(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、２次元画像に基づいて汎用性の高い情報処理を行なうことができる画像処理装置及び環境情報観測装置を得ることである。【解決手段】  被写体２の２次元画像情報を取得する２次元画像情報取得部と、被写体の緯度、経度、標高の群からなる３次元空間情報を取得する３次元空間情報取得部と、２次元画像を表示する画像表示部１７と、取得した２次元画像情報と３次元空間情報とを合成する画像情報合成部２６と、属性情報付与部２７とを備え、属性情報付与部２７は被写体２の緯度、経度、標高の群からなる少なくとも一つの属性情報を２次元画像の各画素に付与している。【選択図】      図１
2007018347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の２次元画像情報を取得する２次元画像情報取得手段と、被写体の緯度、経度、標高の群からなる３次元空間情報を取得する３次元空間情報取得手段と、２次元画像を表示する画像表示手段と、取得した２次元画像情報と３次元空間情報とを合成する画像情報合成手段と、属性情報付与手段とを備え、属性情報付与手段は被写体の緯度、経度、標高の群からなる少なくとも一つの属性情報を２次元画像の各画素に付与することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
２次元画像から被写体表面の輝度情報を取得する輝度情報取得手段と、輝度情報取得手段で得た輝度情報から物の種類や状態を判別する物性判別手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
【請求項３】
被写体表面の緯度、経度、標高の群からなる被写体表面の属性情報を抽出する３次元表面情報抽出手段と、３次元表面情報抽出手段で得た被写体表面の属性情報を２次元画像上に描く属性情報描画手段とを備え、輝度情報取得手段は被写体表面の属性情報に基づいて輝度情報を取得していることを特徴とする請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項４】
被写体の３次元空間情報に対して意味付けされた空間データを作成する意味情報作成手段を備え、属性情報付与手段は作成された被写体の空間データに反映された意味情報を２次元画像の各画素に付与することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の画像処理装置。
【請求項５】
物性判別手段は２次元画像の輝度情報に基づき被写体の空間データの意味情報を特定すると共に、判別した物性情報を特定した空間データに付与することを特徴とする請求項４に記載の画像処理装置。
【請求項６】
２次元画像の各画素を同一の空間データの意味情報又は同一の３次元空間情報毎に分類する画素情報分類手段を備え、輝度情報取得手段にて分類した画素群毎に輝度情報を取得しており、更に地理座標系における所定方向に沿う輝度情報の変化情報を得ていることを特徴とする請求項４又は５に記載の画像処理装置。
【請求項７】
物性判別手段は輝度情報から被写体上の特定した意味情報の形状データを取得しており、取得した形状データに３次元空間情報を付与し、３次元空間情報を付与した形状データに従って空間データを作成することを特徴する請求項２に記載の画像処理装置。
【請求項８】
属性情報描画手段は被写体表面上の同じ標高属性を結ぶ等高線を２次元画像上に描いており、輝度情報取得手段は２次元画像に付与された等高線毎に輝度情報を取得しており、取得した輝度情報に基づいて標高方向に沿う輝度情報変化曲線を作成する変化曲線作成手段と、輝度情報変化曲線に基づいて被写体の液面境界線の標高情報を抽出する液面境界線情報抽出手段とを備えることを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の画像処理装置を用いた環境情報観測装置。    
【請求項９】
輝度情報取得手段は被写体の空間データの意味情報又は被写体の３次元空間情報が付与された２次元画像上の画素群から輝度情報を取得しており、被写体を連続観測する場合には、空間データの意味情報又は３次元空間情報を特定すると共に特定した空間データの意味情報又は３次元空間情報が付与された画素群を固定してから輝度情報を取得していることを特徴とする請求項８に記載の環境情報観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置及び環境情報観測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、水面に対して垂直に量水板を設置し、係る量水板の水位目盛りを取り込んだ画像から解析して水位を計測する装置が開示されている。
【０００３】
非特許文献１には、２次元画像の座標系を３次元の地理座標に正射投影変換し、その後画像解析又は地理空間解析を行う技術が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、２次元の画像上に３次元の画像を重ね合せて表示する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１４５７６５号公報
【非特許文献１】日本リモートセンシング研究会著「図解リモートセンシング」、日本測量協会、平成８年４月、ｐ１２０〜２２０
【特許文献２】特開２００３−１３２０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の従来技術では、量水板の水位目盛りを取り込んだ２次元画像を解析して水位を計測しているが、夜間のように照度が低下した場合には目盛りが読み難く、正確な水位を計測し難いという問題があり、量水板など標高位置を標記する物なしに水位計測できることが望まれている。
【０００７】
非特許文献１に記載の従来技術では、画像解析時において被写体表面における３次元空間情報を参照することができず、２次元位置情報のみしか参照できなかった。また、斜めから取得した被写体側面の２次元画像を地理座標系に正射投影変換してから、被写体側面上の輝度情報を損失される恐れがあった。よって、画像解析の精度に劣るという問題があった。
【０００８】
一方、特許文献２において、被写体の３次元形状データを２次元画像に投影して描画することはできるが、２次元画像上の被写体が写された範囲における画素に被写体の緯度、経度、標高等の属性情報を付与し又は表示できるものではなく、２次元画像上で被写体の正確な地理座標を得ることで、汎用性の高い情報処理を行うことが望まれている。
【０００９】
本発明は、２次元画像に基づいて汎用性の高い情報処理を行うことができる画像処理装置及び環境情報観測装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、被写体の２次元画像情報を取得する２次元画像情報取得手段と、被写体の緯度、経度、標高の群からなる３次元空間情報を取得する３次元空間情報取得手段と、２次元画像を表示する画像表示手段と、取得した２次元画像情報と３次元空間情報とを合成する画像情報合成手段と、属性情報付与手段とを備え、属性情報付与手段は被写体の緯度、経度、標高の群からなる少なくとも一つの属性情報を２次元画像の各画素に付与することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の発明において、２次元画像から被写体表面の輝度情報を取得する輝度情報取得手段と、輝度情報取得手段で得た輝度情報から物の種類や状態を判別する物性判別手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載された発明は、請求項２に記載の発明において、被写体表面の緯度、経度、標高の群からなる被写体表面の属性情報を抽出する３次元表面情報抽出手段と、３次元表面情報抽出手段で得た被写体表面の属性情報を２次元画像上に描く属性情報描画手段とを備え、輝度情報取得手段は被写体表面の属性情報に基づいて輝度情報を取得していることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載された発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明において、被写体の３次元空間情報に対して意味付けされた空間データを作成する意味情報作成手段を備え、属性情報付与手段は作成された被写体の空間データに反映された意味情報を２次元画像の各画素に付与することを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載された発明は、請求項４に記載の発明において、物性判別手段は２次元画像の輝度情報に基づき被写体の空間データの意味情報を特定すると共に、判別した物性情報を特定した空間データに付与することを特徴とする。
