水位を計測する。
2004076972.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水面または前記水面に近接する固定位置に設けられて、３軸直交形状を有し且つ３軸のうちの少なくとも１軸の寸度が既知の基準構造物と、
前記水面の位置に関連した既知寸度または前記水面と基準物との境界線と、
前記３軸直交形状および前記既知寸度または前記境界線を同時に撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により取得された画像データを記憶する記憶手段と、
前記３軸直交形状に基づいて前記画像データの２次元座標を３次元座標に変換する演算処理手段とを備え、
前記３次元座標に基づいて、前記基準構造物と前記既知寸度または前記境界線との３次元の位置関係を求めることにより、前記水面の水位を計測することを特徴とする水位計測システム。
【請求項２】
前記固定位置に設置された直方体または立方体の特徴部を有する構造物と、
前記水面上の浮遊物と、
前記浮遊物上に垂直に立設または前記浮遊物と一体化された所定長の基準ポールとを備え、
前記基準構造物は、前記直方体または前記立方体の特徴部を有し、
前記水面に関連した既知寸度は、前記基準ポールにより設定されたことを特徴とする請求項１に記載の水位計測システム。
【請求項３】
前記固定位置に設置された直方体または立方体の特徴部を有する構造物と、
前記水面上の浮遊物と、
前記浮遊物上に一体化された基準長方形または基準正方形とを備え、
前記基準構造物は、前記直方体または前記立方体の特徴部を有し、
前記水面に関連した既知寸度は、前記基準長方形または前記基準正方形の少なくとも二辺により設定されたことを特徴とする請求項１に記載の水位計測システム。
【請求項４】
前記固定位置に設置された第１の直方体または第１の立方体の特徴部を有する第１の構造物と、
前記水面上の浮遊物と、
前記浮遊物上に設置または前記浮遊物と一体化された第２の直方体または第２の立方体の特徴部を有する第２の構造物とを備え、
前記基準構造物は、前記第１の直方体または前記第１の立方体の特徴部を有し、
前記水面に関連した既知寸度は、前記第２の構造物の直交３軸の少なくとも一辺により設定されたことを特徴とする請求項１に記載の水位計測システム。
【請求項５】
前記固定位置に垂直に立設された所定長の基準ポールと、
前記水面上の浮遊物と、
前記浮遊物上に設置または前記浮遊物と一体化された直方体または立方体の特徴部を有する構造物とを備え、
前記基準構造物は、前記直方体または前記立方体の特徴部を有し、
前記水面に関連した既知寸度は、前記構造物の直交３軸の少なくとも一辺により設定され、
前記演算処理手段は、前記水位を計測するときに、前記基準構造物の座標データを用いることを特徴とする請求項１に記載の水位計測システム。
【請求項６】
前記固定位置に設けられた長方形または正方形と、
前記水面上の浮遊物と、
前記浮遊物上に設置または前記浮遊物と一体化された直方体または立方体の特徴部を有する構造物とを備え、
前記基準構造物は、前記直方体または前記立方体の特徴部を有し、
前記水面に関連した既知寸度は、前記構造物の直交３軸の少なくとも一辺により設定され、
前記演算処理手段は、前記水位を計測するときに、前記基準構造物の座標データを用いることを特徴とする請求項１に記載の水位計測システム。
【請求項７】
前記浮遊物を前記固定位置から所定範囲内に繋留するための繋留手段を備えたことを特徴とする請求項２から請求項６までのいずれか１項に記載の水位計測システム。
【請求項８】
前記演算処理手段の制御下で駆動される警報手段を備え、
前記演算処理手段は、前記画像データから計算された前記浮遊物の３次元位置が前記所定範囲から逸脱した場合に、前記警報手段を駆動することを特徴とする請求項７に記載の水位計測システム。
【請求項９】
前記演算処理手段は、システム起動時または前記基準構造物の視認可能な時間帯に、前記基準構造物に関連した基準線および基準点の２次元画面上の座標データを計算し、
前記記憶手段は、前記２次元画面上の座標を記憶し、
前記演算処理手段は、前記水位を計測するときに、前記記憶手段に記憶された２次元画面上の座標を用いることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の水位計測システム。
【請求項１０】
前記固定位置に設置された直方体または立方体の特徴部を有する構造物を備え、
前記基準構造物は、前記直方体または前記立方体の特徴部を有し、
前記水面と基準物との境界線は、前記固定位置の端面と前記水面との境界線部に関連した座標位置、または前記基準構造物と前記境界線との間の少なくとも１軸の水平距離により設定されたことを特徴とする請求項１に記載の水位計測システム。
【請求項１１】
前記固定位置に設置された直方体または立方体の特徴部を有する構造物と、
前記固定位置の前記水面を含む領域に垂直に取り付けられた透明管と、
前記透明管内に上下移動自在に収納された浮きとを備え、
前記基準構造物は、前記直方体または前記立方体の特徴部を有し、
前記水面に関連した既知寸度は、前記浮きに関連した座標位置と前記基準構造物との間の少なくとも１軸の水平距離により設定されたことを特徴とする請求項１に記載の水位計測システム。
【請求項１２】
前記固定位置に設置された直方体または立方体の特徴部を有する構造物と、
前記固定位置に近接した前記水面を含む領域に立設された量水標とを備え、
前記基準構造物は、前記直方体または前記立方体の特徴部を有し、
前記水面に関連した既知寸度は、前記量水標に関連した座標位置と前記基準構造物との間の少なくとも１軸の水平距離により設定されたことを特徴とする請求項１に記載の水位計測システム。
【請求項１３】
前記固定位置に設置された直方体または立方体の特徴部を有する構造物と、
前記固定位置の端面に設けられたマーカとを備え、
前記マーカは、前記水面に対して平行方向に一定幅を有しつつ、前記水面の変動幅を含む垂直方向の領域にわたって連続的に形成され、
前記基準構造物は、前記直方体または立方体の特徴部を有し、
前記水面に関連した既知寸度は、前記マーカの一定幅と前記水面との境界線部に関連した座標位置により設定されたことを特徴とする請求項１に記載の水位計測システム。
【請求項１４】
前記マーカは、前記透明管内に収納された浮き、または前記固定位置に近接した前記水面を含む領域に立設された量水標により兼用構成されたことを特徴とする請求項１１または請求項１３に記載の水位計測システム。
【請求項１５】
前記固定位置に設置された直方体または立方体の特徴部を有する構造物と、
前記撮像手段に近接配置された一対のレーザ発振装置とを備え、
前記基準構造物は、前記直方体または前記立方体の特徴部を有し、
前記一対のレーザ発振装置は、前記基準構造物の近傍の水面上に一対の平行なレーザ光を照射し、
前記水面に関連した既知寸度は、前記水面と前記一対のレーザ光との交点に関連した座標位置の既知間隔により設定されたことを特徴とする請求項１に記載の水位計測システム。
【請求項１６】
前記固定位置に設置された直方体または立方体の特徴部を有する構造物と、
前記撮像手段に近接配置された単一のレーザ発振装置とを備え、
前記レーザ発振装置は、前記基準構造物の近傍の水面上に既知の傾斜角でレーザ光を照射し、
前記基準構造物は、前記直方体または前記立方体の特徴部を有し、
前記水面に関連した既知寸度は、前記水面と前記レーザ光との交点に関連した座標位置と、前記基準構造物との間の少なくとも１軸の水平距離により設定されたことを特徴とする請求項１に記載の水位計測システム。
【請求項１７】
前記演算処理手段は、システム起動時または前記基準構造物の視認可能な時間帯に、前記基準構造物の画像座標から画像全体の３次元座標データを計算し、
前記記憶手段は、前記３次元座標データを記憶し、
前記演算処理手段は、前記水位を計測するときに、前記記憶手段に記憶された３次元座標データに含まれる前記基準構造物の画像座標を用いることを特徴とする請求項２から請求項４までのいずれか１項、または、請求項１０から請求項１６までのいずれか１項に記載の水位計測システム。
【請求項１８】
前記固定位置側の基準構造物は、撤去可能な仮設構造物からなることを特徴とする請求項９または請求項１７に記載の水位計測システム。
【請求項１９】
前記固定位置に設置された第１の直方体または第１の立方体の特徴部を有する構造物と、
前記水面に関連した既知寸度を設定するための既知寸度設定手段とを備え、
前記基準構造物は、前記第１の直方体または前記第１の立方体の特徴部を有し、
前記既知寸度設定手段は、
前記水面上の浮遊物上に設置または前記浮遊物と一体化された基準ポール、基準長方形または基準正方形、あるいは、第２の直方体または第２の立方体の特徴部を有する構造物と、
前記固定位置に近接した前記水面を含む領域に取り付けられた透明管および前記透明管内に収納された浮きと、
前記固定位置に近接した前記水面を含む領域に立設された量水標と、
前記固定位置の端面と前記水面との境界線分に関連した座標位置と、
前記固定位置の端面に設けられたマーカと、
前記撮像手段に近接配置されて前記水面上にレーザ光を照射するレーザ発振装置と
のうちの少なくとも２つの手段を含み、
前記演算処理手段は、前記既知寸度設定手段に基づいて設定された既知寸度を含む画像データを用いて、前記水位を計測することを特徴とする請求項１に記載の水位計測システム。
【請求項２０】
前記固定位置に設置された直方体または立方体の特徴部を有する構造物と、
前記水面に関連した既知寸度を設定するための既知寸度設定手段、または前記水面と基準物との境界線を検出するための境界線検出手段とを備え、
前記基準構造物は、前記直方体または立方体の特徴部を有し、
前記既知寸度設定手段または前記境界線検出手段は、
前記固定位置に近接した前記水面を含む領域に立設された量水標と、
前記固定位置の端面に近接した前記水面を含む領域に取り付けられた透明管および前記透明管内に収納された浮きと、
前記固定位置の端面と前記水面との境界線分に関連した座標位置と、
前記固定位置の端面に設けられたマーカと、
前記撮像手段に近接配置されて前記水面上にレーザ光を照射するレーザ発振装置と
のうちの少なくとも１つの手段を含み、
前記演算処理手段は、前記既知寸度または前記境界線を含む画像データを用いて前記水位を計測するとともに、前記既知寸度または前記境界線を抽出するための画像上の水面境界線探索領域を、過去の計測時における水位データに基づいて制限することを特徴とする請求項１に記載の水位計測システム。
【請求項２１】
前記撮像手段は、少なくとも２軸方向の旋回機能と、前記撮像手段の水位計測時における角度位置および固定角度位置を検出するセンサ手段とを備え、
前記記憶手段は、前記基準構造物の２次元画面上の座標データを記憶するとともに、前記固定角度位置と前記基準構造物の過去の画像収得時に記憶した旋回角度位置との少なくとも一方を記憶し、
前記演算処理手段は、前記水位の計測時に、前記撮像手段の角度位置を、前記記憶手段に記憶された旋回角度位置に復帰させることを特徴とする請求項２から請求項６までのいずれか１項、または、請求項９から請求項２０までのいずれか１項に記載の水位計測システム。
【請求項２２】
前記基準構造物および前記既知寸度の少なくとも一方は、発光体を含むことを特徴とする請求項２から請求項２１までのいずれか１項に記載の水位計測システム。
【請求項２３】
前記既知寸度または前記境界線に光を照射する照明手段を備えたことを特徴とする請求項２から請求項９までのいずれか１項に記載の水位計測システム。
【請求項２４】
前記照明手段は、夜間のみに給電されることを特徴とする請求項２３に記載の水位計測システム。
【請求項２５】
前記演算処理手段の制御下で駆動されるデータ異常警報手段を備え、
前記演算処理手段は、前記画像データから前記既知寸度または前記境界線が取得できない場合、または、過去に計算された水位と今回計算された水位とが所定値以上異なる場合に、前記データ異常警報手段を駆動することを特徴とする請求項１から請求項２４までのいずれか１項に記載の水位計測システム。
【請求項２６】
前記演算処理手段に接続されたモニタおよび入力端末を備え、
前記入力端末は、前記データ異常警報手段の駆動に応答して、前記モニタの画面を参照したオペレータの操作により、前記既知寸度または前記境界線に対応した画像成分を入力可能に構成されたことを特徴とする請求項２５に記載の水位計測システム。
【請求項２７】
前記演算処理手段の制御下で駆動される異物警報手段を備え、
前記撮像手段は、前記水面上の所定領域を撮像し、
前記演算処理手段は、前記所定領域内に、前記既知寸度または前記境界線とは無関係の所定寸法以上の大きさを有する異物が検出された場合に、前記異物警報手段を駆動することを特徴とする請求項１から請求項２６までのいずれか１項に記載の水位計測システム。
【請求項２８】
前記撮像手段は、単一のＩＴＶカメラにより構成されたことを特徴とする請求項１から請求項２７までのいずれか１項に記載の水位計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  この発明は、画像処理技術を応用した水位計測システムに関し、特に水位計測対象物（たとえば、ダム、河川、海、湖など）の水面近傍に監視カメラを設置して、収得されたデジタル画像を演算処理することにより、水位計測対象物の水位を計測するシステムに関するものである。
【背景技術】  以下、図４５〜図４９を参照しながら、水位計測対象物（ダム、河川、海、湖などの水面）の近傍に設置される従来の水位計測システムについて説明する。
まず、一例として、図４５を参照しながら、従来のフロート式による水位計測システムについて説明する。
図４５は従来のフロート式による水位計測システムを示す説明図であり、たとえば河川の水面６を水位計測対象物とした場合を示している。
図４５において、河川に近接した陸地２０９には、水位計測システムを構成する水位計棟２０１が設置されている。
水位計棟２０１は、河川と同一水位を有する観測井戸２０５と、回転角度検出器（エンコーダなど）を有する滑車２００と、観測井戸２０５内で浮遊するフロート２０２と、滑車２００を介してフロート２０２を吊すロープ２０３と、ロープ２０３の他端に吊されてロープ２０３のたるみを除去するカウンタウェイト２０４とを備えている。
観測井戸２０５は、河川の水面６と一致した水位を常に保持するために、横導水管２０６および導水口２０７を介して水位計測対象物に連通されている。
また、水位計測結果の信頼性を確認するために、河川に近接した陸地２０９の固定側（護岸堤防など）には、河川の水位を含む位置に垂直式の量水標２０８が複数配設されている。
図４５の従来システムを設置する場合、まず、河川に近接した陸地２０９に観測井戸２０５を掘り、観測井戸２０５と河川との間を横導水管２０６および導水口２０７で連通する。
また、河川（水面６）の水位を計測する場合には、観測井戸２０５内にフロート２０２を浮かべるとともに、ロープ２０３およびカウンタウェイト２０４を用いて、回転角度検出器（図示せず）を含む滑車２００を回転させ、フロート２０２の位置を滑車２００に設けられた回転角度検出器により計測する。
このように、従来のフロート式水位計測システムにおいては、フロート２０２の計測位置を河川の水位として計測する。
このとき、たとえば洪水発生などで横導水管２０６の先端部の導水口２０７が砂利などで詰まっていると、観測井戸２０５内の水位と実際の河川の水位とが一致しなくなる。
したがって、砂利などが横導水管２０６の導水口２０７に詰まらないように管理するとともに、量水標２０８のチェックに基づいて導水管２０６の連通状態を定期的に確認している。
すなわち、河川の岸部には、観測井戸２０５のみならず複数の量水標２０８が設置されており、量水標２０８の目盛で確認した水位と、観測井戸２０５で計測された水位とを定期的に比較して、両者が一致するか否かにより、フロート２０２を用いた計測値が正しいか否かを確認している。
次に、図４６〜図４９を参照しながら、画像処理技術を応用した従来の水位計測システムについて説明する。
図４６はたとえば特開平３−１７００２９号公報に記載された従来の水位計測システムおよびカメラ画像を示す説明図である。
図４６において、観測井戸２０５の上方には、一般的なビデオカメラからなる水位監視カメラ２１０が設けられている。
水位監視カメラ２１０は、観測井戸２０５内において、たとえば、距離ｈ１の深さに位置する高水位２１１と、距離ｈ２（＞ｈ１）の深さに位置する低水位２１２とを、それぞれ、被写体角度φの範囲２１３で撮像する。
したがって、水位監視カメラ２１０で撮像される画像枠２１４内には、高水位２１１に対応した直径ｒ１の画像２１５と、低水位２１２に対応した直径ｒ２（＜ｒ１）の画像２１６とが得られる。
この場合、滑車２００およびフロート２０２（図４５参照）を用いることなく、観測井戸２０５内の水面を水位監視カメラ２１０で観測し、カメラ画像２１５または２１６により、直接水位が計測される。
図４６に示した従来システムにおいて、カメラ画像枠２１４内に撮影された水面の画像と、実際の観測井戸２０５内の壁面および水面との間には、所定の関数関係が存在し、高水位２１１の場合の画像２１５は、大きい直径ｒ１の円として得られ、低水位２１２に下がった場合の画像２１６は、小さい直径ｒ２の円として得られる。
したがって、カメラ画像枠２１４内の同心円の輪郭を抽出し、直径ｒ１、ｒ２と各水位２１１、２１２（距離ｈ１、ｈ２）との間の関数関係を利用して、比較的簡単な演算処理で水位を計測することができる。
一方、図４７はたとえば特開平８−１４５７６５号公報に記載された従来の水位計測するシステムを示す説明図であり、図４８はたとえば特開２０００−３２９５２２号公報に記載された従来の水位計測するシステムを示す説明図である。
図４７において、量水標１１の近傍には、傾斜板２１７が並列配置されており、傾斜板２１７には、複数の傾斜模様２１８が連続的に設けられている。
この場合、ＩＴＶカメラ２１０Ａは、河川の近傍から、量水標１１および傾斜板２１７を同時に撮像している。
したがって、画像処理部（図示せず）においては、量水標１１および傾斜板２１７の画像を組合せて読み取り、カメラ画像から水面上の量水標１１を抽出し、河川の水面６の上部の画像と、量水標１１の目盛および数字を読み取ることにより、水位を計測することができる。
また、図４８においては、簡略化のためにＩＴＶカメラ２１０Ａの図示が省略されており、傾斜板２１７の傾斜模様２１８が水面位置で屈折して曲がって見える部分２１８Ａ、２１８Ｂが示されている。
この場合、河川の水面６の透明度、濁り、静水および流水などの各種条件、日光の反射条件などに関する対策を考慮し、傾斜模様２１８の曲がって見える部分２１８Ａ、２１８Ｂを利用して水面を検出することにより、量水標１１の目盛を観測して水位を計測することができる。
図４９はたとえば特開平７−７７４５１号公報に記載された従来の水位計測システムによる画像処理原理を示す説明図である。
図４９においては、左右に離れて配置された２台のＩＴＶカメラ２１０Ｌ、２１０Ｒにより、各水位（高、中、低）に対応した水面上の波６Ａ１、６Ａ２、６Ａ３が直接観測される。
この場合、ＩＴＶカメラ２１０Ｌ、２１０Ｒによって観測される２つの画像は、水位が高い場合には２１９、２２０となり、水位が中くらいの場合には２１９Ａ、２２０Ａとなり、水位が低い場合には２１９Ｂ、２２０Ｂとなる。
また、各水位における波６Ａ１、６Ａ２、６Ａ３などの特徴点は、相関関数を計算することにより検出される。すなわち、各画像内において、水位が高い場合の波６Ａ１の特徴点は、６Ａ１Ｌ、６Ａ１Ｒとして、水位が中くらいの場合の波６Ａ２の特徴点は、６Ａ２Ｌ、６Ａ２Ｒとして、水位が低い場合の波６Ａ３の特徴点は、６Ａ３Ｌ、６Ａ３Ｒとして、ぞれぞれ、検出される。
以下、各画像中の水平位置と、２台のカメラ２１０Ｌ、２１０Ｒの水平角とが、ほぼ比例することを利用し、水位を計測することができる。
しかし、図４５〜図４９に示した従来の水位計測システムにおいては、以下のような問題点がある。
まず、図４５および図４６の水位計測システムにおいては、観測井戸および横導水管などが必要であり、これらが敷設されていない場所では水位計測が困難である。また、観測井戸および横導水管を新たに敷設しようとすると、工事費が高価になるうえ、専用カメラも必要になる。
また、図４７および図４８のように、量水標および傾斜板をＩＴＶカメラで観測する水位計測システムにおいては、量水標および傾斜板を敷設する必要があり、以下の問題（ａ）〜（ｃ）が生じる。
（ａ）工事期間が、乾季の水位の低い場合に限られる。
（ｂ）図４５のように、堤防などの傾斜がゆるやかな場合には、複数の量水標および傾斜板が必要になる。
（ｃ）カメラ位置を固定する必要がある。
さらに、図４９の水位計測システムにおいては、水面および光線に関する各種条件の違い、すなわち、水面の透明度、濁り、静水、流水などの違い、水面への日光照射期間（日の出および日没時などの時間）や季節などの違いに起因して、水面が反射したり影になったりするので、水面上の特徴点を正確に把握することが困難である。さらに、固定したＩＴＶカメラが２台必要となるので、設備費も高価になる。
【発明の開示】
この発明の目的は、新たな設備を設けることなく、一般的な監視カメラを利用して、設置が容易で安価で且つ簡単な基準構造物を撮像し、パーソナルコンピュータおよび専用画像処理ソフトウェアを追加することのみで、立体的な基準構造物の３次元変換座標を計測基準とすることにより、水位計測対象物（ダム、河川、湖、海岸など）の水位を高い信頼性で計測可能な水位計測システムを提供することにある。
上記目的を達成するために、この発明においては、既設の水位監視カメラを利用して、水位計測対象物の近傍の固定側（堤防の近傍など）に設けられた基準寸法を有する基準構造物（たとえば、既知寸法のビルなど）と、水面に浮遊した基準浮遊物（または、堤防端面と水面との境界線など）とから得られた２次元画像データを、ソフトウェア演算で３次元画像データに変換することにより、水位を計測する。
また、この発明においては、水位計測対象物の近傍の固定側・（堤防近傍など）に設けられた基準構造物を仮設基準構造物とする。
また、この発明においては、水位計測時の画像座標を固定するために、水位監視カメラの旋回角度位置または基準構造物の座標位置を記憶する。
この発明によれば、特別な工事をともなう高価な専用設備の追加が不要となるうえ、画像取得用の専用の水位監視カメラの位置を固定する必要もなく、既設の旋回式の水位監視カメラを利用して、安価で簡単な基準構造物と、安価なパソコンおよび専用ソフトウェアとを追加することのみで、水位計測対象物の水位を計測監視することが可能となる。
【図面の簡単な説明】  図１はこの発明の実施の形態１による水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図である。
図２はこの発明の実施の形態１による基本構成をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
図３はこの発明の実施の形態１による座標変換原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図であり、基準直方体の画像（２次元座標）から実際の３次元座標への変換原理を示している。
図４はこの発明の実施の形態１による座標変換原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図であり、ポールを含む画像（２次元座標）から実際の３次元座標への変換時の各座標位置を示している。
図５はこの発明の実施の形態１における水位変化時の計測原理を要部斜視図とともに示す説明図である。
図６はこの発明の実施の形態１による水位計測原理を要部側面図とともに示す説明図である。
図７はこの発明の実施の形態１による演算処理を示すフローチャートである。
図８はこの発明の実施の形態１による制御部を示すブロック構成図である。
図９はこの発明の実施の形態２による水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図である。
図１０はこの発明の実施の形態２による水位計測用の浮遊物の２次元（ＹＺ面）回転時における水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図である。
図１１はこの発明の実施の形態３による水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図である。
図１２はこの発明の実施の形態３による水位計測用の浮遊物の３次元回転時における水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
図１３はこの発明の実施の形態４による水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図である。
図１４はこの発明の実施の形態５による水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図である。
図１５はこの発明の実施の形態６による過去に記憶した基準直方体の座標を用いた水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
図１６はこの発明の実施の形態６による演算処理（図１７の処理と関連して用いられる）を示すフローチャートであり、固定側（堤防近傍など）に設けられた基準直方体から基準座標を演算する処理を示している。
図１７はこの発明の実施の形態６による水位計測処理（図１６の処理と関連して用いられる）を示すフローチャートであり、固定側（堤防近傍など）に設けられた基準直方体から記憶された基準座標を利用した処理を示している。
図１８は夜間に計測できるようにしたこの発明の実施の形態７による水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図であり、固定位置（堤防上など）に配置された基準構造物と、計測用の水面浮遊物の所定の頂点にランプ照明を点灯した状態を示している。
図１９は夜間に照明を水面のみに照射するようにしたこの発明の実施の形態８による水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図である。
図２０はこの発明の実施の形態９による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図であり、フェンスによる浮遊物の浮遊範囲を示している。
図２１はこの発明の実施の形態９による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図であり、堤防端面にロープなどにより繋留された浮遊物の浮遊範囲を示している。
図２２はこの発明の実施の形態９による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図であり、錨やロープなどにより繋留された浮遊物の浮遊範囲を示している。
図２３はこの発明の実施の形態９による水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図であり、堤防側のアーム、返し車、釣り合い錘により繋留された水面上の浮遊物を示している。
図２４はこの発明の実施の形態９による異常判定処理を示すフローチャートであり、計算結果が所定値内か否かにより異常を判定する場合を示している。
図２５はこの発明の実施の形態１０による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
図２６はこの発明の実施の形態１０による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図であり、水面と堤防との境界線分が完全に抽出できない場合の原理を示している。
図２７はこの発明の実施の形態１０による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図であり、図２５とは堤防形状が異なる（段付形状の）場合の原理を示している。
図２８はこの発明の実施の形態１０による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図であり、図２５とは堤防形状が異なる（斜面形状の）場合の原理を示している。
図２９はこの発明の実施の形態１０による変換行列の演算処理手順部分（図３０の処理に連続して用いられる）を示すフローチャートである。
図３０はこの発明の実施の形態１０による線分認識処理手順部分（図２９の処理から連続して用いられる）を示すフローチャートである。
図３１はこの発明の実施の形態１１による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
図３２はこの発明の実施の形態１２による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
図３３はこの発明の実施の形態１３による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
図３４はこの発明の実施の形態１３による水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図である。
図３５はこの発明の実施の形態１４による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
図３６はこの発明の実施の形態１５による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
図３７はこの発明の実施の形態１６による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
図３８はこの発明の実施の形態１７による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図であり、錨やロープなどにより繋留された浮遊物の浮遊範囲内に木材などの異物が混入した場合の原理を示している。
図３９はこの発明の実施の形態１９による水位計測原理を示す説明図であり、利用される旋回式監視カメラの上下（Ｔｉｌｔ）および左右（Ｐａｎ）の旋回角を示している。
図４０はこの発明の実施の形態１９による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図であり、旋回式監視カメラを計測位置角度に固定する場合の原理を示している。
図４１はこの発明の実施の形態１９による制御ブロックを示す構成図であり、旋回式監視カメラを計測位置角度に固定する場合の構成を示している。
図４２はこの発明の実施の形態１９による処理手順を示すフローチャートであり、旋回式監視カメラを計測位置角度に固定するために各軸の取り付けられた位置センサ（エンコーダなど）を利用する場合の処理を示している。
図４３はこの発明の実施の形態１９による処理手順を示すフローチャートであり、旋回式監視カメラを計測角度に固定するために記憶画像を利用した場合の処理を示している。
図４４はこの発明の実施の形態２０による処理手順を示すフローチャートであり、固定側または浮遊側の基準構造物の形状が認識できない場合の処理を示している。
図４５は従来の水位計測システムによる計測原理を側面図とともに示す説明図であり、観測井戸中のフロートを用いた場合の原理を示している。
図４６は従来の水位計測システムによる計測原理を要部側面図とともに示す説明図であり、ＩＴＶカメラで撮影した観測井戸中の水面画像を用いた場合の原理を示している。
図４７は従来の水位計測システムによる計測原理を要部側面図とともに示す説明図であり、ＩＴＶカメラで撮影した量水標および傾斜板の画像を用いた場合の原理を示している。
図４８は従来の水位計測システムによる計測原理を要部側面図とともに示す説明図であり、ＩＴＶカメラで撮影した量水標および傾斜板の画像を用いた場合の詳細原理を示しる。
図４９は従来の水位計測システムによる計測原理を要部側面図とともに示す説明図であり、２台のＩＴＶカメラで水面を撮影した場合の原理を示している。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、図１〜図６を参照しながら、この発明の実施の形態１の構成例および原理について説明図する。
図１はこの発明の実施の形態１による基本構成例を斜視図とともに示す説明図である。
図１においては、煩雑さを回避するために、水位監視カメラ（後述する）の図示が省略されている。
基準寸法Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃを有する基準直方体１（たとえば、ビルなど）は、堤防５などの地上４側の固定位置の近傍に設置されている。なお、基準直方体１は、Ｌａ＝Ｌｂ＝Ｌｃを満たす基準立方体であってもよいが、ここでは、直方体のうちの特殊形状に立方体が含まれるものと見なして、以下、代表的に基準直方体１と総称する。