【００１５】
請求項６に記載された発明は、請求項４又は５に記載の発明において、２次元画像の各画素を同一の空間データの意味情報又は同一の３次元空間情報毎に分類する画素情報分類手段を備え、輝度情報取得手段にて分類した画素群毎に輝度情報を取得しており、更に地理座標系における所定方向に沿う輝度情報の変化情報を得ていることを特徴とする。
【００１６】
請求項７に記載された発明は、請求項２に記載の発明において、物性判別手段は輝度情報から被写体上の特定した意味情報の形状データを取得しており、取得した形状データに３次元空間情報を付与し、３次元空間情報を付与した形状データに従って空間データを作成することを特徴する。
【００１７】
請求項８に記載された発明は、請求項１〜７の何れか一項に記載の発明において、属性情報描画手段は被写体表面上の同じ標高属性を結ぶ等高線を２次元画像上に描いており、輝度情報取得手段は２次元画像に付与された等高線毎に輝度情報を取得しており、取得した輝度情報に基づいて標高方向に沿う輝度情報変化曲線を作成する変化曲線作成手段と、輝度情報変化曲線に基づいて被写体の液面境界線の標高情報を抽出する液面境界線情報抽出手段とを備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項９に記載された発明は、請求項８に記載の発明において、輝度情報取得手段は被写体の空間データの意味情報又は被写体の３次元空間情報が付与された２次元画像上の画素群から輝度情報を取得しており、被写体を連続観測する場合には、空間データの意味情報又は３次元空間情報を特定すると共に特定された空間データの意味情報又は３次元空間情報が付与された画素群を固定してから輝度情報を取得していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、２次元情報取得手段によって取り込まれた被写体の２次元画像情報と３次元空間情報取得手段によって取り込まれた３次元空間情報とが画像情報合成手段によって合成される。その後、属性情報付与手段によって被写体の緯度、経度、標高の群からなる少なくとも一つの属性情報が２次元画像情報の各画素に付与される。
【００２０】
このように、被写体の緯度、経度、標高の群からなる少なくとも一つの属性情報が２次元画像上に写された被写体の範囲における各画素に付与されるので、２次元画像上で被写体の正確な地理座標を得ることで、汎用性の高い情報処理を行うことができる。
【００２１】
請求項２に記載された発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、２次元画像から取得した輝度情報に基づいて、被写体の３次元空間情報における物の種類や状態を判別できる。
【００２２】
請求項３に記載された発明によれば、請求項２に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、属性情報描画手段により被写体表面の３次元表面属性情報を２次元画像上に描くことができ、被写体表面の３次元表面属性情報毎に２次元画像の輝度情報の取得もできる。
【００２３】
請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜３の何れか一項に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、属性情報付与手段によって意味付けされた被写体の空間データの意味情報が２次元画像の各画素に付与されるので、２次元画像の各画素に被写体の緯度、経度、標高の情報と空間データの意味情報とが並存又は併用でき、更に汎用性の高い情報処理を行うことができる。
【００２４】
請求項５に記載された発明によれば、請求項４に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、２次元画像の輝度情報に基づき被写体の空間データの意味情報を特定すると共に、特定した空間データに物性判別手段で判別した物性情報を付与しているので、特定した空間データと２次元画像から取得された物性情報とが関連づけられることで、空間データ毎に２次元画像を用いて物の状態を判別することができる。
【００２５】
請求項６に記載された発明によれば、請求項４又は５に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、同じ情報を有する画素群毎に輝度情報を取得し、更に地理座標系における所定方向に沿って輝度情報の変化情報を得ているので、地理座標系における所定方向に沿って輝度情報の変化を正確にとらえることで、被写体の物の種類や状態を精度よく判別することができる。
【００２６】
請求項７に記載された発明によれば、請求項２に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、２次元画像から取得した被写体上の形状データに３次元空間情報を付与し、形状データに従って空間データを作成する。従来技術では、２次元画像を先ず全体的に地理座標系に変換し、その後、輝度情報を用い形状データを抽出してから空間データを作成しているが、本発明では先ず２次元画像から形状データを取得し、形状データのみ地理座標系に変換し空間データを作成しているので、計算量を抑えることができ、画像処理速度の高速化を図ることができる。
【００２７】
請求項８に記載された発明によれば、請求項１〜７の何れか一項に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、作成された標高方向に沿う輝度情報変化曲線から被写体の液面境界線情報を抽出しているので、従来技術のように、目盛りの付した標尺を被写体に設置する必要がなく、液面境界線情報（水位）の観測を容易に行うことができる。また、被写体上の標高方向に沿う輝度情報変化曲線を取得してから液面境界線情報を得ているので、夜間のように低照度で目盛りや液面境界線が認識できにくい場合でも、液面の計測を精度良く行うことができる。
【００２８】
請求項９に記載された発明によれば、請求項８に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、被写体を連続観測する際には、特定した空間データの意味情報又は３次元空間情報が付与された画素群を固定することにより、画像を取得する毎に同じ空間データの意味情報又は３次元空間情報に関連する画素群を特定する画像情報合成を行う必要がなく、空間データの意味情報又は３次元空間情報のごとに輝度情報の計算が簡易になり、高速での画像処理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の第１実施の形態に係る画像処理装置を用いた水位計測装置において、管理センタのモニタ画面に表示されるデジタル画像を示す図、図２は図１に示すデジタル画像に等高線を描いた状態を示す図、図３は橋脚に係る水位を監視カメラで撮影している状態を示す斜視図、図４は属性情報をデジタル画像に付与する動作を説明する図、図５は本実施の形態に係る水位計測装置の制御ブロック図、図６は標高方向に沿う輝度情報変化曲線の作成原理を示す図、図７は平均輝度変化曲線の特徴部分を示すグラフ、図８は平均輝度変化曲線から河川水位情報を抽出する際の他の実施例について説明するグラフ、図９は等高線上の輝度情報を取得する方法について説明する図、図１０はデジタル画像上の１点における画像輝度割合値の算出方法について説明する図、図１１は管理センタのモニタ画面に表示される平均輝度変化曲線のウインドウ画面を示した図、図１２は画像処理装置を用いた水位計測装置の全体を示す斜視図である。