一方、堤防近傍の水面６（水位計測対象物側）に浮かんでいる浮遊物３（浮き、または、ブイなど）の上には、基準寸法Ｌｎの長さを有する基準ポール２が水面６に対して垂直になるように取り付けられている。
なお、基準直方体１の底面（Ｏ、Ｆ、Ｇ、Ｅ）は、水面６に対して平行な位置関係を満たしているものとする。
また、基準直方体１の各頂点間の辺の長さは、以下の３つの式を満たす関係にある。
ＯＡ＝ＢＥ＝ＤＦ＝ＣＧ＝Ｌａ
ＯＦ＝ＡＤ＝ＢＣ＝ＥＧ＝Ｌｂ
ＯＥ＝ＡＢ＝ＣＤ＝ＦＧ＝Ｌｃ
図１に示す基準直方体１において、各辺を実３次元（Ｘ，Ｙ，Ｚ）座標に変換すると、辺ＯＡはＸ軸、辺ＯＥはＺ軸、辺ＯＦはＹ軸となる。
このとき、浮遊物３上に立設された長さＬｎの基準ポール２と、基準直方体１との３次元距離関係は、Ｘ軸距離ＯＸ１（＝Ｌｘ）、Ｙ軸距離Ｘ１Ｙ１（＝Ｌｙ）、Ｚ軸距離Ｙ１Ｏ１（＝Ｌｚ）で表すものとする。
また、図１において、堤防５上の点Ｑ１と浮遊物３上の点Ｑ２との間を結ぶロープ７（または、鎖）は、浮遊物３が流れていかないように浮遊物３を繋留しており、少なくとも、水面６の最大水位から最小水位までの変化に耐えられる所定長を有している。
堤防５側の基準直方体１（基準構造物）の底面および上面は、水面６と平行な座標面に対して平行であり、基準直方体１は、水面６（座標面）に対して垂直方向の既知寸法を有する。
また、後述するように、カメラ８には、ＰＣ（パソコン）が接続されており、ＰＣは、カメラ８により取得された画像データを記憶する記憶手段と、画像データに含まれる基準直方体１（既知寸度）および基準ポール２（基準線分）の２次元座標（基準直方体を基準として得られる）を３次元座標に変換する演算処理手段とを含み、得られた３次元座標に基づいて基準ポール２の３次元の座標位置を求めることにより、水面６の水位を計測する。
図２はこの発明の実施の形態１による基本構成をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
図２においては、堤防５などの固定位置に設けられた基準直方体１と、水面６に浮かんだ基準寸法Ｌｎの基準ポール２とを、デジタル式の１台の水位監視カメラ８（たとえばＩＴＶカメラからなり、以下、単に「カメラ８」ともいう）で同時に撮影した場合に、基準画像において得られる２次元座標（ｕ，ｖ）と、実３次元座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）との関係が示されている。
図２において、ｕ、ｖ座標値は、カメラ画像の２次元座標を示している。
周知のように、デジタルカメラの２次元座標は、画素数によって決定し、ｕ軸１０２４分解、ｖ軸１０２４分解とすると、総画素数は約百万画素となる。
図２においては、カメラ８で収得した２次元座標上において、基準直方体１の点Ｏの座標を（ｕ２，ｖ８）とし、基準ポール２と関係する点Ｘ１の座標を（ｕ２，ｖ９）とし、点Ｚ１の座標を（ｕ５，ｖ１２）としている。
また、水面６側の基準ポール２の下部Ｏ１の座標を（ｕ６，ｖ１１）とし、基準ポール２の上部Ｔ１の座標を（ｕ６，ｖ１０）としている。
つまり、図２に示す画像上において、基準ポール２の上部Ｔ１から下部Ｏ１までのｖ軸方向の長さ（ｖ１０−ｖ１１）は、実３次元座標上での長さＬｎとなる。
図３はこの発明の実施の形態１による座標変換原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図であり、基準直方体１の画像（２次元座標）から実際の３次元座標への変換原理を示している。
図３において、基準直方体１の各頂点Ｏ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇの画像の２次元座標と実３次元座標とを対比させると、以下のように、各頂点の２次元画像座標（左側）と３次元実座標（右側）とを、それぞれ、並列に表記することができる。
Ｏ（ｕ２，ｖ８）（０，０，０）
Ａ（ｕ２，ｖ４）（Ｌａ，０，０）
Ｂ（ｕ１，ｖ２）（Ｌａ，０，Ｌｃ）
Ｃ（ｕ３，ｖ１）（Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ）
Ｄ（ｕ４，ｖ３）（Ｌａ，Ｌｂ，０）
Ｅ（ｕ１，ｖ６）（０，０，Ｌｃ）
Ｆ（ｕ４，ｖ７）（０，Ｌｂ，０）
Ｇ（ｕ３，ｖ５）（０，Ｌｂ，Ｌｃ）  図４はこの発明の実施の形態１による座標変換原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図であり、基準直方体１および浮遊物上の基準ポール２を含む画像（２次元座標）から実際の３次元座標への変換時の各座標位置を示している。
図４においては、上記各頂点座標に加えて、基準ポール２との関係を示す各点Ｘ１、Ｚ１、Ｏ１、Ｔ１に対しても、以下のように、２次元座標（左側）と、実３次元座標（右側）とを対比させて、それぞれ、並列に表記することができる。
Ｘ１（ｕ２，ｖ９）（Ｌｘ，０，０）
Ｚ１（ｕ５，ｖ１２）（Ｌｘ，０，Ｌｚ）
Ｏ１（ｕ６，ｖ１１）（Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ）
Ｔ１（ｕ６，ｖ１０）（Ｌｘ＋Ｌｎ，Ｌｙ，Ｌｚ）
なお、各点Ｘ１、Ｚ１、Ｏ１、Ｔ１の表記座標において、各記号には、±符号が含まれる。
図５はこの発明の実施の形態１における水位変化時の計測原理を要部斜視図とともに示す説明図である。
図５において、水面６側で基準寸法Ｌｎを有する基準ポール２は、浮遊物３に立設されているので、繋留用のロープ７（または、鎖）の長さの範囲内で、水位の変化または水流などにより、たとえば、基準ポール２Ａおよび浮遊物３Ａで示す位置に自由に移動することができる。
このとき、基準ポール２の位置から基準ポール２Ａの位置への移動にともない、堤防５側（固定位置）に設けられた基準直方体１の頂点Ｏからの３次元距離Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚは、移動後の３次元距離Ｌｘ１、Ｌｙ１、Ｌｚ１に変化する。また、移動後の基準ポール２Ａの各頂点はＯ２、Ｔ２に変化するものとする。
図６はこの発明の実施の形態１による水位計測原理を要部側面図とともに示す説明図であり、水面６の実際の水位Ｈｄと、堤防５（固定位置）に設けられた基準直方体１の底面から浮遊物３（基準ポール２の点Ｏ１）までの距離Ｌｘとの関係を示している。
図６において、基準直方体１の底面から水底までの垂直距離Ｈｏは一定である。
また、基準ポール２の点Ｏ１から実水面位置までの垂直距離Ｈ２は、浮遊物３上の重量が一定であるため、通常は一定となる。
したがって、実水位Ｈｄは、以下の式（１）により表される。
Ｈｄ＝Ｈｏ−Ｈ２−Ｌｘ      ・・・（１）
式（１）を用いて、所定時間毎に、堤防５側に設けられた基準直方体１と、水面６側の基準ポール２（または、基準ポール２Ａ）との３次元位置関係を求め、水位Ｈｄを計算する。
次に、Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｎから、未知の寸法Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚを算出する方法の一例について、公知文献「３次元ビジョン」（徐剛および辻三郎、共立出版、１９９８年）を参考として説明する。
未知の寸法Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚの算出手順の要旨は、以下の（１ａ）〜（１ｄ）で表される。
（１ａ）３次元座標系から画像座標系への変換を、３×４の変換行列Ｐで表す。
（１ｂ）直方体の頂点（６点以上）の座標と、各頂点の画像上での座標を得る。
（１ｃ）各頂点の対応関係から、変換行列Ｐを求める。
（１ｄ）変換行列Ｐと基準寸法Ｌｎの画像上の座標とにより、基準ポール２の下部Ｏ１の３次元座標（Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ）を算出する。
［準備］
次に、上記算出手順（１ａ）〜（１ｄ）について、具体的に説明する。
まず、座標系を設定する。
３次元座標系で、直方体の１頂点を原点として、辺をＸ、Ｙ、Ｚ軸にとると、８個の頂点の座標は、それぞれ、（０，０，０）、（Ｌａ，０，０）、（０，Ｌｂ，０）、（０，０，Ｌｃ）、（０，Ｌｂ，Ｌｃ）、（Ｌａ，０，Ｌｃ）、（０，Ｌｂ，Ｌｃ）、（Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ）となる。
上記頂点座標のうち、カメラ８から見えているｎ個の頂点座標を（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）と表す（ｉ＝１、２，．．，ｎ）。
また、画像座標系で、写真画像上にｕ軸、ｖ軸をとり、このとき、見えているｉ個めの頂点は、（ｕｉ，ｖｉ）に写るとする。
（１ａ）まず、３次元座標系から画像座標系への変換は、以下の式（２）のように、変換行列Ｐで表現することができる。
2004076972.tif 000003
なお、式（２）において、αｕ、αｖは、焦点距離に画像のスケールファクタを乗じたものであり、θは画像座標系のｕ、ｖ軸のなす角（通常は９０度）、（ｕ０，ｖ０）は画像中心（以上、カメラの内部パラメータ）、Ｒは３次元の回転を表す３×３の行列、ｔは平行移動を表す３次元の縦ベクトルである。以上は、外部パラメータである。また、ｓはスカラである。
（１ｂ）続いて、直方体のｉ個めの頂点の変換は、以下の式（３）のようになる。
2004076972.tif 000004
（１ｃ）また、変換行列Ｐを決定する。式（２）を展開してｓｉを消去すれば、以下の式（４）となる。
2004076972.tif 000005
ｎ個の頂点についてまとめると、以下の式（５）となる。
2004076972.tif 000006
このとき、変換行列Ｐの成分からなるベクトルｐは、ＢＴＢの最小の固有値に対応する固有ベクトルとして求められる。
さらに、｜｜（ｐ３１，ｐ３２，ｐ３３）｜｜で各要素を除し、スケールを調整して変換行列Ｐとする。以降、変換行列Ｐは既知となる。
（１ｄ）最後に、（Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ）を算出する。このとき、既知寸法の３次元座標を（Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ）、（Ｌｘ＋Ｌｎ，Ｌｙ，Ｌｚ）とし、これらの画像上の座標を（ｕＡ，ｖＡ）、（ｕＢ，ｖＢ）とすると、変換行列Ｐにより、以下の式（６）となる。
2004076972.tif 000007
式（６）を展開してｓＡ、ｓＢを消去し、さらに、（Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ）について整理すると、以下の式（７）が得られる。
2004076972.tif 000008
以下、式（７）を解いて、（Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ）を得る。
次に、図７のフローチャートを参照しながら、この発明の実施の形態１による上記計算処理について具体的に説明する。
図７において、各処理ステップ１０３〜１０６の機能は、上記算出手順（１ａ）〜（１ｃ）に相当し、各処理ステップ１０７〜１０９の機能は、上記算出手順（１ｄ）に相当する。
まず、スタート処理（ステップ１００）においては、この処理プログラムの起動信号に応答して、通常のコンピュータに内蔵されたタイマ機能などの割込処理により、所定時間毎の起動が実行される。
続いて、ステップ１０１において、カメラ８による撮像画像を読み込み、基準直方体１とともに、水面６側の浮遊物３に対して垂直に立設された基準ポール２の画像を収得する。
以下、画像上での各座標を抽出し（ステップ１０２）、収得した画像に対して種々の演算処理（ステップ１０３〜１０６）を施すことにより、基準直方体１の各辺（Ｌａ，Ｌｂ，Ｌｃ）の線分と、基準ポール２の線分長さＬｎとを抽出する。
ここで利用される抽出方法については、公知の既刊参考書に記載された画像処理を適用することができるうえ、この発明に直接関連しないので、詳述を省略する。
なお、一般的な抽出方法としては、たとえば、カラー画像を収得し、フィルタにより濃淡画像に変換し、濃淡画像から濃度値のｕ軸、ｖ軸方向の１次微分（または、２次微分）によってエッジを強調させる方法、勾配ベクトルを用いて勾配ベクトルの大きさおよび方向の各値を抽出する方法、ハフ（Ｈｏｕｇｈ）変換により線分長さＬｎを抽出する方法、ならびに、パターンマッチング法などが利用される。これにより、線分長さＬｎが２値線分化されて抽出される。
これらの線分抽出処理においては、基準直方体１の各辺や水面６側の基準ポール２に対して、塗色を施して周囲画像と比較して濃淡の明確な色に設定するか、または、反射板を貼り付けることにより、各線分の抽出を容易にすることができる。
次に、線分抽出後に、水面６側の基準ポール２の線分長さＬｎが抽出できているか否か（Ｌｎの有無）を判定し（ステップ１０７）、カメラ画像上に線分長さＬｎが存在している（すなわち、ＹＥＳ）と判定された場合のみ、ステップ１０８に進む。
ステップ１０８においては、線分長さＬｎの端点の画像座標を読み取る。
続いて、変換行列Ｐと線分長さＬｎの座標とから、３次元座標距離（Ｌｘ，Ｌｙ，Ｌｚ）を計算し（ステップ１０９）、線分寸法Ｌｘを用いた前述の式（１）から実水位Ｈｄを計算して（ステップ１０９Ａ）、図７の処理を完了する（ステップ１１２）。
一方、ステップ１０７において、基準ポール２を検出することができず、線分長さＬｎが無い（すなわち、ＮＯ）と判定された場合には、計測用の浮きが異常であると見なし（ステップ１１０）、警報ブザー５２（図８参照）を駆動して（ステップ１１１）、図７の処理を異常完了する（ステップ１１３）。
警報ブザー５２の駆動により、オペレータは、異常発生への対処が促され、水面６側の基準ポール２が流失したり転倒したりしていないかを確認して、適宜の判断処理を行うことができる。
図８はこの発明の実施の形態１によるハードウェア具体例を示すブロック構成図である。
図８において、ＩＴＶカメラ８は、前述と同様に、堤防５側の固定位置に設置された基準寸法を有する基準直方体１と、水面６に浮遊する基準ポール２とを同時に確認できる位置および角度にセットされている。
カメラ８の近傍には、画像信号処理部７１と、Ｏ−Ｅ変換部およびＥ−Ｏ変換部７２とを備えたカメラ制御装置５５が設置されている。
カメラ８で撮像された画像は、カメラ制御装置５５内の画像信号処理部７１により画像信号として収得され、Ｏ−Ｅ変換部およびＥ−Ｏ変換部７２を通して、光ケーブル７３に光信号として送出される。
光ケーブル７３に送出された光信号（画像信号）は、Ｏ−Ｅ変換部およびＥ−Ｏ変換部６８と、画像表示制御部６９と、モニタ７０とを備えたカメラ画像表示装置５４に入力される。
カメラ画像表示装置５４は、カメラ画像を常時モニタして目視による監視を行うための装置であり、通常、カメラ８の設置場所から離れた事務所側に配置されている。
カメラ画像表示装置５４内のＯ−Ｅ変換部およびＥ−Ｏ変換部６８は、光ケーブル７３の光信号を電気信号に変換したり、または、電気信号を光信号に逆変換したりする。また、モニタ７０は、画像表示制御部６９の制御下でカメラ画像を表示する。
また、カメラ８からの画像信号は、カメラ画像表示装置５４を介して、カメラ制御・水位演算ＰＣ（パソコン）５３に入力される。
カメラ制御・水位演算ＰＣ５３は、ＰＣ用出力端末となるモニタ５７と、ＰＣ用入力端末となるキーボード５８およびマウス５９と、マイコン本体となるＣＰＵ６０と、演算用メモリとなるＲＡＭ６１と、記憶装置となるＨＤ（ハードディスク）６２と、外部機器に接続されたＩ／Ｏ６３と、画像信号が入力される画像Ｉ／Ｆメモリ６４と、キーボード５８およびマウス５９に接続された各機器ＩＦ６５と、モニタ５７に接続されたモニタ制御部６６とを備えている。
Ｉ／Ｏ６３には、外部機器となる水位表示器５１および警報ブザー５２が接続されている。
画像信号は、カメラ制御・水位演算ＰＣ５３内の画像Ｉ／Ｆメモリ６４を通してＣＰＵ６０に入力され、前述（図７）のフローチャートによる各線分寸法Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚおよび水位Ｈｄの計算に寄与する。
ＣＰＵ６０により算出された水位Ｈｄは、Ｉ／Ｏ６３を通して水位表示器５１に表示される。また、異常モードが発生した場合には、Ｉ／Ｏ６３を通して警報ブザー５２が駆動される。