【００３０】
本実施形態に係る水位計測装置（環境情報観測装置）１は、図１２に示すように、河川等の水位計測に用いられる物であり、河川敷に設けられた複数の監視カメラ３と、各監視カメラ３をつなぐケーブル４と、ケーブル４に接続されて監視カメラ３の情報を逐次監視する管理センタ５とを備えている。監視カメラ３では被写体２のデジタル画像（２次元画像情報）を取得する。
【００３１】
図５において、管理センタ５は監視カメラ３からの信号を受ける受信装置１１（２次元画像情報取得手段１１ａ）と、受信装置１１に接続された画像処理部１３とを備えている。画像処理部１３はＣＰＵ１５、モニタ画面（画像表示手段）１７、データ保存媒体１９、プログラム記憶部２３、インターフェース（Ｉ／Ｆ）２５等を備えている。
【００３２】
監視カメラ３にはレンズ、撮像板、画像処理回路などが内蔵されており、その下部に設けた付属設備にはコントローラ、通信装置などが内蔵され、カメラ画像処理回路とコントローラが画像信号線と制御信号線を含むケーブル４を介して管理センタ５に接続されている。
【００３３】
ＣＰＵ（中央演算処理装置）１５はプログラム記憶部２３に記憶された各プログラム２７〜３３に従って各種の処理を実行するようになっている。監視カメラ３の映像信号を取り込んだ受信装置１１から、デジタル画像の電子データがデータ保存媒体１９に送信される。係る電子データは主メモリに読み込んでから、インターフェース２５を介して解析される。解析結果データは画像表示部１７に表示されると共にデータ保存媒体１９に保存される。
【００３４】
プログラム記憶部２３は、取得したデジタル画像と被写体の３次元空間情報とを合成する画像情報合成部（画像情報合成手段）２６、被写体２の緯度、経度、標高の群からなる少なくとも一つの属性情報を表示されたデジタル画像の各画素に付与する属性情報付与部（属性情報付与手段）２７、デジタル画像から被写体表面の輝度情報を取得する輝度情報取得部（輝度情報取得手段）２９、輝度情報に基づいて物の種類や状態を判別する物性判別部（物性判別手段）２８、被写体表面の緯度、経度、標高の群からなる３次元表面情報を抽出する３次元表面情報抽出部（３次元表面情報抽出手段）３２、３次元表面情報抽出部で得た被写体表面の属性情報を２次元画像上に描く属性情報描画部（属性情報描画手段）３０、被写体の３次元空間情報に対して意味付けされた空間データを作成する意味情報作成部（意味情報作成手段）３１、２次元画像の各画素を同一の空間データ又は同一の３次元空間情報毎に分類する画素情報分類部（画素情報分類手段）３３とを備えている。
【００３５】
特に、属性情報描画部３０は、被写体上の同じ標高属性を結ぶ等高線を描いており、輝度情報取得部２９はデジタル画像に付与された等高線毎に輝度情報を取得しており、取得した輝度情報に基づいて輝度情報変化曲線を作成する変化曲線作成部（変化曲線作成手段）３５と、輝度情報変化曲線に基づいて被写体２の液面境界線の標高情報を抽出する液面境界線情報抽出部（液面境界線情報抽出手段）３７とを備える。
【００３６】
次に、本実施の形態に係る画像処理装置を用いた水位計測装置の作用及び効果を説明する。図３に示すように、河川敷に固定された監視カメラ３によって被写体２の画像を取得する。取得した画像はケーブル４を介して管理センタ５に送信される。取得した被写体２の画像信号は受信装置１１からデータ保存媒体１９に保存されると共に管理センタ５内のモニタ画面１７に表示される。
【００３７】
取得したデジタル画像と３次元空間情報との合成は、公知の写真測量手段（村井俊治、「解析写真測量-改訂版」、日本測量協会、平成１２年）を用いており、図４に示すような被写体の３次元表面モデルを用いて、監視カメラ３の空間位置や、カメラ姿勢、カメラレンズ焦点距離値等のパラメータを取得してから３次元空間座標を２次元画像座標系に変換し、指定した３次元空間座標位置に対応した２次元画像座標位置を計算できる。同時に、この時モニタ画面１７に表示されたデジタル画像には属性情報付与部２７によって被写体２の緯度、経度、標高の属性情報がデジタル画像の各画素に付与される。
【００３８】
次に、デジタル画像上で範囲を指定することで、係る範囲に一定間隔の等高線１０が描かれる。すなわち、デジタル画像上で所定範囲を指定すると、公知の手段として被写体２の３次元表面モデルを用いて被写体の表面上に所定高さ毎の等高線１０が取得してから、被写体の３次元表面モデルを用いてＣＧ（Computer  Graphic）画像を作成し、作成されたＣＧ画像上に等高線１０を描く。前述の監視カメラ３によって取り込まれたデジタル画像は、理論的にＣＧ画像と同じ座標系を持っている。従って、被写体の３次元表面モデルに基づき作成された等高線１０は、デジタル画像上にも描かれる。
【００３９】
次にデジタル画像から輝度情報を取得し、係る輝度情報から河川水位を特定する方法について説明する。属性情報描画部３０により、デジタル画像上に等高線１０が描かれると、次に画像処理部１３の輝度情報取得部２９によりデジタル画像から被写体表面の輝度情報が取得される。輝度情報は等高線１０毎に平均輝度値が求められ、標高方向沿いの平均輝度変化曲線（輝度情報の連続データ曲線）のグラフが作成される。図６は平均輝度変化曲線を示すグラフであり、図６中Ｘ軸は標高値を示し、Ｙ軸は被写体（橋脚の一部）２に描かれた等高線１０の平均輝度値を示している。
【００４０】
上述の平均輝度変化曲線から、河川水位に対応する等高線１０の位置を検出する手法の基本的な考え方は、平均輝度変化曲線において水を検出すると急激な輝度の減衰が起きるところにある。従って、平均輝度変化曲線から河川水位に対応するローカルパターン（形状）の位置を検出することによって、デジタル画像から河川水位を検出することが可能となる。
【００４１】
ここで、デジタル画像から輝度情報を取得する原理について説明する。上述したように、標高表示部３０において被写体の３次元表面モデルから等高線を作成すると共に、輝度情報取得部２９において等高線上の輝度情報を収集する。画像座標系に変換される等高線の形状は図９に示すように、黒点の集合｛P｜P1，…，Pk，…PN｝によって決められる。  次いで等高線と位置的に関連する画素を把握し、デジタル画像座標系における等高線の点Ｐkの画像輝度割合値Ｖpkを算出する。
【００４２】
図１０は画像輝度割合値の算出方法の一例を示しており、図に示すように四方形ａ−ｂ−ｃ−ｄは、点Pkを中心とした輝度値を取得する有効な範囲を示している。尚、四方形サイズはデジタル画像の一画素と一致し、四方形ａ−ｂ−ｃ−ｄと近隣する九つの画素は、点Pkと位置的に関連する画素群である。また、式（１）中、Ｖibは関連画素iの指定バンドＢの輝度値であり、ＡＰiは画素iの四方形ａ−ｂ−ｃ−ｄに占める面積の比率である。そして、画像輝度割合値に基づき、下記式（２）に示す等高線LZiの画像平均輝度値ＭＶl(zi)を算出する。
【００４３】
【数１】
2007018347.tif 000003
【００４４】
【数２】
2007018347.tif 000004
次に、特定された空間データの意味情報又は３次元空間情報毎に輝度情報を取得する際の高速処理方法について説明する。上述したように、上記式（１）に基づいて画像輝度割合値を算出し、上記式（２）に基づいて特定された画素群の輝度情報から画像平均輝度値を算出している。定点観測において、連続的に輝度情報を算出する場合には、２次元画像上で特定された空間データの意味情報又は３次元空間情報と位置的に関連する画素群を固定することができる。すなわち、観測時間及び被写体表面の輝度値情報を除き、一時メモリ内に記憶されている空間データの意味情報又は３次元空間情報と関連する画素群間の相対位置関係を記録する各パラメータが固定されている（上述の式（１）及び式（２）中、バンド輝度パラメータＶibを除き、全てのパラメータは固定している）。つまり、固定された撮像手段から取得される時系列なデジタル画像を処理する場合において、新しい画像を読み込む毎に、上述のパラメータを繰り返し計算するのではなく、輝度情報パラメータのみ式に代入して画像解析結果を算出できるので、デジタル画像の高速処理を実現することができる。