このように、カメラ８から収得されたデジタル画像のデータを、カメラ制御・水位演算ＰＣ５３内で演算処理し、基準直方体１の３次元座標位置を計測基準とすることにより、水位計測対象物（ダム、河川、湖、海岸など）の水位を、設置が容易で且つ安価な一般的なカメラ８を用いて計測することができる。
また、既設の河川監視システムにおいても、容易に水位計測機能を追加することができる。
なお、ここでは、カメラ８側のカメラ制御装置５５と、事務所側のカメラ画像表示装置５４との間の通信を、光ケーブル７３を通して行うようにしたが、ＰＨＳなどの公衆回線、または、業務用無線などを用いてもよい。
また、異常時に警報ブザー５２のみを駆動するシステムとしたが、公衆回線などを用いて担当者などに連絡することもできる。
また、堤防５側の固定位置に設置された基準直方体１（または、立方体）の底面が、水面６に対して平行に設置されているものとして水位Ｈｄを計算したが、水面６に対する底面の傾斜角および傾斜方向などがあらかじめ明確に分かっていれば、補正を加えて水位Ｈｄを計算することもできる。
すなわち、カメラ８から収得した画像を、既知の傾斜角および傾斜方向を相殺するように逆補正回転させることにより、水面６に対する平行座標に修正した後の水位を計算することができる。このことは、後述する他の実施の形態においても同様である。
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、水位Ｈｄを計算するために、基準直方体１に関連した基準寸法Ｌｎの基準ポール２を用いたが、基準ポール２の代わりに、一辺がＬｎの基準正方形の図形を用いてもよい。
以下、図９および図１０を参照しながら、基準ポール２の代わりに基準正方形を用いたこの発明の実施の形態２の構成例および原理について説明する。
図９はこの発明の実施の形態２による水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図であり、図１０はこの発明の実施の形態２による水位計測用の浮遊物（正方形）３Ｂの２次元回転時における水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図である。
図９および図１０において、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。また、図９、図１０に示されない構成については、前述と同様であるものとする。
図９、図１０において、水面６側の浮遊物３Ｂ（浮きやブイなど）上には、前述（図１参照）の基準ポール２に代えて、一辺がＬｎ（＝Ｏ１Ｊ＝ＪＫ＝ＫＬ＝ＬＯ１）の基準正方形の図形が形成されている。
ここでは、図示されないが、カメラ８（図２参照）は、基準直方体１の画像と同時に、浮遊物３Ｂ上の基準正方形の画像を収得できるように配置されている。
図９内の浮遊物（正方形）３Ｂと前述（図１内）の浮遊物３との違いは、以下の通りである。
すなわち、浮遊物３（図１）の場合、水面６に対して垂直な基準ポール２は、回転しても基準直方体１のＸ軸に対して基本的に平行状態を維持するのに対し、浮遊物３Ｂ（図９）の場合には、基準正方形の各辺（Ｏ１Ｊ、ＪＫなど）は、ＹＺ面（水平面）方向に回転すると、基準直方体１のＹ軸やＺ軸に対して必ずしも平行状態を維持することができなくなる。
しかし、図９内の浮遊物３Ｂの場合、基準直方体１の各面ＡＢＣＤ、ＯＥＧＦに対する浮遊物３Ｂ上の基準正方形の面Ｏ１ＪＫＬの平行状態は、回転によらず維持される。
図１０は水面６側で浮遊物３Ｂが角度θだけ回転した状態を示し、基準正方形（Ｏ１，Ｊ，Ｋ，Ｌ）の図形を有する浮遊物３Ｂが、角度θだけ回転することにより、浮遊物３Ｃの状態になった様子を示している。
この場合、基準正方形の少なくとも３頂点は、カメラ８（図２、図８参照）により画像信号として検出され、３頂点の座標から基準正方形の２辺が画像座標上で確立される必要がある。
このときの計算処理は、基準正方形（Ｏ１，Ｊ，Ｋ，Ｌ）の画像から、基準直方体１の水平面（Ｙ−Ｚ軸平面）に平行な平面上にある３頂点（Ｏ１，Ｊ，Ｋ，Ｌのうちの３頂点）の３次元座標を求めること以外は、前述の実施の形態１と同様である。
したがって、この場合も、前述の実施の形態１と同様の作用効果を奏する。
上記説明において、一辺の長さ（＝Ｌｎ）が既知の基準正方形を用いたが、二辺が既知の基準長方形を用いてもよい。
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１では、水位Ｈｄを計算するために、基準寸法Ｌｎの基準ポール２を用いたが、基準ポール２の代わりに、一辺がＬｎの基準立方体（または、基準直方体）を用いてもよい。
以下、図１１および図１２を参照しながら、基準ポール２の代わりに基準立方体を用いたこの発明の実施の形態３の構成例および原理について説明する。
図１１はこの発明の実施の形態３による水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図であり、図１２はこの発明の実施の形態３による水位計測用浮遊物の３次元回転時における水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
この場合、浮遊物３上には、一辺の長さがＬｎの基準立方体１Ａが載置されており、基準立方体１Ａの画像は、カメラ８（図２、図８参照）により収得できるようになっている。
ここで、基準立方体１Ａの各一辺はＬｎであり、各頂点をＯ１、Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１、Ｇ１とすると、各頂点間の辺の長さは、以下の３つの式を満たす関係にある。
Ａ１Ｂ１＝Ｂ１Ｃ１＝Ｃ１Ｄ１＝Ｄ１Ａ１＝Ｌｎ
Ｏ１Ｅ１＝Ｅ１Ｇ１＝Ｇ１Ｆ１＝Ｆ１Ｏ１＝Ｌｎ
Ａ１Ｏ１＝Ｂ１Ｅ１＝Ｃ１Ｇ１＝Ｄ１Ｆ１＝Ｌｎ
なお、浮遊物３上の基準立方体１Ａは、当然ながら基準直方体であってもよいが、ここでは、固定側の基準直方体１と区別し易いように、代表的に基準立方体１Ａで総称して説明する。
図１１においては、堤防５側に設置された基準直方体１と、水面６側の基準立方体１Ａとにより、収得画像上に２組の３次元座標が得られるので、水面６側の基準立方体１Ａが波や風などによって大きく傾いた場合でも、基準立方体１Ａの少なくとも６頂点（および線分）を認識することにより、誤差のない水位Ｈｄを計測することができる。
図１２においては、水面上の基準立方体１Ａが傾斜して、基準立方体１Ｂの状態に変化した場合が示されている。
基準立方体１Ｂは、Ｘ軸傾斜角度α、Ｙ軸傾斜角度β、Ｚ軸傾斜角度γで、傾いているものとする。
この場合、基準直方体１から得られる座標軸と傾斜後の基準立方体１Ｂから得られる座標軸とから、各軸の回転角度α、β、γを求め、水面上の基準立方体１Ｂの画像を回転角度α、β、γだけ逆補正回転させて、基準直方体１の座標系に変換し、前述と同様の要領で各線分寸法Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚを求め、水位Ｈｄを計算する。
また、浮遊物３上の基準立方体１Ａは、水面６上の波などによって傾斜したとしても、傾斜角度が一義的に算出可能なので、容易に補正して正確に校正することができる。
また、水面上の基準立方体１Ａ（または、１Ｂ）は、各辺の長さが既知であるならば、直方体であっても同等の効果を有する。
実施の形態４．
なお、上記実施の形態１（図１参照）では、堤防５側（固定位置）に基準直方体１を設置し、水面６側の浮遊物３上に基準ポール２を立設したが、基準直方体１と基準ポール２との関係を逆に設定して、堤防５側に基準ポールを立設し、水面６側の浮遊物３上に基準立方体を取り付けてもよい。
図１３は堤防５側と水面６側との基準構造物（基準直方体、基準ポール）の関係を逆に設定したこの発明の実施の形態４による水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図である。
図１３においては、前述（図１）の堤防５側の基準直方体１と水面６側の基準ポール２との関係が逆に設定されており、堤防５側の固定位置Ｏ１には基準ポール２Ｂが立設され、水面６側の浮遊物３上には、基準立方体１Ａが取り付けられている。
基準ポール２Ｂは、水面６に対して垂直な長さＬｎを有している。
図１３の構成からなるシステムによれば、前述の実施の形態１と同様の計算方法を用いて水位Ｈｄを計算することができる。
この場合も、水面６側の基準立方体１Ａは、各辺の寸法が既知の基準直方体であってもよい。
実施の形態５．
なお、上記実施の形態２（図９、図１０参照）では、堤防５側（固定位置）に基準直方体１を設置し、水面６側の浮遊物３上に基準正方形を形成したが、基準直方体１と基準正方形との関係を逆に設定して、堤防５側に基準正方形を形成し、水面６側の浮遊物３上に基準立方体を取り付けてもよい。
図１４は堤防５側と水面６側との基準構造物（基準直方体、基準正方形）の関係を逆に設定したこの発明の実施の形態５による水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図である。
図１４においては、前述（図９、図１０）の堤防５側の基準直方体１と、水面６側の基準正方形（浮遊物３Ｂ）との関係が逆に設定されている。
すなわち、堤防５側の固定位置Ｏ１には、基準正方形３Ｄが設置されており、基準正方形３Ｄは、一辺の長さＬｎ（＝Ｏ１Ｅ１＝Ｅ１Ｇ１＝Ｇ１Ｆ１＝Ｆ１Ｏ１）を有し、基準正方形３Ｄの平面は、水面６に対して平行に形成されている。
また、水面６上の浮遊物３上には、基準立方体１Ａが取り付けられている。
図１４において、水面６上の基準立方体１ＡのＺ軸は、堤防５側の基準正方形３ＤのＺ軸に対して、角度θ１だけ回転している。
図１４の構成によれば、前述（図９、図１０参照）の実施の形態２と同様の計算方法により、水位Ｈｄを計算することができる。
この場合も、水面６上の基準立方体１Ａは、各辺の寸法が既知の基準直方体であってもよい。
また、固定位置Ｏ１に一辺の長さ（＝Ｌｎ）が既知の基準正方形３Ｄを配設したが、二辺が既知の基準長方形を配設してもよい。
実施の形態６．
なお、上記実施の形態１では、堤防５側（固定位置）に基準直方体１を設置したが、仮設基準構造物（仮設ダンボール箱など）を一時的に仮配置して、仮設ダンボール箱の画像が取得されて記憶された後に、仮設ダンボール箱を排除してもよい。
図１５は固定側の基準直方体として仮設ダンボール箱１Ｃを用いたこの発明の実施の形態６による説明図であり、撮像後に排除された仮設ダンボール箱１Ｃの位置を破線で示している。すなわち、図１５においては、過去に記憶した仮設ダンボール箱（基準直方体）１Ｃの座標を用いた水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示している。
なお、制御演算システムの基本的な構成は、前述の図８に示した通りである。
図１５において、まず、前述（図１〜図６参照）の基準直方体１に近似した仮設ダンボール箱１Ｃを仮設置し、たとえばシステム電源投入時に、所定のカメラ位置で仮設ダンボール箱１Ｃの画像を一度収得する。
また、カメラ制御・水位演算ＰＣ５３（図８参照）においては、仮設ダンボール箱（基準直方体）１Ｃを、所定座標上に記憶する。たとえば、図１５に示すように、仮設ダンボール箱１Ｃの点Ｏ（基準点）を画像座標（ｕ２，ｖ８）に記憶する。
その後、仮設ダンボール箱１Ｃを取り除き、初期の記憶画像の座標を用いて水位を計算する。
このときの算出原理は、仮設ダンボール箱（基準直方体）１Ｃの座標位置と、水面６上の基準ポール２を撮像する画像収得用のカメラ位置とが固定されていれば、仮設ダンボール箱１Ｃの座標位置により計算された基準ポール２の画像の３次元座標および基準寸法は固定されることを利用している。
図１６および図１７はこの発明の実施の形態６によるＰＣ５３（パソコン）上の処理手順を示すフローチャートであり、図１６は堤防５（固定側）に設けられた基準直方体を仮設ダンボール箱１Ｃとした場合の演算処理を示し、図１７は仮設ダンボール箱１Ｃを用いた場合の警報判定処理を示している。
なお、図１６および図１７の基本的な処理内容は、前述の実施の形態１のフローチャート（図７）を分解したものであり、前述と同様の処理ステップには、同一符号が付されている。
すなわち、図１６の処理フローは、仮設ダンボール箱１Ｃの画像を収得して座標変換用の変換行列Ｐを求め、変換行列Ｐを一旦記憶する初期記憶処理に対応する。また、図１７の処理フローは、記憶した変換行列Ｐと水面６上の基準ポール２の画像座標とを用いて、水位Ｈｄを計算する水位計測処理に対応する。
また、図１６の処理は、基準直方体などの撮像可能時間帯（たとえば、昼間の所定時間）のシステム起動時に、または所定時間に１度起動され、図１７の処理は、前述の図７と同様に、所定時間毎のタイマ割込処理によって起動される。
図１６において、まず、計測用のカメラ画像を読み込み（ステップ１０１）、仮設ダンボール箱１Ｃ（基準直方体）の基準線分の寸法Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃの抽出により、各基準頂点の画像上での座標を抽出する（ステップ１０２Ａ）。
以下、前述と同様に変換行列Ｐを求め（ステップ１０３〜１０６）、その後、変換行列Ｐの値をパソコン内の記憶装置に記憶して（ステップ１１４）、図１６の処理を完了する（ステップ１１２）。
また、図１７においては、カメラ画像を読み込み（ステップ１０１）、水面６上の基準寸法Ｌｎからなる基準ポール２の線分抽出により、基準頂点Ｏ１、Ｔ１の画像上での各座標（ｕ６，ｖ１１）、（ｕ６，ｖ１０）を抽出する（ステップ１０２Ｂ）。
以下、前述と同様に、画像上に基準寸法Ｌｎ（基準ポール２）が存在するか否かを判定し（ステップ１０７）、存在する（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、基準寸法Ｌｎの画像上の座標を読み取る（ステップ１０８）。
続いて、変換行列Ｐの記憶値を読み出し（ステップ１０９Ｂ）、前述と同様に、３次元距離Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚを計算し（ステップ１０９）、実水位Ｈｄを計算して（ステップ１０９Ａ）、図１７の処理を完了する（ステップ１１２）。
一方、ステップ１０７において、基準ポール２の基準寸法Ｌｎが存在しない（すなわち、ＮＯ）とは判定されれば、警報ブザーを駆動して異常完了する（ステップ１１０〜１１３）。
このように、電源投入時に撮像された仮設ダンボール箱１Ｃを撤去しても、基準直方体としての画像上の座標記憶値を用いて、正確に水位Ｈｄを算出することができる。
なお、ここでは、変換行列Ｐを収得後に仮設ダンボール箱１Ｃを撤去していることから、処理内容を図１６および図１７に分離したが、前述の実施の形態１によるフローチャート（図７）においても、水位計算時の演算時間の短縮を目的として、同様に処理内容を分離してもよい。この場合、水位計算時において、固定側の基準直方体１の座標位置として初期の記憶値が用いられる。
また、詳述を省略するが、前述（図１１〜図１４）の実施の形態３〜５による配置例（堤防５側に配置された基準直方体１、基準ポール２Ｂ、基準正方形３Ｄ）においても、同様に水位計算時に初期に記憶された座標値を利用することができる。また、このときのハードウェアは、いずれの場合も、前述の図８をそのまま利用することができる。
実施の形態７．
なお、上記実施の形態１〜６では、夜間の水位計測について特に言及しなかったが、夜間でも水位の収得を可能にするために、固定側および浮遊側に配設される各基準点（各頂点）に発光ダイオードなどの発光物体を配置してもよい。
図１８は基準点に発光物体を配置したこの発明の実施の形態７による水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図である。
図１８においては、夜間に水位を収得する場合を考慮して、堤防５上に配置された基準構造物１Ｌ（基準直方体１など）と、水面６上の浮遊物３に立設された基準寸法Ｌｎの計測対象物２Ｌ（基準ポール２など）との各所定頂点（基準点）に、ランプ照明や発光ダイオードなどの発光体７６、７７を点灯させた状態を示している。
図１８のように発光体７６、７７を設けることにより、夜間においても各頂点をカメラ８で撮像することができ、基準寸法Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｎを有する各辺は、カメラ制御装置５５を含むパソコン上で認識することができる。
図１８において、発光体７６、７７は、発光ダイオードに限らず、近傍に大容量の給電設備があれば、通常の照明であってもよく、また、カメラ８側から照明などにより照らすことができれば、蛍光物質や光反射板であってもよい。
また、水面６上においてロープで浮遊範囲が制限された基準ポール２の頂点に設けられる発光体７７としては、通常のランプや発光ダイオードなどを容易に適用することができ、発光体７７への給電は、浮遊物３上に取り付けられたバッテリなどにより容易に行うことができる。
また、夜間（または、悪天候）などの条件によって周囲が暗くなり、各構造物の画像が収得できない状態で、ランプ切れなどの発光体７６、７７の異常が発生した場合も、パソコンのソフトウエア上で容易に異常検出を行うことができ、たとえば警報ブザー５２（図８参照）の駆動により異常通報することができる。
また、降雪地方における雪対策として、堤防５側に設置された基準直方体１、水面６上で規準寸法Ｌｎを有する浮遊物３、または、堤防５の端面のマーカ標識などに、発熱線（ニクロム線など）を通すことにより、雪を溶かして規準線分の抽出を容易にすることもできる。
実施の形態８．
なお、上記実施の形態７では、各基準点に発光体７６、７７を設けたが、固定側の基準点として記憶値を用いることを考慮すれば、夜間においては、浮遊側の基準点のみに照明を当てることにより、水位Ｈｄを計測できるように構成してもよい。
図１９は浮遊側の基準点のみに照明を当てるように構成したこの発明の実施の形態８による水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図であり、夜間または悪天候などの条件によって周囲が暗い場合を示している。
図１９において、カメラ８側に設置された照明ランプ７５は、カメラ制御装置５５内の照明電源部７４により駆動され、堤防５側に配置された基準直方体１を照らさずに、水面６上の浮遊物３上の基準ポール２のみを照らしている。
この場合、夜間の水位計測時においては、浮遊物３上の基準ポール２の画像のみが収得可能となっている。
なお、この発明の実施の形態８によるハードウェア構成は、前述（図８参照）と同様であり、ＰＣ部の処理手順は、図１６および図１７のフローチャートにより容易に実現することができる。
また、前述の実施の形態７の場合と同様に、基準ポール２の画像が収得できない異常状態（ランプ切れなど）も、パソコン上のソフトウエアで容易に検出することができ、警報ブザー５２で通報することができる。
実施の形態９．
なお、上記実施の形態１〜８では、浮遊物の流失防止について詳細に考慮しなかったが、浮遊物の流失防止対策を具体的に施してもよい。
図２０〜図２３は、浮遊物３の流失防止対策を具体的に施したこの発明の実施の形態９による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
図２０は、フェンスによる浮遊物３の浮遊範囲を示しており、図２１は、堤防５の端面にロープ７などにより繋留された浮遊物３の浮遊範囲を示しており、図２２は、錨（または、ロープなど）により繋留された浮遊物３の浮遊範囲を示している。
また、図２３は、堤防５側のアーム８５と、アーム８５に取り付けられた返し車８２と、ロープ８３と、釣り合い錘８４とにより繋留された浮遊物３Ｂを示している。
図２４はこの発明の実施の形態９による異常判定処理を示すフローチャートであり、計算結果が所定値内か否かにより異常を判定する処理を示している。
この場合、水位計測時において、水面６側の浮遊物３上の基準ポール２、浮遊物３Ｂ上の基準正方形、浮遊物３上の基準立方体１Ａは、堤防５側に配置された基準直方体１（または、基準ポール２Ｂ、基準正方形３Ｄ）と一緒に、カメラ８により画像収得できるように、且つ、水面６上で移動して流失しないように構成されている。
まず、図２０において、基準ポール２を有する浮遊物３は、フェンス（オイルフェンスなどと同様の浮遊構造物）により、頂点Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１（または、Ｅ１、Ｇ１、Ｆ１、Ｈ１）で限定された一点鎖線の範囲内で包囲されている。このとき、浮遊物３の上記移動範囲は、カメラ８の撮像範囲内に制限されている。
なお、フェンスは、図示されていないが、浮きやブイ、または、錨などで構成されている。
図２０において、Ｙ軸およびＺ軸（水平）方向の正常浮遊範囲は、水位が最大の場合には、四角形Ａ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１で示す範囲となり、水位が最小の場合には、四角形Ｈ１、Ｅ１、Ｇ１、Ｆ１で示す範囲となる。
また、Ｘ軸（垂直）方向の正常浮遊範囲は、水位変化が最大になる範囲（最大水位−最小水位）として、以下のように表される。
Ａ１Ｈ１＝Ｂ１Ｅ１＝Ｃ１Ｇ１＝Ｄ１Ｆ１
すなわち、計算した基準線分の３次元距離Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚの各端点Ｘ１、Ｚ１、Ｏ１は、上記範囲（図２０内の一点鎖線参照）内に存在することになり、この範囲以外の値は、システムとして異常と判定される。
また、図２１において、水面上の浮遊物３は、長さＲのロープ（または、鎖）７により、堤防５の端面の点Ｑ１に繋留されており、堤防５の端面線分で示す水位面（Ｍ１−Ｎ１）を含む半径Ｒの水面上範囲内で移動する。
すなわち、水平面（Ｙ軸およびＺ軸）に関する移動範囲は、水面６の水位がロープ７の堤防５側の繋留点Ｑ１の垂直位置と一致する場合に最大となり、繋留点Ｑ１を中心としたロープ長さＲの半円内となる。
この場合も、浮遊物３（基準ポール２）の移動範囲は、カメラ８の撮像範囲内に制限されている。
したがって、上記半円範囲が３次元距離Ｌｙ、Ｌｚの正常範囲となり、垂直方向の３次元距離Ｌｘは、水位Ｈｄの変化範囲となる。
また、図２２において、水面上の浮遊物３は、ロープ（または、鎖）１３を介して、点Ｑで錨１２に繋留されている。
この場合、錨１２は深さ（水位）Ｈｄの水底に落下しているので、浮遊物３は、ロープ１３の長さＲ１と水位Ｈｄとで決定される半径Ｒ２の水面上範囲内で移動する。
すなわち、図２２において、浮遊物３（基準ポール２）の移動範囲は、錨１２の繋留位置Ｑを頂点とし、且つロープ７の長さＲ１を稜辺ＰＱとした円錐で決定され、この円錐の底面の円部分が移動範囲となる。
ここで、水位（深さ）Ｈｄは、線分Ｏ１Ｑであるから、半径ＰＯ１は、以下の式で表される。
2004076972.tif 000009
上記半径ＰＯ１の円範囲が３次元距離Ｌｙ、Ｌｚの正常範囲となり、垂直方向の３次元距離Ｌｘは、水位Ｈｄの変化範囲となる。この場合、当然ながら、浮遊範囲の最大領域は、水位Ｈｄが小さい（浅い）場合の錨１２の位置Ｑを中心とした半径Ｒ１の円となる。
また、図２３において、水面６上の基準正方形を有する浮遊物３Ｂは、堤防５側から水面６側に突き出したアーム８５と、アーム８５に取り付けられた返し車８２とに関連して、ロープ（または、ワイヤなど）８３の一端に連結されている。この場合、浮遊物３Ｂ（基準正方形）は、ロープ８３の他端に連結された釣り合い錘８４によって、カメラ８の撮像範囲内となり、且つ浮遊範囲が極めて小さくなるように制限されている。
次に、図２４のフローチャートを参照しながら、異常判定のための処理について詳細に説明する。
図２４において、まず、タイマ割込によって起動すると（ステップ１１５）、３次元距離Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚが正常領域範囲内であるか否かを判定し（ステップ１１６）、もし正常領域外と判定されれば、モニタ５７などを駆動して計測異常を示す警報表示を行い（ステップ１２０）、同時に、警報ブザー５２を駆動して（ステップ１１１）、図２４の処理を異常完了して再試行可能にする（ステップ１２２）。
一方、ステップ１１６において、３次元距離Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚが正常領域内と判定されれば、水位Ｈｄを計算し（ステップ１１７）、計算された水位Ｈｄが所定の増水警報水位以上であるか否かを判定する（ステップ１１８）。
ステップ１１８において、Ｈｄ＜増水警報水位（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、算出された水位Ｈｄを水位表示器５１（図８算出）に表示させて（ステップ１１９）、図２４の処理を完了する（ステップ１２３）。
一方、水位Ｈｄが所定水位よりも上昇し（３次元距離Ｌｘが小さくなり）、ステップ１１８において、Ｈｄ≧増水警報水位（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、増水状態を報知するために警報ブザー５２を駆動し（ステップ１２１）、ステップ１２３に進む。
この場合、増水報知に利用される警報ブザー５２は、他の異常報知の場合と明確に区別するために、音色を変化させたり、断続音で報音するように駆動される。これにより、異常の種類を聴感で瞬時に判断することができる。
このように、浮遊物の移動可能範囲を規定することにより、浮遊物が流出してカメラ８の撮像範囲から逸脱することを防止することができる。
また、算出された３次元距離が異常領域を示す場合には、計測異常状態を認識して、迅速に且つ確実に警報することができる。
実施の形態１０．
なお、上記実施の形態１〜９では、堤防の端面形状について特に考慮しなかったが、堤防の端面が水面６に対して垂直関係にある（または、既知の所定角度だけ傾斜している）場合には、堤防側の基準直方体１の底面（Ｙ−Ｚ面）を水面６に対して平行となるように配置し、浮遊物３（図１参照）を省略してもよい。
図２５〜図２８は浮遊物を省略したこの発明の実施の形態１０による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図であり、それぞれ異なる状況を示している。各図において、前述と対応する箇所に対しては、それぞれ、前述と同一符号が付されている。
図２５および図２６はこの発明の実施の形態１０により適用可能な堤防の第１の構成例を示している。
図２５は水の透明性（光の関係）が低い場合であって堤防５Ａの端面（Ｍ１−Ｎ１）が完全に抽出可能な状態を示している。また、図２６は水の透明性が高い場合であったり、光線の関係や天候の関係により水面に相当する堤防５Ａの端面（Ｍ１−Ｎ１）の抽出が不完全（部分的に可能）な状態を示している。
なお、この発明の実施の形態１０に適用される基本的なハードウェア構成は、図８に示した通りである。
図２９および図３０はこの発明の実施の形態１０による変換行列の演算処理手順および線分認識処理手順を示すフローチャートであり、ＰＣ（パソコン）本体５６内のタイマ割込によりノードａを介して連続的に実行される処理を示している。
図２５において、コンクリートなどにより構築された堤防５Ａの端面は、水面６に対して垂直に形成されている。
堤防５Ａ側の固定位置には、基準寸法を有する基準直方体１が配置されており、基準直方体１の底面（Ｙ−Ｚ面）は、水面６に対して平行となっている。
ＩＴＶカメラ８は、基準直方体１と堤防５Ａの端面において、水位が高い場合の水位面（Ｍ１−Ｎ１）の画像、または、水位が低い場合の水位面（Ｍ２−Ｎ２）の画像を収得する。また、カメラ制御装置５５およびＰＣ（図８参照）は、図２９の処理手順により、基準直方体１の辺の線分を抽出して３次元座標を確立する。
このとき、前述の実施の形態１〜９とは異なり、浮遊物の位置を検出する必要がないので、頂点ＯからのＹ軸方向の３次元距離Ｌｙを「０」に固定することができる。したがって、Ｚ軸方向の３次元距離Ｌｚ（Ｏ−Ｏ１の長さ）、ならびに、堤防５Ａの側端水位面（Ｍ０−Ｎ０）から水面６までの距離Ｌｘ１、Ｌｘ２の計算が容易となる。ただし、３次元距離Ｌｙは、必ずしも「０」に固定されるものではなく、必要に応じて任意の値に設定されてもよい。
ここで、図３０のフローチャート（図２９の変換行列Ｐの演算処理に続いて実行される）を参照しながら、この発明の実施の形態１０により水位Ｈｄを計算するための具体的手順について説明する。
まず、画像の濃淡の変化分から、堤防５Ａ上の水位面線分（Ｍ０−Ｎ０）を抽出し（ステップ１２４）、同様に画像濃淡変化分から、高水位の場合の水位線分（Ｍ１−Ｎ１）、または、低水位の場合の水位線分（Ｍ２−Ｎ２）を抽出する（ステップ１２５）。
以下、水面線分の認識の有無を判定し（ステップ１２６）、たとえば、水面と堤防との境界線検出状態が良好（図２５参照）であって、認識有り（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、続いて、水面線分の完全認識の有無を判定する（ステップ１２６Ａ）。
ステップ１２６Ａにおいて、完全認識（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、画面上の３次元距離を求めて各点（図２６内のＯ１、Ｓ３およびＹ５、または、図２５内のＯ１、Ｓ１およびＳ２）を確定し（ステップ１２６Ｃ）、ステップ１３０に進む。
このとき、各長さＬｚ、Ｌｘ１、Ｌｘ２、Ｌｙは、以下のように表される。
ＯＯ１＝Ｌｚ、
Ｏ１Ｓ１＝Ｌｘ１、
Ｏ１Ｓ２＝Ｌｘ２、
Ｌｙ＝０
また、ステップ１２６Ａにおいて、不完全認識（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、不完全線分の補正または短線分１本を利用して（ステップ１２６Ｂ）、ステップ１２６Ｃに進む。
一方、水面と堤防との境界線検出状態が不良（図２６参照）であって、ステップ１２６において、水面線分の認識が無い（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、異常警報を行い（ステップ１２７）、オペレータのマウス操作により堤防５Ａおよび水面に関連して、Ｙ軸に対して平行な直線を引く（ステップ１２８）。続いて、画面上の各点（Ｚ軸と線分（Ｍ０−Ｎ０）との交点Ｏ１）を確定し、点Ｏ１を通過し且つＸ軸に対して平行な線分と、水位線分（Ｍ１−Ｎ１）または（Ｍ２−Ｎ２）との交点Ｓ１またはＳ２を確立し（ステップ１２９）、ステップ１３０に進む。
一般に、堤防５Ａの端面（水位面）線分（Ｍ１−Ｎ１）または（Ｍ２−Ｎ２）は、Ｙ軸に平行なので、図２６のように、水位面（Ｍ１−Ｎ１）または（Ｍ２−Ｎ２）（図２５参照）の画像から水面６の線分を完全に抽出することが困難な場合でも、部分的に２個所の部分的線分（たとえば、短線分（Ｍ１−Ｎ３）、（Ｍ４−Ｎ１））が抽出可能であれば、水面６に相当する直線（Ｍ１−Ｎ１）を確定することができる（ステップ１２６Ｂ）。
したがって、水位線分（Ｍ１−Ｎ１）が完全に検出することができない場合でも、短い線分のみが検出可能であれば、図２５内の点Ｓ１を確立することができる（ステップ１２６Ｃ）。
なお、図２６において、中間部の短線分（Ｍ３−Ｎ４）のみしか抽出できない場合には、仮に、短線分（Ｍ３−Ｎ４）の延長線上に端面線分（Ｍ１−Ｎ１）を確立すると、水位面（Ｍ１−Ｎ１）に角度誤差が発生するおそれがある。したがって、この場合には、ステップ１２６Ｃにおいて、新たな点Ｓ３（図２６参照）を設定して、以下の演算処理を行う。
まず、短線分（Ｍ３−Ｎ４）上の中点（または、中間部の任意の点）をＳ３とし、点Ｓ３を通過し且つＸ軸に対して平行な線（点線参照）を描き、堤防５Ａの端面線分（Ｍ０−Ｎ０）の交点Ｏ１を求める。
次に、点Ｏ１を通過し且つＺ軸に対して平行な線を引き、Ｙ軸との交点Ｙ５を求める。
このように画像の座標軸を確立すると、各線分の関係は、以下のように表される。
ＯＹ５＝Ｌｙ、
Ｙ５Ｏ１＝Ｌｚ、
Ｏ１Ｓ３＝Ｌｘ
したがって、図３０内のステップ１３０において、変換行列Ｐから実３次元座標の距離Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚを計算することができる。
また、図２５または図２６内の一点鎖線で示す水面６の存在範囲（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４）は、小さく設定することが可能であるため、水面６の線分抽出を容易にすることができる。
なぜなら、前回計算された水位から所定時間後（今回計算時）の水位までの変化可能な最大変化水位幅は、水面６の存在範囲（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４）の垂直線分（Ｙ１−Ｙ３）および（Ｙ２−Ｙ４）は、水位計測のサンプリング時間を水位変化量と比較して短く設定すれば、非常に小さくすることができるからである。したがって、所定の狭い範囲においては、水面６に相当する線分の濃淡画像の変化分のスレッシュホールドレベルを、堤防５Ａの端面線分（ＭＯ−Ｎ０）の抽出時と比較して小さく設定することが可能となり、水面６の線分を抽出することも容易となる。