【００４５】
図７は平均輝度変化曲線の特徴部分を示すグラフであり、係る特徴部分の波形パターンを検出して、河川水位を検出している。係る特徴部分の波形を定量化するため波形パターンのパラメータを定義しており、各パラメータの計算式を用いて平均輝度変化曲線上の指定区間におけるパターンを定量的に計算できる。尚、図中に示すパラメータは波形を定量化するための一例であり、その他のパラメータを用いても良い。図中の各パラメータの定義は次の通りである。Ｂ：区間の最低輝度値の位置、ＢL：区間の左側限界点、ＢR：区間の右側限界点、ＴL：ＢとＢL間の最高輝度値の位置、ＴR：ＢとＢR間の最高輝度値の位置、ａｐ：点ｐにおける曲線の傾斜角、ａＬ：線分ＴL―Ｂの傾斜角、ａＲ：線分ＴR―Ｂの傾斜角。
【００４６】
次に、液面境界線情報抽出部３７では一定区間を指定して平均輝度変化曲線をスキャニングし、スキャニングした区間における曲線のパラメータから、上述の事前に定義したモデル曲線形状と最も相関する区間を検出する。更に、事前に定義した曲線特徴を参照して、検出された区間から最も相関する標高位置を検出する。このように河川のデジタル画像を用いた画像解析により河川水位情報を検出することができる。尚、輝度情報は等高線１０毎に平均輝度値を求めているので、水平方向の観測幅は長くなればなるほど、等高線１０に代表された被写体表面上の水平線方向の輝度情報を強調でき、デジタル画像上のノイズを効果的に削除できる。
【００４７】
このように、デジタル画像から得た輝度情報に基づいて河川水位を求めることができるので、気象条件の違い（特に夜間における照度の低下）によって、画像が読み取り難くなる場合であっても、容易且つ精度良く河川水位を求めることが可能になる。
【００４８】
また、被写体２の緯度、経度、標高等の属性情報がデジタル画像の各画素に付与されるので、モニタ画面によって表示される画面において各画素のより正確な地理座標を得ることができ、より精度の高い画像解析が可能となる。
【００４９】
尚、水位観測場所における地面被覆状況によっては、平均輝度変化曲線の特徴が異なる場合もあり、上述した波形のパラメータを調整することにより、河川水位情報を抽出する際の場所制限は特にないと考えられる。
【００５０】
次に、河川水位情報を抽出する際の他の実施例について図８を用いて説明する。本実施例では輝度情報を経時的に計測したデータを蓄積する輝度情報蓄積部３３（図５参照）を備え、物性判別部２８において輝度情報蓄積部３３に蓄積された輝度情報に基づき河川水位を判別している。
【００５１】
具体的には、時刻（Ｔ1）と（Ｔ１＋Δｔ）におけるデジタル画像から、被写体表面上の標高方向沿いの平均輝度変化曲線を別々に算出する（４０ａ、４０ｂ）。次いで、輝度情報蓄積部３３に蓄積された時刻（Ｔ1）における輝度情報に基づき、時刻（Ｔ1）の水位に対応したローカル曲線パターンを参照して、時刻（Ｔ１＋Δｔ）の曲線から形状が最も相関する曲線区間を抽出する。この抽出した区間内における平均輝度の最小値に対応する標高位置が時刻（Ｔ1＋Δｔ）の水位と考えられる。このように、輝度情報蓄積手段３３に蓄積された過去の輝度情報に基づき河川水位を測定しているので、予め入力したデータに基づいて河川水位を測定する場合に比べて、より精度の高い測定を行うことができる。
【００５２】
図１１はモニタ画面に表示される平均輝度変化曲線のウインドウ画面を示した図である。図１１に示すように、ウインドウ画面上には平均輝度変化曲線が経時的に表示されていると共に、ウインドウ画面の下側部分には平均輝度変化曲線から河川水位を特定するための各パラメータが表示されるようになっている。また物性判別部２８によって算出された河川水位は平均輝度変化曲線のグラフ上に表示（図１１中Ｅに示す）されるようになっている。
【００５３】
更に、本発明に係る水位計測装置１には計測した水位がめ設定された水位（例えば、図１１中Ｆに示す）標高を超えた場合には水位の測定頻度を高めるようにしても良い。
【００５４】
このように、計測している水位が予め設定した標高以上になった場合に河川水位の測定頻度を高めるようにしているので、リアルタイムで水位情報を得ることで、例えば警戒警報の発令やダムの放流による河川流量の調整等、適切且つ迅速な対応が可能となる。
【００５５】
次に、他の実施の形態を説明するが、以下の説明において、上述した第１実施の形態と同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付することにより、その部分の詳細な説明を省略し、以下の説明では上述の第１実施の形態と異なる点を主に説明する。図１３〜図１５を用いて第２実施の形態を説明する。第２実施の形態は、本発明に係る画像処理装置を植物等の生育状況を観測する生育情報観測装置（環境情報観測装置）として用いている。図１３は観測対象となる農地を示す平面図であり、農地に監視カメラを設置した状態を示す図、図１４は監視カメラの姿勢を変えて観測対象を向いている様子を示す図、図１５はデジタル画像に属性情報を付した状態を示す図である。
【００５６】
第２実施の形態では、監視カメラ３におけるカメラ部分が水平方向に対して上下及び左右に回転可能になっており、係るカメラ部分は管理センタ５等の制御室において遠隔操作できるようになっている、また、監視カメラ３で取り込んだ画像データについて無線で管理センタ５に送信している。
【００５７】
画像処理部１３では、既存の農地区分用の空間データ、地表面の３次元表面モデル、カメラの３次元空間位置を用いて、所望の観測対象が画像中心となるようにカメラの姿勢パラメータを算出する。図１３に示すようなモニタ画面上において、複数に区分けされた農地の中から任意の１つの区分５０を観測対象として選択し、選択した区分の地理中心Ｗと、カメラ姿勢の方位角を決める。また、図１４に示すように選択した区分の地理中心Ｗと監視カメラ３の三次元地理空間位置から、カメラ姿勢のピッチ角βを算出する。
【００５８】
本実施の形態では、被写体の３次元空間情報に対して意味付けされた空間データ６０を作成する意味情報作成部（意味情報作成手段）３１を備え、作成された被写体の空間データ６０に反映された意味情報を２次元画像の各画素に付与している。また、物性判別部２８は２次元画像の輝度情報に基づき被写体２の空間データの意味情報を特定すると共に、判別した物性情報を特定した空間データに付与している。
【００５９】
農地を観測する際、監視カメラ３で取り込んだ画像は管理センタ５に送信され、送信された画像データは通信装置を介してデータ保存媒体１９に電子ファイルにて保存する。次に、デジタル画像を主メモリに読み込み、第１実施の形態で説明した輝度情報取得部２９によってデジタル画像から輝度情報を取得している。
【００６０】
本実施の形態では、属性情報付与部２７によって意味付けされた被写体２の空間データ６０の意味情報がデジタル画像の各画素に付与されるので、デジタル画像の各画素に被写体２の緯度、経度、標高の情報と空間データ６０の意味情報とが並存又は併用でき、更に汎用性の高い情報処理を行うことができる。また、デジタル画像の輝度情報に基づき被写体２の空間データ６０の意味情報を特定すると共に、特定した空間データ６０に物性判別部２８で判別した物性情報を付与しているので、特定した空間データ６０とデジタル画像から取得された物性情報とが関連づけられることで、空間データ６０毎にデジタル画像を用いて農地の状態を判別することができる。
【００６１】