また、上記処理においても、ステップ１２６において、水面６に相当する線分（Ｍ１−Ｎ１）または（Ｍ２−Ｎ２）を確定することができない場合には、ステップ１２７により警報ブザー５２を駆動する。
これにより、異常報知された監視員（オペレータ）の判断にしたがい、ステップ１２８において、水面６に関する線分Ｍ１−Ｎ１（または、Ｍ２−Ｎ２）をマウス５９の操作などで画面上に引くことができ、点Ｓ１または点Ｓ２を検出して水位Ｈｄを計算することができる。
水面６の線分が確定した後、点Ｏ１からＸ軸に平行な線を水面６に下ろして、水面６との交点をＳ１（または、Ｓ２）とし、この線分Ｏ１−Ｓ１（または、Ｏ１−Ｓ２）を、前述と同様に、以下のように、３次元距離Ｌｘ１、Ｌｘ２に対応付ける。
Ｏ１Ｓ１＝Ｌｘ１、
Ｏ１Ｓ２＝Ｌｘ２
したがって、ステップ１２９において、２次元画面上での座標Ｌｘ１、Ｌｘ２が求められ、続くステップ１３０において、変換行列Ｐにより、実際の３次元座標でのＬｘ１、Ｌｘ２が求められる。
さらに、ステップ１３０Ａにおいて、堤防端面Ｏ１から水底までの既知の深さをＨｏとすれば、高い水位面（Ｍ１−Ｎ１）での水位Ｈｄ１を、以下のように算出することができる。
Ｈｄ１＝Ｈｏ−Ｌｘ１
同様に、低い水位面（Ｍ２−Ｎ２）での水位Ｈｄ２を、以下のように算出することができる。
Ｈｄ２＝Ｈｏ−Ｌｘ２
なお、この場合、Ｚ軸（Ｏ−Ｏ１）と堤防（Ｍ０−Ｎ０）との関係は、必ずしも直角である必要はなく、任意の角度を有していても、カメラ８による計測に基づいて、カメラ制御・水位演算ＰＣ５３（図８参照）において容易に計算することができる。
また、図２５または図２６において、３次元距離Ｌｚは、既知寸法を有する基準構造物の座標から計算可能であるが、通常は計測可能であることから、３次元距離Ｌｚを既知寸法とすれば、水位計算をさらに簡略化することができる。
なお、上述した通り、図２５は、写真計測した画像の濃淡処理により堤防５Ａと水面６との境界線分（Ｍ１−Ｎ１）が完全に抽出された状態を示し、図２６は、境界線分（Ｍ１−Ｎ１）が完全に検出されない状態を示す。
したがって、図２６の状況下においては、
（１）境界線分が全く検出されない場合には、モニタ画面上のマニュアル（マウス操作）で境界線分（Ｍ１−Ｎ１）を引き（ステップ１２８）、
（２）境界に相当する複数の小線分（Ｍ３−Ｎ４、Ｍ４−Ｎ１など）が検出された場合には、図２５内の線分（Ｏ−Ｏ１−Ｓ１）を適用し（ステップ１２６Ｃ）、
（３）単一の小線分（Ｍ３−Ｎ４）のみが検出可能な場合には、図２６内の線分（Ｏ−Ｙ５−Ｏ１−Ｓ３）を検出する（ステップ１２６Ｂ、１２６Ｃ）。
上記のように検出条件（１）〜（３）に応じて処理を分ける理由は、水面６の境界線の濃淡検出条件は、水面６上の各種条件（水の透明性、反射、屈折、天候、時刻など）によって変化し、単純なソフトウェアを用いた対応が困難であるからである。
また、上記検出条件（２）、（３）を分けて考慮する理由は、上述した通り、１本の小線分（Ｍ３−Ｎ４）を延長して境界線分（Ｍ１−Ｎ１）を形成した場合には、誤差が大きくなってしまうからである。
図３０内のステップ１２９は、境界線分が全く検出できなかった場合（検出条件（１））の処理を示し、ステップ１２６Ｃは、上記検出条件（２）、（３）の両方を表現している。
図２７はこの発明の実施の形態１０により適用可能な堤防の第２の構成例を示しており、前述（図２５、図２６参照）の堤防５Ａとは異なり、段付き形状の堤防５Ｂを示している。
図２７において、基本的構成は前述（図２５、図２６）と同様であるが、堤防５Ｂの端面線分（Ｍ０−Ｎ０）を含む面は、基準直方体１の底面よりもＬｘ２だけ高くなっている。
この場合、堤防５Ｂの内側線分（Ｍ６−Ｎ６）は、カメラ８から認識することができず、カメラ画像から計測することが不可能である。
したがって、まず、基準直方体１の底面から堤防５Ｂの最上部面（Ｍ０，Ｍ５，Ｎ５，Ｎ０）までの高低差Ｌｘ２を事前に計測しておき、高低差Ｌｘ２を既知寸法としてカメラ制御・水位演算ＰＣ５３に与えておく。
次に、基準直方体１の頂点ＯからＸ軸上の点Ｘ３までの線分（Ｏ−Ｘ３）を、以下の関係を満たすように求める。
ＯＸ３＝Ｌｘ２
続いて、点Ｘ３を通過し且つＺ軸に平行な線分（Ｘ３−Ｘ１−Ｏ１）を引く。このとき、点Ｘ１は、線分（Ｍ５−Ｎ５）との交点、点Ｏ１は線分（Ｍ０−Ｎ０）との交点である。
こうして求められた点Ｏ１から、Ｘ軸に平行な線分（Ｏ１−Ｓ１）を引く。
点Ｓ１は、堤防５Ｂの端面と水面６との境界線（Ｍ１−Ｎ１）と、点Ｏ１を通り且つＸ軸に対して平行な線分との交点であり、前述（図３０参照）のフローチャートと同様の処理により抽出される。
このように、３次元距離Ｌｘ１、Ｌｙ、Ｌｚ１＋Ｌｚ２を求めることができる。
なお、図２７においても、前述（図２５）と同様に、Ｙ軸方向の３次元距離Ｌｙ０とすることができる。
また、３次元距離Ｌｚ１＋Ｌｚ２は、通常計測可能であることから、これを既知寸法とすれば、水位計算をさらに簡略化することができる。
図２８はこの発明の実施の形態１０により適用可能な堤防の第３の構成例を示しており、前述（図２５〜図２７参照）の堤防５Ａ、５Ｂとは異なり、斜面形状の堤防５Ｃを示している。
図２５〜図２７においては、堤防５Ａ、５Ｂの端面形状が水面６に対して直角関係にあったが、図２８においては、堤防５Ｃの端面が水面６に対して直角関係ではなく、実角度θだけ傾斜している。
図２８の場合も、堤防５Ｃの断面形状が画像として与えられていなければ、実角度θをカメラ画像から計測することは不可能である。
したがって、まず、堤防５Ｃの端面と水面６とのなす実角度θを事前に計測しておき、カメラ制御・水位演算ＰＣ５３に与えておく。ここで、３次元距離Ｌｚは、計算可能であるが、計測して既知寸法としてもよい。
また、前述と同様に、堤防５Ｃの端面線分（Ｍ０−Ｎ０）、および、堤防５Ｃと水面６との境界線（Ｍ１−Ｎ１）を、画像から抽出する。
次に、Ｚ軸と堤防５Ｃの端面線分（Ｍ０−Ｎ０）との交点をＯ１とし、点Ｏ１を通過し且つＸ軸に対して実角度θをなす直線（Ｏ１−Ｓ１）を引く。ただし、画像上においては、実角度θおよび基準直方体１の寸法を用いて、画像角度に補正演算して、直線（Ｏ１−Ｓ１）を引く。ここで、点Ｓ１は、堤防５Ｃの端面と水面６の境界線（Ｍ１−Ｎ１）との交点である。
次に、点Ｓ１を通り且つＺ軸に対して平行な直線（Ｓ１−Ｘ１）を引き、また、点Ｏ１を通り且つＸ軸に対して平行な直線（Ｏ１−Ｘ１）を引く。
図２８において、点Ｘ１は、Ｚ軸に対して平行な直線（Ｓ１−Ｘ１）と直線（Ｏ１−Ｘ１）との交点となり、線分（Ｏ１−Ｘ１）は、以下のように表される。
Ｏ１Ｘ１＝Ｌｘ１
このように３次元距離Ｌｘ１、Ｌｙ、Ｌｚを求めることにより、前述と同様に、実水位Ｈｄを求めることができる。
なお、図２８の場合も、前述と同様に、Ｙ軸方向の３次元距離Ｌｙは、Ｌｙ＝０とすることができる。
また、Ｚ軸方向の３次元距離Ｌｚは、通常計測可能であることから、３次元距離Ｌｚを既知寸法とすれば、水位計算をさらに簡略化することができる。
また、図２８においては、堤防５Ｃの端面線分（Ｍ０−Ｍ１）および（Ｎ０−Ｎ１）が１次関数（平面）の場合を例にとって説明したが、たとえば図２のように、堤防５の端面形状が曲面の場合であっても、その曲面の関数があらかじめ判明していれば、この発明の実施の形態１０を適用することができる。
実施の形態１１．
なお、上記実施の形態１〜１０では、堤防の端面処理について特に考慮しなかったが、画像処理を容易にするために堤防端面にマーカを設けてもよい。
図３１は堤防端面にマーカ８６を設けたこの発明の実施の形態１１による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図であり、前述（図２８）の実施の形態１０における斜面形状の堤防５Ｃを例にとっている。
なお、この発明の実施の形態１１によるハードウェア構成は、基本的に図８を適用することができる。
また、この発明の実施の形態１１による演算処理手順は、基本的に図７のフローチャートを適用することができ、ステップ１０２を、マーカ８６と水面６との境界線分（Ｏ１−Ｌ）を収得する処理に変更するのみでよい。
図３１において、堤防５Ｃの端面領域（Ｋ１，Ｌ１，Ｌ２，Ｋ２）には、幅Ｌｎのマーカ８６が塗布されている。
堤防５Ｃ側の固定位置には、前述と同様の基準直方体１が配置されている。
基準直方体１の底面は、水面６に対して平行であり、また、Ｙ軸がマーカ８６と水面６との境界線に対して平行関係になっている。
この場合、堤防５Ｃの端面上のマーカ８６と水面６との境界線（Ｏ１−Ｌ）の長さは、必ずマーカ８６の幅Ｌｎと一致するので、前述（図２５〜図２８）の実施の形態１０と同様に、水面と堤防端面のマーカ８６の境界線Ｏ１−Ｌを収得画像から抽出すると、境界線（Ｏ１−Ｌ）は、以下のように表される。
Ｏ１Ｌ＝Ｌｎ
図３１の状態は、長さＬｎの基準ポールがＹ軸方向に対して平行配置されたものと考慮すれば、前述（図１〜図６）の実施の形態１における座標系のＸ軸とＹ軸とを入れ替えた状態と等価である。
したがって、図３１においても、前述の実施の形態１と同様の計算により、３次元距離Ｌｘ、Ｌｙ、Ｌｚを計算することができる。
また、基準直方体１の設置位置（地上面）から水底までの距離をＨｏとすれば、前述と同様に、以下の式により、水位Ｈｄを求めることができる。
Ｈｄ＝Ｈｏ−Ｌｘ
なお、図３１において、水面の透明度が高ければ、水面下のマーカ８６は、屈折した画像Ｏ１−Ｌ−Ｌ３−Ｋ３（点線参照）として収得されるので、カメラ画像に基づく堤防５Ｃの面と水面６との境界線分の抽出がさらに容易となる。
また、マーカ８６は、塗料でなく、幅Ｌｎの標識であっても、または間隔Ｌｎの２本線であっても、同等の作用効果を奏する。
また、マーカ８６（または、標識）が設けられる堤防５Ｃの端面は、図３１のような斜面形状に限らず、任意の曲面形状であってもよい。
また、マーカ８６の設置角度は、カメラ８で画像が収得できる範囲であれば、傾斜していてもよい。
実施の形態１２．
なお、上記実施の形態１１（図３１）では、堤防５Ｃの端面にマーカ８６を設けたが、一対の平行のレーザ光を水面６上に照射してもよい。
図３２は平行のレーザ光を水面６上に照射したこの発明の実施の形態１２による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
図３２においては、カメラ８側の所定位置に２つのレーザ発振装置８７、８８が設置されており、レーザ発振装置８７、８８は、相互間隔がＬｎの平行のレーザ光を水面６上に照射している。
図３２において、レーザ発振装置８７、８８の配置および照射角度は、水面６に照射される２本のレーザ光の光軸と水面６との交点をＯ１、Ｌとしたときに、水位変化に依存せずに、点Ｏ１およびＬの間隔（Ｏ１−Ｌ）が常に一定値Ｌｎとなるように設定されている。
レーザ発振装置８７からのレーザ光は、点Ｋ１から出射され、水面６上の点Ｏ１において、Ｚ軸に対して角度θ２をもって照射される。このとき、水の透過性が高い場合には、水面から水中への屈折線分（Ｏ１−Ｋ２）が観測される。
また、レーザ発振装置８８からのレーザ光は、点Ｌ１から出射されて、水面６上の点Ｌに照射される。このとき、水の透過性が高い場合には、水面から水中への屈折線分（Ｌ−Ｋ３）が観測される。
ここで、各照射点を結ぶ線分（Ｏ１−Ｌ）は、水面６上のＹ軸に対して角度θ１を有している。
また、２つのレーザ発振装置８７、８８の平行光軸は、カメラ８の画像上で重なることがなく、レーザ発振装置８７、８８の機器間隔は、レーザ光の出射間隔Ｌｎとなるように配置されている。
なお、２つのレーザ光の光軸と水面６との交点Ｏ１、Ｌによって構成される四角形（Ｋ１−Ｏ１−Ｌ−Ｌ１）が平行四辺形または長方形になるように、レーザ発振装置８７、８８を配置すれば、水位が変化しても、簡単な周知の幾何計算（詳述は省略する）により、線分（Ｏ１−Ｌ）は、常に以下のように表される。
Ｏ１Ｌ＝Ｌｎ
また、基準直方体１（水面６上）のＹ軸に対して平行で且つ一方の光軸と水面６との交点Ｏ１を通る直線Ｙ３−Ｙ４と、間隔Ｌｎの線分（Ｏ１−Ｌ）との成す角度をθ１とし、Ｚ軸に対して平行で且つ他方の光軸と水面６との交点Ｌを通る線分と、直線（Ｙ３−Ｙ４）との交点をＹ５とすれば、線分（Ｏ１−Ｙ５）は、以下の式で表される。
Ｏ１Ｙ５＝Ｌｎ・ｃｏｓθ１
ただし、上式において、θ１＝０［度］であれば、Ｙ５＝Ｌ、ｃｏｓθ１＝１であるから、以下の式となる。
Ｏ１Ｌ＝Ｌｎ
このとき、角度θ１は、２つのレーザ発振装置８７および８８の設置角度により決定する定数（通常、既知）なので、水位変化によらず、以下の関係が成り立つ。
Ｏ１Ｙ５＝Ｌｎ・ｃｏｓθ１＝一定
したがって、基準直方体１の画像とともに、レーザ光と水面６との交点Ｏ１、Ｌの画像をカメラ８で収得することにより、前述（図３１）の実施の形態１１と同様に、以下の計算により、水位Ｈｄを算出することができる。
Ｈｄ＝Ｈｏ−Ｌｘ
次に、この発明の実施の形態１２によるレーザ光と水面６との交点Ｏ１、Ｌの認識方法について説明する。
周知のように、レーザ光は直線性および輝度が高いので、カメラ８で収得した濃淡画像上において濃淡情報を微分することにより、容易に線分を抽出することができる。
また、レーザ光と水面６との交点し、Ｏ１において、水面６の透過性が高い場合には、線分（Ｏ１−Ｋ２）、（Ｌ−Ｋ３）（図３２内の破線参照）のように、交点し、Ｏ１を境界として屈折したレーザ光の直線画像が収得される。
一方、水面６の透過性が低い場合には、交点Ｌ、Ｏ１において、レーザ光が反射した状態や途切れた状態の画像が収得される。
したがって、いずれの場合も、交点Ｌ、Ｏ１を含む画像の濃淡に基づいて、屈折線分（Ｏ１−Ｋ２）および（Ｌ−Ｌ１）を抽出したり、反射光を抽出したり、レーザ光の途切れ位置を抽出することにより、線分（Ｏ１−Ｌ）を容易に検出して、画像における水面６上の交点Ｌ、Ｏ１の座標を収得することができる。
なお、この発明の実施の形態１２においても、基本的なハードウェア構成は、図８を適用することができる。
また、演算制御処理については、基本的に図７のフローチャートを適用することができ、ステップ１０２を、２本のレーザ光と水面６との交点間の線分（Ｏ１−Ｌ）を収得する処理に変更するのみでよい。
また、レーザ光は、夜間においても認識することができるので、基準直方体１を、前述（図１５）の実施の形態６で説明したように、仮設ダンボール箱に置き換えたり、昼間に収得して記憶した画像を利用することにより、夜間の水位計測も容易にすることができる。
また、ここでは、図示を省略するが、レーザ発振装置８７、８８の寿命延長および省エネルギーを目的として、水位計測時のみにレーザ光の電源をＯＮにする回路を追加してもよい。
実施の形態１３．
なお、上記実施の形態１２（図３２）では、２つのレーザ発振装置８７、８８を設け、２本のレーザ光を水面６上に照射したが、単一のレーザ発振装置のみを設けて単一のレーザ光を照射してもよい。
図３３は単一のレーザ光を水面６上に照射したこの発明の実施の形態１３による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
また、図３４はこの発明の実施の形態１３による水位計測原理を要部斜視図とともに示す説明図である。
図３３において、堤防５Ｃ側には基準直方体１が設置され、カメラ８側には、単一のレーザ発振装置８７のみが配置されている。
レーザ発振装置８７は、点Ｋ１からレーザ光を出射し、水面６上の点Ｏ１を照射する。このとき、水の透過性が高い場合には、前述（図３２）と同様に、水面から水中への屈折線分（Ｏ１−Ｋ２）が観測される。
図３３においては、レーザ光と水面６との交点Ｏ１が１点のみであるため、水面６上に所定寸法Ｌｎが存在しない。
図３４は水位変化にともなう基準直方体１と水面６との垂直距離Ｌｘ、Ｌｘ１の変化を示しており、水位の低下により基準直方体１と水面６との垂直距離ＬｘがＬｘ１まで増大したときの水面６とレーザ光との関係を示している。
この場合、水位低下時における水面６とレーザ光との交点はＯ２となる。
ここでは、前提条件として、システム稼動時の初期水面（Ｙ−Ｚ面）に対するレーザ光の入射角θ３と、水面６に対して垂直な面（Ｘ−Ｚ面）に対するレーザ光の入射角θ４と、水面６とレーザ光との交点Ｏ１のＹ軸方向の距離（Ｏ−Ｙ１＝Ｌｙ）とを、それぞれ既知の値とする。
したがって、前述の実施の形態１のように、基準直方体１により、２次元画像と実際の３次元画像との変換行列Ｐが規定され、レーザ光と水面６との交点Ｏ１の２次元画像上の座標と、存在する水面６に対して垂直な面（Ｘ−Ｚ面）とが特定されているので、３次元座標上で点Ｏ１は、一意的に３次元座標上で決定される。
以下、図３３および図３４を参照しながら、この発明の実施の形態１３による水位Ｈｄの計算方法（基本的に、前述の実施の形態１と同様）について簡単に説明する。
初期の水面６に対するレーザ光の交点Ｏ１においては、前述（図３２）の実施の形態１２のように、レーザ光（Ｋ１−Ｏ１−Ｋ２）が水面６との交点で屈折（または、反射など）することから、既知の画像処理方法（前述の実施の形態１参照）により、レーザ光の線分（Ｋ１−Ｏ１）を抽出し、交点Ｏ１を特定する。
このとき、３次元距離Ｌｙが既知であるから、点Ｏ１が存在し且つＹ軸に対して直角な面（Ｘ−Ｚ面）は確定される。
したがって、点Ｏ１を通過し且つＺ軸に対して平行な直線を（Ｏ１−Ｘ１）、既知の点Ｙ１を通り且つＹ軸に対して平行な直線を（Ｏ−Ｙ１＝Ｌｙ）、点Ｙ１を通り且つＸ軸に対して平行な直線を（Ｙ１−Ｘ１）とすると、交点Ｙ１は３次元座標上で固定される。
ここで、線分（Ｘ１−Ｙ１＝Ｌｘ）が判明すれば、水位Ｈｄは、以下のように表される。
Ｈｄ＝Ｈｏ−Ｌｘ
上式において、Ｈｏは基準直方体１の底面から水底までの高さである。
次に、点Ｏ１を通過し且つＹ−Ｚ面に対して平行な面上にある直線であって、線分（Ｏ１−Ｘ１）に対して角度θ４をなす直線を引き、この直線の長さ（Ｏ１−Ｚ４）が、以下の式を満たすように、点Ｚ４の位置を特定する。
Ｏ１−Ｚ４＝（Ｚ２−Ｚ４）／ｔａｎθ３＝Ｌｘ／ｔａｎθ
このとき、点Ｚ４を通過し且つＸ軸に対して平行な線は、レーザ光の光軸（Ｋ１−Ｏ１）に対して点Ｚ２で交差し、線分（Ｏ１−Ｚ４）と線分（Ｚ４−Ｚ２）との関係は垂直となり、線分（Ｚ４−Ｚ２）の長さは、以下のように表される。
Ｚ４−Ｚ２＝Ｌｘ
このとき、点Ｚ２は、基準直方体１の底面（Ｙ−Ｚ面）とレーザ光との交点となる。
初期の水面６での上記２次元座標上の交点Ｚ２および３次元上の距離Ｌｘは、記憶される。
その後、水面６の水位が低下して、レーザ光との交点がＯ２に変化し、レーザ光（Ｋ１−Ｏ２−Ｋ３）が点Ｏ２で屈折した場合、直角三角形（Ｏ１−Ｚ４−Ｚ２）と直角三角形（Ｏ１−Ｏ２−Ｚ７）とは、３次元座標上では完全に相似となる。
また、レーザ光の光軸（Ｚ２−Ｏ２）は直線であることから、３次元座標上から２次元座標上に投影しても、線分（Ｏ１−Ｚ２＝Ｌ１）と線分（Ｏ２−Ｏ１＝Ｌ２）との比は変化しないので、以下の４つの式が成り立つ。
Ｏ１Ｚ２／Ｏ１Ｏ２＝Ｚ２Ｚ４／Ｏ１Ｚ７
Ｌ１／Ｌ２＝Ｌｘ／Ｏ１Ｚ７
Ｏ１Ｚ７＝Ｌｘ・Ｌ２／Ｌ１
Ｘ２Ｙ２＝Ｌｘ１
＝Ｏ１Ｚ７＋Ｌｘ
＝Ｌｘ・Ｌ２／Ｌ１＋Ｌｘ
したがって、低水位時の水位Ｈｄ２は、以下の式で与えられる。
Ｈｄ２＝Ｈｏ−（Ｌｘ・Ｌ２／Ｌ１＋Ｌｘ）
なお、この発明の実施の形態１３による基本的なハードウェア構成は、図８と同様である。
また、この発明の実施の形態１３によるシステム処理手順は、前述（図３０参照）のフローチャートを上記制御フローに変更するのみでよい。
また、レーザ光は夜間でも認識可能なため、基準直方体１を前述（図１５）の実施の形態６のように仮設ダンボール箱に置き換えたり、昼間に収得して記憶した画像を利用することなどにより、夜間の水位計測も容易となる。
また、ここでは、図示しないが、レーザ発振装置の８７寿命延長などを目的として、水位計測時のみにレーザ光の電源をＯＮにする省エネルギー回路を追加してもよい。
また、この発明の実施の形態１３においては、前述の実施の形態１２とは異なり、システム再起動時の３次元距離Ｌｙの計測（Ｌｙデータが記憶されている場合の再起動時には不要）が必要となる。ただし、レーザ光と水面６との交差角度のうち、角度θ４を０［度］（または、９０［度］）に設定可能であれば、３次元距離Ｌｙ（または、Ｌｚ）が常時一定となるので、再起動時の計測を不要とすることができる。
実施の形態１４．
なお、上記実施の形態１〜９（図１〜図２４）では、水面６上の浮遊物をロープ７で繋留したが、水流の速さや波の大きさなどにより極めて不安定な状況下でも浮遊物の移動を確実に回避するために、水面６と連通した透明管を堤防側に固定し、透明管内に周辺輝度と区別し易い色彩を有する浮遊物を配置してもよい。
図３５は固定された透明管内に浮きを配置したこの発明の実施の形態１４による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
図３５において、堤防５Ｄ側には、基準直方体１のみならず、水面６の近傍の端面位置に、アクリル管（または、強化ガラスなど）により構成された円筒形状（または、角型形状）の透明管９が設けられている。
透明管９は、金具およびアンカーボルトなどにより堤防５Ｄの端面に固定されており、透明管９の下部（または、側面）には、透明管９の内部に水が入るように、連通用の複数個の穴が設けられている。
また、透明管９内には、浮き１０が上下移動自在に設置されており、浮き１０の色は、線分（Ｍ２−Ｎ２）を含む周囲の水面６の色と比較して区別し易い色（たとえば、赤や黄色など）に設定されている。
図３５において、浮き１０の位置は、透明管９により固定されており、また、透明管９内の水面は、周囲の水面６と一致している。
ここで、基準直方体１および浮き９のカメラ画像を収得すると、透明管９のセンタ位置と基準直方体１とのＺ軸距離（Ｏ−Ｏ１＝Ｌｚ）、および、透明管９のセンタ位置と基準直方体１とのＹ軸距離（Ｏ１−Ｊ＝Ｌｙ）は、通常、既知（ただし、画像から計測することも可能）の値となる。
さらに、基準直方体１と水面線分（Ｍ２−Ｎ２）上の透明管９内の浮き１０のＸ軸距離（Ｊ−Ｌ＝Ｌｘ）を求め、堤防５Ｄの上面（地上４）から水底までの距離をＨｏとすれば、水位Ｈｄは、以下のように表される。
Ｈｄ＝Ｈｏ−Ｌｘ
したがって、前述と同様のフローチャート（図７）および制御ブロック（図８）を適用して、水位Ｈｄを収得することができる。
また、夜間の計測に際しては、前述（図１８参照）のように、浮き１０を蛍光物質で構成してもよく、また、バッテリなどにより発光する発光ランプなどを浮き１０に装着してもよい。
また、浮き１０を収納する透明管９は、垂直に固定されていなくても、傾斜角度が判明していれば、傾斜して取り付けられてもよい。
また、浮き１０のＹ軸方向の長さを基準寸法Ｌｎに設定してもよい。この場合、前述（図３１）のマーカ８６（幅Ｌｎ）を配設した場合と同様に、基準直方体１と浮き１０との位置関係を既知とする必要はない。
さらに、透明管９内の浮き１０を堤防５Ｄの端面に密着させれば、前述（図２５）の実施の形態１０に適用することも可能であり、堤防５Ａの端面の曲線が不明確であったり、光の関係で、水面６と堤防５Ａとの境界線などが不明確な場合に、浮き１０のラインを境界線に適用することもできる。
実施の形態１５．
なお、上記実施の形態１０（図２５〜図３０）では、堤防端面そのものを基準寸法として利用したが、既設の量水標を用いてもよい。
図３６は基準直方体１とともに既設の量水標を撮像するよ．うに構成したこの発明の実施の形態１５による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
図３６において、堤防５Ｄ側には、基準直方体１が設置されており、堤防５Ｄの端面近傍には、通常既設の量水標１１（水面６上の長さＬｘ１）が立設されている。
基準直方体１は、量水標１１の近傍に位置しており、カメラ８により、量水標１１とともに撮像されるようになっている。
これにより、カメラ制御・水位演算ＰＣ５３（図８参照）は、基準直方体１および量水標１１の水面６上の画像（Ｋ−Ｌ−Ｌ１−Ｋ１）を認識して、水位を計測することができる。
すなわち、量水標１１と水面６との境界線（Ｍ２−Ｎ２）を濃淡画像から抽出し、前述（実施の形態１４）と同様に、水位Ｈｄを求める。
まず、量水標１１と基準直方体１とのＺ軸距離（Ｏ−Ｏ１＝Ｌｚ）、および、量水標１１と基準直方体１とのＹ軸距離（Ｏ１−Ｊ＝Ｌｙ）は、既知である。
以下、堤防５Ｄの上面（地上４）から、水面６と量水標１１との境界面すなわち水面線分（Ｍ２−Ｎ２）までのＸ軸距離（Ｊ−Ｌ＝Ｌｘ）を求め、地上４から水底までの距離をＨｏとすれば、水位Ｈｄは、以下のように表される。
Ｈｄ＝Ｈｏ−Ｌｘ
なお、量水標１１の幅（Ｋ−Ｋ１）、（Ｌ−Ｌ１）は、基準寸法Ｌｎに設定されてもよい。また、量水標１１の設置角度は、カメラ８で画像が収得できる範囲であれば傾斜していてもよい。
また、水面６の透明性や光の状況などにより、量水標１１と水面６との境界線（Ｍ２−Ｎ２）を全く認識することができない場合であっても、堤防５Ｄの端面と水面６との境界線（Ｍ１−Ｎ１）の一部を認識することが可能であれば、この一部の線分を水平面（Ｙ−Ｚ面）上で平行移動して量水標１１との交点を求め、水位（Ｍ２−Ｎ２）と置き換えることができる。これらの処理は、前述（図７）のフローチャートおよび前述（図８）の制御ブロックにより、容易に実現することができる。
実施の形態１６．
なお、上記実施の形態１５では、水面６に関連して量水標１１のみを用いたが、前述（実施の形態１）と同様の基準ポール２を併用してもよい。
図３７は基準直方体１とともに量水標１１および基準ポール２を撮像するように構成したこの発明の実施の形態１６による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図である。
図３７において、堤防５Ｅ側には基準直方体１が設けられており、水面６側には前述（図３６）の量水標１１が設けられ、水面６上には、基準ポール２を有する浮き（図示せず）が配置されている。
図３７のように、量水標１１の近傍の水面６上に基準ポール２を浮遊させることにより、カメラ８側において、基準直方体１、量水標１１および基準ポール２の画像を同時に収得して、基準直方体１および基準ポール２に基づいて計算した水位と、基準直方体１および量水標１１に基づいて計算した水位との平均値を実水位とすることができる。
また、前述の領域判断などにより、２つの水位計算結果のうちの一方が異常と判定された場合には、他方の計算結果のみに基づいて水位を算出することができる。
また、図３７において、堤防５Ｅの端面と水面６との境界線（Ｍ１−Ｎ１）を利用することもでき、前述の水位計測方法のうちの任意の複数の計測処理を容易に組合せることができる。
さらに、量水標１１の幅（Ｋ−Ｋ１）、（Ｌ−Ｌ１）は、基準寸法Ｌｎに設定されてもよく、量水標１１の設置角度は、カメラ８で画像が収得できる範囲であれば傾斜していてもよい。
実施の形態１７．
なお、上記実施の形態１〜１６では、水面６上に混合浮遊し得る異物について考慮しなかったが、画像処理により異物を分離認識してもよい。
図３８は異物を分離認識するように構成したこの発明の実施の形態１７による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図であり、代表的に、前述の実施の形態９の構成に適用した場合を示している。
図３８において、前述（図２０参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
ここでは、水面６が高水位の場合に、基準ポール２を有する浮遊物３の浮遊範囲（Ａ１−Ｂ１−Ｃ１−Ｄ１）内に木材などの異物１４が混入した状況を示している。
水位計測時において、異物１４の画像は、基準直方体１および基準ポール２の画像とともに、カメラ画像として収得される。
したがって、異物１４の線分は、基準ポール２の座標抽出処理時（図７内のステップ１０２または図１７内のステップ１０２Ｂ）において、水面領域の画像部の濃淡に基づいて同様に抽出される。
このとき、基準ポール２の形状寸法（基準寸法）Ｌｎは既知なので、水面６上の他の異物１４との分離処理を行うことは容易である。
たとえば、前述（図７または図１７）のステップ１０７において、基準寸法Ｌｎが存在しないと判定された場合に異常処理（ステップ１１０、１１１）に進むが、ステップ１０７と同時に異物１４の有無を判定し、異物１４が存在する場合に異常処理（ステップ１１０、１１１）に進むようにフローを構成すればよい。
また、基準直方体１の基準寸法などにより、異物１４の大きさを計算することも可能なので、異物１４の有無の判定時に、異物１４が所定値以上の大きさを示す場合のみに異常と判定して、警報ブザー５２（図８参照）を駆動することもできる。
実施の形態１８．
なお、上記実施の形態１０〜１７では、特に言及しなかったが、前述（図１５参照）の実施の形態６と同様に、基準直方体１を撤去可能な仮設ダンボール箱に置き換えてもよい。
また、前述と同様に、演算時間の短縮化を目的として、基準直方体１の画像から得られる変換行列Ｐの計算処理を、システム電源投入時などの必要時のみに実行し、通常の水位計測時には、変換行列Ｐの計算処理を実行せずに、既に記憶された計算結果のみを利用してもよい。
また、たとえば夜間の照明に関しても、前述（図１９参照）の実施の形態８と同様に、水面を照らすのみで水位計測を可能とすることができる。
また、前述（図３８参照）の実施の形態１７で述べたように、木材などの異物１４を検出することもできる。
実施の形態１９．
なお、上記実施の形態１〜１７では、カメラ８の旋回動作について詳細に言及しなかったが、所定の旋回角度を有する旋回式の水位監視カメラ８を用いて、基準構造物（基準直方体１）の目標位置と一致するようにカメラ８の旋回角度を調整してから、水位計測処理を実行してもよい。
図３９は旋回式監視カメラ８（以下、単に「カメラ８」ともいう）を用いたこの発明の実施の形態１９による水位計測原理を示す説明図であり、旋回式監視カメラ８の上下（Ｔｉｌｔ）および左右（Ｐａｎ）の旋回角θｘ、θｙを示している。
図４０はこの発明の実施の形態１９による水位計測原理をカメラ撮像座標とともに示す説明図であり、旋回式監視カメラ８を計測位置角度に固定する場合の原理を示している。
図４１はこの発明の実施の形態１９による制御ブロックを示す構成図であり、旋回式監視カメラ８を計測位置角度に固定する場合の構成を示している。
図４２はこの発明の実施の形態１９による処理手順を示すフローチャートであり、旋回式監視カメラ８を計測位置角度に固定する場合の処理を示している。
図４３はこの発明の実施の形態１９による処理手順を示すフローチャートであり、旋回式監視カメラ８を計測角度に固定する記憶画像を利用した場合の処理を示している。
以下、図３９〜図４３を参照しながら、前述の実施の形態１〜１７に関連したこの発明の実施の形態１９について説明する。
通常、カメラ８は、水位の観測のみならず、周囲の監視領域全体における異常の有無も監視している。たとえば、水門の監視においては、木材などが水門に引っかかっているか否かなどの監視も行われる。したがって、カメラ８としては、旋回可能な旋回式監視カメラ８を利用することが多い。
この種の旋回式監視カメラ８を用いた場合、たとえば前述（図１５〜図３８）の実施の形態６〜１７による水位計測を行うためには、カメラ８の画角を正確に固定する必要がある。
また、堤防５側の基準物体（基準直方体１、図１３内の基準ポール２Ｂ、図１４内の基準正方形３Ｄ）を仮設基準構造物とした場合には、カメラ８の画角を正確に固定する必要がある。
また、基準物体のカメラ画像に基づく３次元座標への計算を、システム電源投入時に１回のみ、または、昼間の所定時間に１回（たとえば、１日に朝１回）のみに実行し、水位計算時（特に、夜間など）のパソコン処理能力軽減を実現する場合には、前述したように、カメラ８の画角を正確に固定する必要がある。
また、前述の実施の形態１〜５に対して旋回式監視カメラ８を適用した場合には、堤防５側に設置された基準物体と、水面６側の基準寸法を有する浮遊物（浮きなど）の全移動範囲（水位変化などによる）とが同一画像に入るように、カメラ８の倍率や画角を設定することにより、水位計算が容易となる。
図３９に示すように、カメラ８が所定の旋回角度（ＰＡＮ角度θｙ、ＴＩＬＴ角度θｘ）の画角を有する場合、基準物体（基準直方体１）の画像位置は、たとえば、図４０に示すように、画像座標（Ｕ，Ｖ）上を、１３１→１３２→１３３（基準物体の頂点座標は、Ｏ→Ｏ１→Ｏ２）のように移動する。
また、画角の設定によっては、カメラ画像から基準物体（基準直方体１など）が画角外に移動する場合もある。
図３９において、カメラ８の画角と画像上の長さとの関係は、カメラ８の中心軸と座標平面（Ｘ−Ｙ面）との垂直交点位置を点Ｏ、カメラ８と座標平面（Ｘ−Ｙ面）との距離（Ｍ−Ｏ）をｒとし、且つ、点Ｏを中心とするカメラ８の旋回角度を、ＰＡＮ角度θｙ、ＴＩＬＴ角度θｘとした場合に、以下のようになる。
すなわち、画像位置は、Ｘ軸（画像上のＶ軸）方向に対して、±ｒ・ｔａｎ（θｘ／２）だけ移動し、Ｙ軸（画像上のＵ軸）方向に対して、±ｒ・ｔａｎ（θｘ／２）だけ移動する。