次に図１６及び図１７を用いて第３実施の形態について説明する。図１６は第３実施の形態に係る環境情報観測装置を示す図であり、（ａ）は被写体である山腹をデジタルカメラで撮影した状態を示す図、（ｂ）は植物の生育部分と生育していない部分とのデジタル画像における境界線を抜き出して示す図、図１７は第３実施の形態に係る環境情報観測装置を示す図であり、（ａ）は図１６で取得したデジタル画像の植物の生育部分に色を付した状態を示す図、（ｂ）は植物の生育部分と生育していない部分との地理座標系における境界線を抜き出して示す図である。
【００６２】
第３実施の形態では、監視カメラ３で被写体２である山腹のデジタル画像を取得し、取得したデジタル画像を管理センタ５に送信している。画像処理部１３の物性判別部２８はデジタル画像の輝度情報に基づいて被写体２上の境界線（形状データ）４５を取得しており（図１７（ｂ））、その後、属性情報付与部２７により境界線４５に３次元空間情報を付与し、３次元空間情報を付与した形状データに従って３次元境界線データ（空間データ）４６を作成する（図１６（ｂ））。
【００６３】
このように、３次元空間情報を付与した被写体２上の境界線（形状データ）４５に従って３次元境界線データ４６（空間データ）を作成しているので、従来のデジタル画像を用いた空間データ作成手法に比べて、計算量を抑えることができ、画像処理速度の高速化を図ることができる。
【００６４】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることは言うまでもない
第１実施の形態において、監視カメラ３は河川敷に設置したが、これに限定されずダム等に設置してダム水位を測定するようにしても良い。
【００６５】
更に、監視カメラ３を山に向けて設置して、火山の噴火時に発生する溶岩流等の液面を測定するものであっても良い。
【００６６】
本発明に係る環境情報観測装置１はテーマパークやショッピングセンタの駐車場に設置しても良い。この場合、撮影したデジタル画像の輝度情報から駐車スペースの空車位置を特定することができる。
【００６７】
上述の第３の実施形態では、監視カメラ３を用いず、ＧＰＳ機能を搭載した携帯型のカメラを用いて撮影し、撮影したデジタル画像データを別途に画像処理するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る画像処理装置を用いた水位計測装置において、管理センタのモニタ画面に表示されるデジタル画像を示す図である。
【図２】図１に示すデジタル画像に等高線を描いた状態を示す図である。
【図３】橋脚に係る水位を監視カメラで撮影している状態を示す斜視図である。
【図４】属性情報をデジタル画像に付与する動作を説明する図である。
【図５】本実施の形態に係る水位計測装置の制御ブロック図である。
【図６】標高方向に沿う輝度情報変化曲線の作成原理を示す図である。
【図７】平均輝度変化曲線の特徴部分を示すグラフである。
【図８】平均輝度変化曲線から河川水位情報を抽出する際の他の実施例について説明するグラフである。
【図９】等高線上の輝度情報を取得する方法について説明する図である。
【図１０】デジタル画像上の１点における画像輝度割合値の算出方法について説明する図である。
【図１１】管理センタのモニタ画面に表示される平均輝度変化曲線のウインドウ画面を示した図である。
【図１２】画像処理装置を用いた水位計測装置の全体を示す斜視図である。
【図１３】第２実施の形態に係る生育情報観測装置において、観測対象となる農地に監視カメラを設置した状態を示す平面図である。
【図１４】図１３に示す生育情報観測装置において、監視カメラの姿勢を変えて観測対象を指定する様子を向いている様子を示す斜視図である。
【図１５】図１３に示す生育情報観測装置において、デジタル画像に属性情報を付した状態を示す斜視図である。
【図１６】第３実施の形態に係る環境情報観測装置を示す図であり、（ａ）は被写体である山腹をデジタルカメラで撮影した状態を示す図、（ｂ）は植物の生育部分と生育していない部分とのデジタル画像における境界線を抜き出して示す図である。
【図１７】第３実施の形態に係る環境情報観測装置を示す図であり、（ａ）は図１６で取得したデジタル画像の植物の生育部分に色を付した状態を示す図、（ｂ）は植物の生育部分と生育していない部分との地理座標系における境界線を抜き出して示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１              環境情報観測装置
１７            画像表示部
２６            画像情報合成部
２７            属性情報付与部
２８            物性判別部
２９            輝度情報取得部
３０            属性情報描画部
３１            意味情報作成部
３２            ３次元表面情報抽出部
３３            画像情報分類部
３５            変化曲線作成部
３７            液面境界線情報抽出部
【図１】
2007018347.tif 000005
【図２】
2007018347.tif 000006
【図３】
2007018347.tif 000007
【図４】
2007018347.tif 000008
【図５】
2007018347.tif 000009
【図６】
2007018347.tif 000010
【図７】
2007018347.tif 000011
【図８】
2007018347.tif 000012
【図９】
2007018347.tif 000013
【図１０】
2007018347.tif 000014
【図１１】
2007018347.tif 000015
【図１２】
2007018347.tif 000016
【図１３】
2007018347.tif 000017
【図１４】
2007018347.tif 000018
【図１５】
2007018347.tif 000019
【図１６】
2007018347.tif 000020
【図１７】
2007018347.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月28日(2006.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の２次元画像情報を取得する２次元画像情報取得手段と、被写体の緯度、経度、標高の群からなる３次元空間情報を取得する３次元空間情報取得手段と、２次元画像を表示する画像表示手段と、取得した２次元画像情報と３次元空間情報とを合成する画像情報合成手段と、被写体の緯度、経度、標高の群からなる少なくとも一つの属性情報を２次元画像の各画素に付与する属性情報付与手段と、２次元画像から被写体表面の輝度情報を取得する輝度情報取得手段と、輝度情報取得手段で得た輝度情報から物の種類や状態を判別する物性判別手段とを備え、物性判別手段は輝度情報から被写体上の形状データを取得しており、取得した形状データに３次元空間情報を付与し、３次元空間情報を付与した形状データに従って３次元境界線データを作成することを特徴とする画像処理装置。
【請求項２】
被写体の２次元画像情報を取得する２次元画像情報取得手段と、被写体の緯度、経度、標高の群からなる３次元空間情報を取得する３次元空間情報取得手段と、２次元画像を表示する画像表示手段と、取得した２次元画像情報と３次元空間情報とを合成する画像情報合成手段と、被写体の緯度、経度、標高の群からなる少なくとも一つの属性情報を２次元画像の各画素に付与する属性情報付与手段と、２次元画像から被写体表面の輝度情報を取得する輝度情報取得手段と、被写体表面の緯度、経度、標高の群からなる被写体表面の属性情報を抽出する３次元表面情報抽出手段と、３次元表面情報抽出手段で得た被写体表面の属性情報を２次元画像上に描く属性情報描画手段と、変化曲線作成手段と、液面境界線情報抽出手段とを備え、属性情報描画手段は被写体表面上の同じ標高属性を結ぶ等高線を２次元画像上に描いており、輝度情報取得手段は２次元画像に付与された等高線毎に輝度情報を取得しており、変化曲線作成手段は取得した輝度情報に基づいて標高方向に沿う輝度情報変化曲線を作成し、液面境界線情報抽出手段は輝度情報変化曲線に基づいて被写体の液面境界線の標高情報を抽出していることを特徴とする環境情報観測装置。
【請求項３】
輝度情報取得手段は被写体の３次元空間情報が付与された２次元画像上の画素群から輝度情報を取得しており、被写体を連続観測する場合には、連続観測したうちの任意の３次元空間情報を特定すると共に特定した３次元空間情報が付与された画素群を固定してから輝度情報を取得していることを特徴とする請求項２に記載の環境情報観測装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像処理装置及び環境情報観測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、水面に対して垂直に量水板を設置し、係る量水板の水位目盛りを取り込んだ画像から解析して水位を計測する装置が開示されている。
【０００３】
非特許文献１には、２次元画像の座標系を３次元の地理座標に正射投影変換し、その後画像解析又は地理空間解析を行う技術が開示されている。
【０００４】
特許文献２には、２次元の画像上に３次元の画像を重ね合せて表示する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１４５７６５号公報
【非特許文献１】日本リモートセンシング研究会著「図解リモートセンシング」、日本測量協会、平成８年４月、ｐ１２０〜２２０
【特許文献２】特開２００３−１３２０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の従来技術では、量水板の水位目盛りを取り込んだ２次元画像を解析して水位を計測しているが、夜間のように照度が低下した場合には目盛りが読み難く、正確な水位を計測し難いという問題があり、量水板など標高位置を標記する物なしに水位計測できることが望まれている。
【０００７】
非特許文献１に記載の従来技術では、画像解析時において被写体表面における３次元空間情報を参照することができず、２次元位置情報のみしか参照できなかった。また、斜めから取得した被写体側面の２次元画像を地理座標系に正射投影変換してから、被写体側面上の輝度情報を損失される恐れがあった。よって、画像解析の精度に劣るという問題があった。
【０００８】
一方、特許文献２において、被写体の３次元形状データを２次元画像に投影して描画することはできるが、２次元画像上の被写体が写された範囲における画素に被写体の緯度、経度、標高等の属性情報を付与し又は表示できるものではなく、２次元画像上で被写体の正確な地理座標を得ることで、汎用性の高い情報処理を行うことが望まれている。
【０００９】
本発明は、２次元画像に基づいて汎用性の高い情報処理を行うことができる画像処理装置及び環境情報観測装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、被写体の２次元画像情報を取得する２次元画像情報取得手段と、被写体の緯度、経度、標高の群からなる３次元空間情報を取得する３次元空間情報取得手段と、２次元画像を表示する画像表示手段と、取得した２次元画像情報と３次元空間情報とを合成する画像情報合成手段と、被写体の緯度、経度、標高の群からなる少なくとも一つの属性情報を２次元画像の各画素に付与する属性情報付与手段と、２次元画像から被写体表面の輝度情報を取得する輝度情報取得手段と、輝度情報取得手段で得た輝度情報から物の種類や状態を判別する物性判別手段とを備え、物性判別手段は輝度情報から被写体上の形状データを取得しており、取得した形状データに３次元空間情報を付与し、３次元空間情報を付与した形状データに従って３次元境界線データを作成することを特徴とする。
【００１１】
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
請求項２に記載された発明は、被写体の２次元画像情報を取得する２次元画像情報取得手段と、被写体の緯度、経度、標高の群からなる３次元空間情報を取得する３次元空間情報取得手段と、２次元画像を表示する画像表示手段と、取得した２次元画像情報と３次元空間情報とを合成する画像情報合成手段と、被写体の緯度、経度、標高の群からなる少なくとも一つの属性情報を２次元画像の各画素に付与する属性情報付与手段と、２次元画像から被写体表面の輝度情報を取得する輝度情報取得手段と、被写体表面の緯度、経度、標高の群からなる被写体表面の属性情報を抽出する３次元表面情報抽出手段と、３次元表面情報抽出手段で得た被写体表面の属性情報を２次元画像上に描く属性情報描画手段と、変化曲線作成手段と、液面境界線情報抽出手段とを備え、属性情報描画手段は被写体表面上の同じ標高属性を結ぶ等高線を２次元画像上に描いており、輝度情報取得手段は２次元画像に付与された等高線毎に輝度情報を取得しており、変化曲線作成手段は取得した輝度情報に基づいて標高方向に沿う輝度情報変化曲線を作成し、液面境界線情報抽出手段は輝度情報変化曲線に基づいて被写体の液面境界線の標高情報を抽出していることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載された発明は、請求項２に記載の発明において、輝度情報取得手段は被写体の３次元空間情報が付与された２次元画像上の画素群から輝度情報を取得しており、被写体を連続観測する場合には、連続観測したうちの任意の３次元空間情報を特定すると共に特定した３次元空間情報が付与された画素群を固定してから輝度情報を取得していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、２次元情報取得手段によって取り込まれた被写体の２次元画像情報と３次元空間情報取得手段によって取り込まれた３次元空間情報とが画像情報合成手段によって合成される。その後、属性情報付与手段によって被写体の緯度、経度、標高の群からなる少なくとも一つの属性情報が２次元画像情報の各画素に付与される。
【００２０】
このように、被写体の緯度、経度、標高の群からなる少なくとも一つの属性情報が２次元画像上に写された被写体の範囲における各画素に付与されるので、２次元画像上で被写体の正確な地理座標を得ることで、汎用性の高い情報処理を行うことができる。
【００２１】
２次元画像から取得した輝度情報に基づいて、被写体の３次元空間情報における物の種類や状態を判別できる。
【００２２】
属性情報描画手段により被写体表面の３次元表面属性情報を２次元画像上に描くことができ、被写体表面の３次元表面属性情報毎に２次元画像の輝度情報の取得もできる。
【００２３】
【００２４】
【００２５】
【００２６】
２次元画像から取得した被写体上の形状データに３次元空間情報を付与し、形状データに従って空間データを作成する。２次元画像から形状データを取得し、形状データのみ地理座標系に変換して３次元境界線データを作成しているので、計算量を抑えることができ、画像処理速度の高速化を図ることができる。
【００２７】
請求項２に記載された発明によれば、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、作成された標高方向に沿う輝度情報変化曲線から被写体の液面境界線情報を抽出しているので、従来技術のように、目盛りの付した標尺を被写体に設置する必要がなく、液面境界線情報（水位）の観測を容易に行うことができる。また、被写体上の標高方向に沿う輝度情報変化曲線を取得してから液面境界線情報を得ているので、夜間のように低照度で目盛りや液面境界線が認識できにくい場合でも、液面の計測を精度良く行うことができる。
【００２８】