なお、ここでは、図示を省略するが、カメラ８のＰＡＮ角度θｙが、θｙ１からθｙ２に変化し、ＴＩＬＴ角度θｘが、θｘ１からθｘ２に変化した場合には、画像位置は、Ｘ−Ｙ軸方向に以下のように移動する。
すなわち、画像位置は、Ｘ軸（画像上のＶ軸）方向に対しては、ｒ・（ｔａｎ（θｘ１）−ｔａｎ（θｘ２））（たとえば、図４０内のＶ軸換算では、Ｖ１−Ｖ２などに相当）だけ移動する。
また、画像位置は、Ｙ軸（画像上のＵ軸）方向に対しては、ｒ・（ｔａｎ（θｙ１）−ｔａｎ（θｙ２））（たとえば、図４０のＶ軸換算では、Ｕ１−Ｕ２などに相当）だけ移動する。
上記の関係式を利用することにより、カメラ８の旋回角度と画像位置との関係を求めることができる。
次に、図３９および図４０に加えて、図４１のブロック構成図と、図４２および図４３のフローチャートとを参照しながら、この発明の実施の形態１９による処理について説明する。
図４１において、前述（図８参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
図４１において、カメラ８の周辺には、旋回駆動装置８Ａ〜８Ｆが設けられ、カメラ制御装置５５内には、旋回駆動制御部７８〜８１が追加されている。
カメラ８の旋回駆動装置は、Ｔｉｌｔ軸モータ８ＡおよびＰａｎ軸モータ８Ｂと、カメラ８の旋回台８Ｃを載置する架台８Ｄと、各軸モータ８Ａ、８Ｂの回転角度および駆動速度を検出するＴｉｌｔ軸エンコーダ８ＥおよびＰａｎ軸エンコーダ８Ｆとにより構成されている。
カメラ制御装置５５内の旋回駆動制御部は、各エンコーダ８Ｅ、８Ｆの検出信号を個別に取り込むＴｉｌｔ駆動部７８およびＰａｎ駆動部７９と、各エンコーダ８Ｅ、８Ｆの両方の検出信号を取り込む角度制御部８０と、角度制御部８０に角度指令を入力する角度指令部８１とにより構成されている。
カメラ８の旋回駆動装置において、旋回台８Ｃには、Ｔｉｌｔ軸モータ８Ａが取り付けられ、架台８Ｄには、Ｐａｎ軸モータ８Ｂが取り付けられている。
Ｔｉｌｔ軸モータ８ＡおよびＰａｎ軸モータ８Ｂとしては、通常のサーボモータが利用されており、各軸モータ８Ａ、８Ｂのモータ軸には、回転角度および駆動速度をフィードバッグするための回転エンコーダ８Ｅ、８Ｆが取り付けられている。
なお、回転エンコーダ８Ｅ、８Ｆとしては、通常、絶対値式のエンコーダが用いられる。インクリメンタル式のエンコーダを用いた場合には、電源投入時に現在のカメラ角度が喪失するので、原点用のリミットスイッチなど（図４１には、図示されない）が追加される。
これにより、カメラ制御装置５５は、現在のカメラ８の旋回位置を常に把握することができる。
各軸モータ８Ａ、８Ｂの旋回角度などは、所定のジョイスティック（図示せず）を利用して手動で設定することができる。
また、所定プログラムにしたがう旋回角度指令は、カメラ制御・水位演算ＰＣ５３またはカメラ画像表示装置５４から、光ケーブル７３を経由して、カメラ制御装置５５内の角度指令部８１に転送される。
角度指令部８１に入力された旋回角度指令は、角度制御部８０に転送され、角度制御部８０は、角度指令と各エンコーダ８Ｂ、８Ｅからの現在位置とを比較して、各軸モータ８Ａ、８Ｂの回転方向を決定する。
以下、現在のＴｉｌｔ角度およびＰａｎ角度が角度指令と一致するまで、Ｔｉｌｔ駆動部７８およびＰａｎ駆動部７９の制御を継続し、各軸モータ８Ａおよび８Ｂを駆動してカメラ８を旋回させる。
たとえば、図４０において、基準直方体の画像位置１３２の頂点Ｏ２（Ｕ２，Ｖ２）から画像位置１３３の頂点Ｏ１（Ｕ１，Ｖ２）に移動させ、画像位置１３３の頂点Ｏ１（Ｕ１，Ｖ２）から画像位置１３１の頂点Ｏ１（Ｕ１，Ｖ１）に移動させる場合には、前述のｔａｎを含む関係式により、画像位置１３１の頂点Ｏ１（Ｕ１，Ｖ１）をカメラ８の旋回角度位置に変換し、角度指令として角度指令部８１に出力する。
通常、水位計測位置となる頂点Ｏ１（Ｕ１，Ｖ１）に対するカメラ８の旋回角度位置は、既にパソコンに記憶されているので、この記憶値を指令値として利用すれば、容易に水位計測位置の頂点Ｏ１（Ｕ１，Ｖ１）にカメラ８を旋回させることができる。
図４２は上記処理を示すフローチャートであり、図４２において、前半の制御ステップ１３５〜１３９は、Ｐａｎ角度の位置決めを実行する処理であり、後半の制御ステップ１４０〜１４４は、Ｔｉｌｔ角度の位置決めを実行する処理である。
図４２の処理がスタートすると（ステップ１３４）、まず、水位計測位置Ｏ１（Ｕ１，Ｖ１）のＰａｎ角度指令をセットし（ステップ１３５）、Ｐａｎ軸エンコーダ８Ｆから現在位置Ｏ２（Ｕ２，Ｖ２）のＰａｎ角度を読込み（ステップ１３６）、Ｐａｎ角度指令と現在Ｐａｎ角度との偏差に応じて、Ｐａｎ軸モータ８Ｂを駆動する（ステップ１３７）。
続いて、現在のＰａｎ角度がＰａｎ角度指令と一致するか否かを判定し（ステップ１３８）、不一致（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップ１３６に戻り、Ｐａｎ軸モータ８Ｂの駆動（ステップ１３７）を繰り返す。
一方、ステップ１３８において、現在のＰａｎ角度がＰａｎ角度指令と一致する（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、Ｐａｎ軸モータ８Ｂを停止させる（ステップ１３９）。このとき、カメラ８のＰａｎ軸の旋回角度は、Ｐａｎ角度指令と一致しているので、座標値はＯ１（Ｕ１，Ｖ２）となる。
次に、水位計測位置Ｏ１（Ｕ１，Ｖ１）のＴｉｌｔ角度指令をセットし（ステップ１４０）、Ｔｉｌｔ軸エンコーダ８Ｅから現在位置Ｏ１（Ｕ１，Ｖ２）のＴｉｌｔ角度を読込み（ステップ１４１）、Ｔｉｌｔ角度指令と現在Ｔｉｌｔ角度との偏差に応じて、Ｔｉｌｔ軸モータ８Ａを駆動する（ステップ１４２）。
続いて、現在のＴｉｌｔ角度がＴｉｌｔ角度指令と一致するか否かを判定し（ステップ１４３）、不一致（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップ１４１に戻り、Ｔｉｌｔ軸モータ８Ａの駆動（ステップ１４２）を繰り返す。
一方、ステップ１４３において、現在のＴｉｌｔ角度がＴｉｌｔ角度指令と一致する（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、Ｔｉｌｔ軸モータ８Ａを停止させて（ステップ１４４）、図４２の処理を完了する（ステップ１４５）。
このとき、Ｐａｎ軸およびＴｉｌｔ軸の旋回角度は角度指令と一致しているので、座標値はＯ１（Ｕ１，Ｖ１）となる。
なお、図４２においては、ＴｉｌｔおよびＰａｎの２軸を別々に駆動制御しているが、ＴｉｌｔおよびＰａｎの２軸を同時に駆動制御することもできる。
また、図４２においては、水位計測時のカメラ角度を記憶して水位計測位置に復帰させることができるので、堤防側の固定位置に設置された基準直方体１として撤去可能な仮設基準構造物を利用した場合にも適用することができる。
また、夜間での基準直方体１の検出が不可能な場合でも、前述（図１９参照）のように水位計測を行うことができる。
また、図４２においては、回転式の各軸エンコーダ８Ｅ、８Ｆを用いた場合を例にとって説明したが、各軸エンコーダ８Ｅ、８Ｆを利用しない場合や、インクリメンタル式のエンコーダを利用して停電時にカメラ旋回位置の絶対位置を喪失した場合、または、各軸モータとしてパルスモータを利用して停電時にカメラ旋回位置の絶対位置を喪失した場合においても、図４３のフローチャートを用いて旋回角度を制御することができる。
図４３において、ステップ１４７〜１５３は、Ｐａｎ角度の位置決め用の制御フローであり、続くステップ１５４〜１６０は、Ｔｉｌｔ角度の位置決め用の制御フローである。
なお、ここでは、Ｐａｎ角度およびＴｉｌｔ角度の位置決めを別々に実行しているが、ＴｉｌｔおよびＰａｎの２軸を同時に駆動制御することもできる。
この場合、まず、カメラ８により現在の基準直方体１３２の画像を収得し、収得した濃淡画像に基づき、濃淡の変化分から線分を抽出して頂点座標Ｏ２（Ｕ２，Ｖ２）を確立する。
ここで、カメラ８の目標旋回角度の水位計測位置Ｏ（Ｕ１，Ｖ１）は、あらかじめ記憶されているので、現在の頂点座標Ｏ２（Ｕ２，Ｖ２）と目標位置Ｏ（Ｕ１，Ｖ１）とを比較し、現在位置Ｏ２（Ｕ２，Ｖ２）から次の画像位置１３３の頂点座標Ｏ１（Ｕ１，Ｖ２）に移動するまで、ＰＡＮ軸モータ８Ｂを駆動する。
その後、上記処理と同様に、画像位置１３３の座標Ｏ１（Ｕ１，Ｖ２）から水位計測位置Ｏ（Ｕ１，Ｖ１）に移動するようにＴｉｌｔ軸モータ８Ａを駆動し、基準直方体の画像位置を、カメラ８の撮像座標上の水位計測位置Ｏ（Ｕ１，Ｖ１）に移動させる。
図４３の処理がスタートすると（ステップ１４６）、まず、水位計測位置Ｏ１（Ｕ１，Ｖ１）のＵ軸座標指令値をセットし（ステップ１４７）、現在画像の基準直方体１３２ｎ（ｎは基準直方体１３２の時間経過を考慮した動画像を示す）を読込み（ステップ１４８）、基準直方体１３２ｎの形状を抽出する（ステップ１４９）。
続いて、基準直方体１３２ｎの現在の２次元画像座標Ｏ２（Ｕｎ，Ｖ２）を確立し（ステップ１５０）、現在の２次元画像座標とＵ軸座標指令値との偏差に応じて、Ｐａｎ軸モータ８Ｂを駆動する（ステップ１５１）。
続いて、現在のＰａｎ軸座標がＵ軸座標指令値と一致するか否かを判定し（ステップ１５２）、不一致（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップ１４８に戻り、Ｐａｎ軸モータ８Ｂの駆動（ステップ１５１）を繰り返す。
一方、ステップ１５２において、現在のＰａｎ軸座標がＵ軸座標指令値と一致する（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、Ｐａｎ軸モータ８Ｂを停止させる（ステップ１５３）。このとき、カメラ８のＰａｎ軸座標がＵ軸座標指令値と一致しているので、座標値はＯ１（Ｕ１，Ｖ２）となり、基準直方体１３３の位置画像となる。
次に、水位計測位置Ｏ１（Ｕ１，Ｖ１）のＶ軸座標指令値をセットし（ステップ１５４）、現在画像の基準直方体１３３ｎ（ｎは基準直方体１３３の時間経過を考慮した動画像を示す）を読込み（ステップ１５５）、基準直方体１３３ｎの形状を抽出する（ステップ１５６）。
続いて、基準直方体１３３ｎの現在の２次元画像座標Ｏ２（Ｕ１，Ｖｎ）を確立し（ステップ１５７）、現在の２次元画像座標とＶ軸座標指令値との偏差に応じて、Ｔｉｌｔ軸モータ８ＢＡを駆動する（ステップ１５８）。
続いて、現在のＴｉｌｔ軸座標がＶ軸座標指令値と一致するか否かを判定し（ステップ１５９）、不一致（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、ステップ１５５に戻り、Ｔｉｌｔ軸モータ８Ａの駆動（ステップ１５８）を繰り返す。
一方、ステップ１５９において、現在のＴｉｌｔ軸座標がＶ軸座標指令値と一致する（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、Ｔｉｌｔ軸モータ８Ａを停止させて（ステップ１６０）、図４３の処理を完了する（ステップ１６１）。
このとき、カメラ８のＴｉｌｔ軸座標がＶ軸座標指令値と一致しているので、座標値はＯ１（Ｕ１，Ｖ１）となり、基準直方体１３１の位置画像となる。
図４３に示した処理は、基本的に堤防の固定位置に設置された基準直方体１、基準ポール２Ｂ（図１３参照）、または基準正方形３Ｄ（図１４参照）が常時存在する場合に適用される。
なお、堤防側の基準構造物が仮設基準構造物などに置き換えられた場合でも、仮設基準構造物の撤去後に堤防側の他の基準構造物（建物など）が水位計測位置のカメラ画像内に同時に写っていて、他の基準構造物の形状の線分抽出が可能な場合には、このカメラ画像に基づいて、基準直方体１、基準ポール２Ｂ（図１３）、または基準正方形３Ｄ（図１４参照）の代用とすることができる。
実施の形態２０．
なお、上記実施の形態１〜１９では、画像情報から基準直方体や基準ポールなどの形状または基準寸法が得られなかった場合の追加対策処理について特に言及しなかったが、基準寸法が得られなかった場合には、異常警報に応答して、オペレータのマニュアル操作によりモニタ上で線分をトレースしてもよい。
以下、図４４のフローチャートを参照しながら、基準寸法が認識できない場合にマニュアル操作で線分をトレースするようにしたこの発明の実施の形態２０について説明する。
図４４において、前述（図７、図１６、図１７）と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
また、図４４において、ステップ１０７Ａ、１１１Ａは、前述（図７、図１７）の基準寸法Ｌｎの有無判定ステップ１０７および異常警報ステップ１１１に対応しており、ステップ１１１Ｂが新たに追加されている。
図４４において、まず、カメラ制御・水位演算ＰＣ５３（図８、図４１参照）は、カメラ画像の読込み処理（ステップ１０１）に続いて、、カメラ画像から基準寸法の認識が可能か否かを判定し（ステップ１０７Ａ）、認識可能（すなわち、ＹＥＳ）と判定されれば、前述のステップ１０３以降に進む。
一方、ステップ１０７Ａにおいて、基準寸法の認識が不可能（すなわち、ＮＯ）と判定されれば、悪天候などの理由によって、堤防側の基準構造物（基準直方体１、基準ポール２Ｂ、基準正方形３Ｄ）、または水面６側の基準浮遊物（基準ポール２、正方形３Ｂ、基準直方体１Ａ）の基準線分が収得できない異常状態と見なし、警報ブザー５２を駆動する（ステップ１１１Ａ）。
警報ブザーの駆動処理（ステップ１１１Ａ）は、監視員（オペレータ）の確認に続く解除操作によりＯＦＦされる。
続いて、オペレータは、収得したカメラ画像をモニタ５７上で確認しながら、自己の状況判断によりマウス５９を操作し、堤防側、水面上の基準構造物の輪郭を明確化する（ステップ１１１Ｂ）。
以下、通常の制御フロー中のステップ１０２に戻り、ステップ１０７Ａでの再判定において認識可能（すなわち、ＹＥＳ）と判定されることにより、水位演算（ステップ１０３〜１０９Ａ）が実行され、図４４の処理を完了する。
このように、簡単なマニュアル操作処理（ステップ１１１Ｂ）を追加することにより、水位計測システムとしての信頼性をさらに向上させることができる。
【発明の効果】
この発明によれば、堤防側の固定位置に設置された基準直方体（基準立方体）、基準正方形（基準長方形）または基準ポールと、水面側の浮遊物（浮き、ブイなど）に設けられた基準ポール、基準正方形（基準長方形）または基準立方体（基準直方体）とを同時に監視カメラで撮像し、監視カメラの画像を演算処理することのみにより、水位計測対象物（ダム、河川、湖、海岸など）の水位を容易に計測することができる。
このとき、カメラの設置精度も全く要求されないので、設置工事などが簡単であり、どんな場所であっても容易に設置することができ、低価格な水位計測システムを構成することができる。また、この発明による水位計測システムを既設の監視システムに付加することも容易である。
また、この発明による水位計測システムに利用される監視カメラは、基準寸法の計測（水位算出）に寄与することのみならず、異物（木材など）の検出など、多目的に利用することができる。
また、この発明による水位計測システムは、堤防側の固定位置に設置された基準直方体（基準立方体）と、堤防などの壁面と水面との境界線、簡易的な透明管内に上下移動自在に収納された浮き、既設の量水標、または、堤防端面に取り付けられた既知幅のマーカなどとの組合せにより実現することができる。
また、上記組合せに加えて、水面上の浮遊物（浮き、ブイなど）に設置された基準ポール、基準正方形（基準長方形）または基準立方体（基準長方体）を併用することも容易に可能となり、信頼性の高く安価な水位計測システムを実現することができる。
また、この発明による水位計測システムにおいて、堤防側の固定位置に設置された基準直方体（基準立方体）、基準正方形（基準長方形）または基準ポールは、仮設基準構造物に置き換えることもできるので、さらに簡単で安価な水位計測システムを構築することができる。
【産業上の利用の可能性】
この発明は、ダム、河川、海、湖などの水面近傍に監視カメラを設置し、基準寸法とともに収得されたカメラ画像（デジタル画像）に対して、画像処理技術を応用した演算処理を施すことにより、水位計測対象物の水位を計測するシステムとして利用される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【国際調査報告】
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