請求項３に記載された発明によれば、請求項２に記載の発明と同様の効果を奏すると共に、被写体を連続観測する際には、３次元空間情報が付与された画素群を固定することにより、画像を取得する毎に３次元空間情報に関連する画素群を特定する画像情報合成を行う必要がなく、３次元空間情報ごとに輝度情報の計算が簡易になり、高速での画像処理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の第１実施の形態に係る画像処理装置を用いた水位計測装置において、管理センタのモニタ画面に表示されるデジタル画像を示す図、図２は図１に示すデジタル画像に等高線を描いた状態を示す図、図３は橋脚に係る水位を監視カメラで撮影している状態を示す斜視図、図４は属性情報をデジタル画像に付与する動作を説明する図、図５は本実施の形態に係る水位計測装置の制御ブロック図、図６は標高方向に沿う輝度情報変化曲線の作成原理を示す図、図７は平均輝度変化曲線の特徴部分を示すグラフ、図８は平均輝度変化曲線から河川水位情報を抽出する際の他の実施例について説明するグラフ、図９は等高線上の輝度情報を取得する方法について説明する図、図１０はデジタル画像上の１点における画像輝度割合値の算出方法について説明する図、図１１は管理センタのモニタ画面に表示される平均輝度変化曲線のウインドウ画面を示した図、図１２は画像処理装置を用いた水位計測装置の全体を示す斜視図である。
【００３０】
本実施形態に係る水位計測装置（環境情報観測装置）１は、図１２に示すように、河川等の水位計測に用いられる物であり、河川敷に設けられた複数の監視カメラ３と、各監視カメラ３をつなぐケーブル４と、ケーブル４に接続されて監視カメラ３の情報を逐次監視する管理センタ５とを備えている。監視カメラ３では被写体２のデジタル画像（２次元画像情報）を取得する。
【００３１】
図５において、管理センタ５は監視カメラ３からの信号を受ける受信装置１１（２次元画像情報取得手段１１ａ）と、受信装置１１に接続された画像処理部１３とを備えている。画像処理部１３はＣＰＵ１５、モニタ画面（画像表示手段）１７、データ保存媒体１９、プログラム記憶部２３、インターフェース（Ｉ／Ｆ）２５等を備えている。
【００３２】
監視カメラ３にはレンズ、撮像板、画像処理回路などが内蔵されており、その下部に設けた付属設備にはコントローラ、通信装置などが内蔵され、カメラ画像処理回路とコントローラが画像信号線と制御信号線を含むケーブル４を介して管理センタ５に接続されている。
【００３３】
ＣＰＵ（中央演算処理装置）１５はプログラム記憶部２３に記憶された各プログラム２７〜３３に従って各種の処理を実行するようになっている。監視カメラ３の映像信号を取り込んだ受信装置１１から、デジタル画像の電子データがデータ保存媒体１９に送信される。係る電子データは主メモリに読み込んでから、インターフェース２５を介して解析される。解析結果データは画像表示部１７に表示されると共にデータ保存媒体１９に保存される。
【００３４】
プログラム記憶部２３は、取得したデジタル画像と被写体の３次元空間情報とを合成する画像情報合成部（画像情報合成手段）２６、被写体２の緯度、経度、標高の群からなる少なくとも一つの属性情報を表示されたデジタル画像の各画素に付与する属性情報付与部（属性情報付与手段）２７、デジタル画像から被写体表面の輝度情報を取得する輝度情報取得部（輝度情報取得手段）２９、輝度情報に基づいて物の種類や状態を判別する物性判別部（物性判別手段）２８、被写体表面の緯度、経度、標高の群からなる３次元表面情報を抽出する３次元表面情報抽出部（３次元表面情報抽出手段）３２、３次元表面情報抽出部で得た被写体表面の属性情報を２次元画像上に描く属性情報描画部（属性情報描画手段）３０、被写体の３次元空間情報に対して意味付けされた空間データを作成する意味情報作成部（意味情報作成手段）３１を備えている。
【００３５】
特に、属性情報描画部３０は、被写体上の同じ標高属性を結ぶ等高線を描いており、輝度情報取得部２９はデジタル画像に付与された等高線毎に輝度情報を取得しており、取得した輝度情報に基づいて輝度情報変化曲線を作成する変化曲線作成部（変化曲線作成手段）３５と、輝度情報変化曲線に基づいて被写体２の液面境界線の標高情報を抽出する液面境界線情報抽出部（液面境界線情報抽出手段）３７とを備える。
【００３６】
次に、本実施の形態に係る画像処理装置を用いた水位計測装置の作用及び効果を説明する。図３に示すように、河川敷に固定された監視カメラ３によって被写体２の画像を取得する。取得した画像はケーブル４を介して管理センタ５に送信される。取得した被写体２の画像信号は受信装置１１からデータ保存媒体１９に保存されると共に管理センタ５内のモニタ画面１７に表示される。
【００３７】
取得したデジタル画像と３次元空間情報との合成は、公知の写真測量手段（村井俊治、「解析写真測量-改訂版」、日本測量協会、平成１２年）を用いており、図４に示すような被写体の３次元表面モデルを用いて、監視カメラ３の空間位置や、カメラ姿勢、カメラレンズ焦点距離値等のパラメータを取得してから３次元空間座標を２次元画像座標系に変換し、指定した３次元空間座標位置に対応した２次元画像座標位置を計算できる。同時に、この時モニタ画面１７に表示されたデジタル画像には属性情報付与部２７によって被写体２の緯度、経度、標高の属性情報がデジタル画像の各画素に付与される。
【００３８】
次に、デジタル画像上で範囲を指定することで、係る範囲に一定間隔の等高線１０が描かれる。すなわち、デジタル画像上で所定範囲を指定すると、公知の手段として被写体２の３次元表面モデルを用いて被写体の表面上に所定高さ毎の等高線１０が取得してから、被写体の３次元表面モデルを用いてＣＧ（Computer  Graphic）画像を作成し、作成されたＣＧ画像上に等高線１０を描く。前述の監視カメラ３によって取り込まれたデジタル画像は、理論的にＣＧ画像と同じ座標系を持っている。従って、被写体の３次元表面モデルに基づき作成された等高線１０は、デジタル画像上にも描かれる。
【００３９】
次にデジタル画像から輝度情報を取得し、係る輝度情報から河川水位を特定する方法について説明する。属性情報描画部３０により、デジタル画像上に等高線１０が描かれると、次に画像処理部１３の輝度情報取得部２９によりデジタル画像から被写体表面の輝度情報が取得される。輝度情報は等高線１０毎に平均輝度値が求められ、標高方向沿いの平均輝度変化曲線（輝度情報の連続データ曲線）のグラフが作成される。図６は平均輝度変化曲線を示すグラフであり、図６中Ｘ軸は標高値を示し、Ｙ軸は被写体（橋脚の一部）２に描かれた等高線１０の平均輝度値を示している。
【００４０】
上述の平均輝度変化曲線から、河川水位に対応する等高線１０の位置を検出する手法の基本的な考え方は、平均輝度変化曲線において水を検出すると急激な輝度の減衰が起きるところにある。従って、平均輝度変化曲線から河川水位に対応するローカルパターン（形状）の位置を検出することによって、デジタル画像から河川水位を検出することが可能となる。
【００４１】
ここで、デジタル画像から輝度情報を取得する原理について説明する。上述したように、標高表示部３０において被写体の３次元表面モデルから等高線を作成すると共に、輝度情報取得部２９において等高線上の輝度情報を収集する。画像座標系に変換される等高線の形状は図９に示すように、黒点の集合｛P｜P1，…，Pk，…PN｝によって決められる。  次いで等高線と位置的に関連する画素を把握し、デジタル画像座標系における等高線の点Ｐkの画像輝度割合値Ｖpkを算出する。
【００４２】
図１０は画像輝度割合値の算出方法の一例を示しており、図に示すように四方形ａ−ｂ−ｃ−ｄは、点Pkを中心とした輝度値を取得する有効な範囲を示している。尚、四方形サイズはデジタル画像の一画素と一致し、四方形ａ−ｂ−ｃ−ｄと近隣する九つの画素は、点Pkと位置的に関連する画素群である。また、式（１）中、Ｖibは関連画素iの指定バンドＢの輝度値であり、ＡＰiは画素iの四方形ａ−ｂ−ｃ−ｄに占める面積の比率である。そして、画像輝度割合値に基づき、下記式（２）に示す等高線LZiの画像平均輝度値ＭＶl(zi)を算出する。
【００４３】
【数１】
2007018347.tif 000022
【００４４】
【数２】
2007018347.tif 000023
次に、特定された空間データの意味情報又は３次元空間情報毎に輝度情報を取得する際の高速処理方法について説明する。上述したように、上記式（１）に基づいて画像輝度割合値を算出し、上記式（２）に基づいて特定された画素群の輝度情報から画像平均輝度値を算出している。定点観測において、連続的に輝度情報を算出する場合には、２次元画像上で特定された空間データの意味情報又は３次元空間情報と位置的に関連する画素群を固定することができる。すなわち、観測時間及び被写体表面の輝度値情報を除き、一時メモリ内に記憶されている空間データの意味情報又は３次元空間情報と関連する画素群間の相対位置関係を記録する各パラメータが固定されている（上述の式（１）及び式（２）中、バンド輝度パラメータＶibを除き、全てのパラメータは固定している）。つまり、固定された撮像手段から取得される時系列なデジタル画像を処理する場合において、新しい画像を読み込む毎に、上述のパラメータを繰り返し計算するのではなく、輝度情報パラメータのみ式に代入して画像解析結果を算出できるので、デジタル画像の高速処理を実現することができる。
【００４５】
図７は平均輝度変化曲線の特徴部分を示すグラフであり、係る特徴部分の波形パターンを検出して、河川水位を検出している。係る特徴部分の波形を定量化するため波形パターンのパラメータを定義しており、各パラメータの計算式を用いて平均輝度変化曲線上の指定区間におけるパターンを定量的に計算できる。尚、図中に示すパラメータは波形を定量化するための一例であり、その他のパラメータを用いても良い。図中の各パラメータの定義は次の通りである。Ｂ：区間の最低輝度値の位置、ＢL：区間の左側限界点、ＢR：区間の右側限界点、ＴL：ＢとＢL間の最高輝度値の位置、ＴR：ＢとＢR間の最高輝度値の位置、ａｐ：点ｐにおける曲線の傾斜角、ａＬ：線分ＴL―Ｂの傾斜角、ａＲ：線分ＴR―Ｂの傾斜角。
【００４６】
次に、液面境界線情報抽出部３７では一定区間を指定して平均輝度変化曲線をスキャニングし、スキャニングした区間における曲線のパラメータから、上述の事前に定義したモデル曲線形状と最も相関する区間を検出する。更に、事前に定義した曲線特徴を参照して、検出された区間から最も相関する標高位置を検出する。このように河川のデジタル画像を用いた画像解析により河川水位情報を検出することができる。尚、輝度情報は等高線１０毎に平均輝度値を求めているので、水平方向の観測幅は長くなればなるほど、等高線１０に代表された被写体表面上の水平線方向の輝度情報を強調でき、デジタル画像上のノイズを効果的に削除できる。
【００４７】
このように、デジタル画像から得た輝度情報に基づいて河川水位を求めることができるので、気象条件の違い（特に夜間における照度の低下）によって、画像が読み取り難くなる場合であっても、容易且つ精度良く河川水位を求めることが可能になる。
【００４８】
また、被写体２の緯度、経度、標高等の属性情報がデジタル画像の各画素に付与されるので、モニタ画面によって表示される画面において各画素のより正確な地理座標を得ることができ、より精度の高い画像解析が可能となる。
【００４９】
尚、水位観測場所における地面被覆状況によっては、平均輝度変化曲線の特徴が異なる場合もあり、上述した波形のパラメータを調整することにより、河川水位情報を抽出する際の場所制限は特にないと考えられる。
【００５０】
次に、河川水位情報を抽出する際の他の実施例について図８を用いて説明する。本実施例では輝度情報を経時的に計測したデータを蓄積する輝度情報蓄積部３３（図５参照）を備え、物性判別部２８において輝度情報蓄積部３３に蓄積された輝度情報に基づき河川水位を判別している。
【００５１】
具体的には、時刻（Ｔ1）と（Ｔ１＋Δｔ）におけるデジタル画像から、被写体表面上の標高方向沿いの平均輝度変化曲線を別々に算出する（４０ａ、４０ｂ）。次いで、輝度情報蓄積部３３に蓄積された時刻（Ｔ1）における輝度情報に基づき、時刻（Ｔ1）の水位に対応したローカル曲線パターンを参照して、時刻（Ｔ１＋Δｔ）の曲線から形状が最も相関する曲線区間を抽出する。この抽出した区間内における平均輝度の最小値に対応する標高位置が時刻（Ｔ1＋Δｔ）の水位と考えられる。このように、輝度情報蓄積手段３３に蓄積された過去の輝度情報に基づき河川水位を測定しているので、予め入力したデータに基づいて河川水位を測定する場合に比べて、より精度の高い測定を行うことができる。
【００５２】
図１１はモニタ画面に表示される平均輝度変化曲線のウインドウ画面を示した図である。図１１に示すように、ウインドウ画面上には平均輝度変化曲線が経時的に表示されていると共に、ウインドウ画面の下側部分には平均輝度変化曲線から河川水位を特定するための各パラメータが表示されるようになっている。また物性判別部２８によって算出された河川水位は平均輝度変化曲線のグラフ上に表示（図１１中Ｅに示す）されるようになっている。
【００５３】
更に、本発明に係る水位計測装置１には計測した水位が予め設定された水位（例えば、図１１中Ｆに示す）標高を超えた場合には水位の測定頻度を高めるようにしても良い。
【００５４】
このように、計測している水位が予め設定した標高以上になった場合に河川水位の測定頻度を高めるようにしているので、リアルタイムで水位情報を得ることで、例えば警戒警報の発令やダムの放流による河川流量の調整等、適切且つ迅速な対応が可能となる。
【００５５】
次に、他の実施の形態を説明するが、以下の説明において、上述した第１実施の形態と同一の作用効果を奏する部分には同一の符号を付することにより、その部分の詳細な説明を省略し、以下の説明では上述の第１実施の形態と異なる点を主に説明する。図１３〜図１５を用いて第２実施の形態を説明する。第２実施の形態は、本発明に係る画像処理装置を植物等の生育状況を観測する生育情報観測装置（環境情報観測装置）として用いている。図１３は観測対象となる農地を示す平面図であり、農地に監視カメラを設置した状態を示す図、図１４は監視カメラの姿勢を変えて観測対象を向いている様子を示す図、図１５はデジタル画像に属性情報を付した状態を示す図である。
【００５６】
第２実施の形態では、監視カメラ３におけるカメラ部分が水平方向に対して上下及び左右に回転可能になっており、係るカメラ部分は管理センタ５等の制御室において遠隔操作できるようになっている、また、監視カメラ３で取り込んだ画像データについて無線で管理センタ５に送信している。
【００５７】
画像処理部１３では、既存の農地区分用の空間データ、地表面の３次元表面モデル、カメラの３次元空間位置を用いて、所望の観測対象が画像中心となるようにカメラの姿勢パラメータを算出する。図１３に示すようなモニタ画面上において、複数に区分けされた農地の中から任意の１つの区分５０を観測対象として選択し、選択した区分の地理中心Ｗと、カメラ姿勢の方位角を決める。また、図１４に示すように選択した区分の地理中心Ｗと監視カメラ３の三次元地理空間位置から、カメラ姿勢のピッチ角βを算出する。
【００５８】
本実施の形態では、被写体の３次元空間情報に対して意味付けされた空間データ６０を作成する意味情報作成部（意味情報作成手段）３１を備え、作成された被写体の空間データ６０に反映された意味情報を２次元画像の各画素に付与している。また、物性判別部２８は２次元画像の輝度情報に基づき被写体２の空間データの意味情報を特定すると共に、判別した物性情報を特定した空間データに付与している。
【００５９】
農地を観測する際、監視カメラ３で取り込んだ画像は管理センタ５に送信され、送信された画像データは通信装置を介してデータ保存媒体１９に電子ファイルにて保存する。次に、デジタル画像を主メモリに読み込み、第１実施の形態で説明した輝度情報取得部２９によってデジタル画像から輝度情報を取得している。
【００６０】
本実施の形態では、属性情報付与部２７によって意味付けされた被写体２の空間データ６０の意味情報がデジタル画像の各画素に付与されるので、デジタル画像の各画素に被写体２の緯度、経度、標高の情報と空間データ６０の意味情報とが並存又は併用でき、更に汎用性の高い情報処理を行うことができる。また、デジタル画像の輝度情報に基づき被写体２の空間データ６０の意味情報を特定すると共に、特定した空間データ６０に物性判別部２８で判別した物性情報を付与しているので、特定した空間データ６０とデジタル画像から取得された物性情報とが関連づけられることで、空間データ６０毎にデジタル画像を用いて農地の状態を判別することができる。
【００６１】
次に図１６及び図１７を用いて第３実施の形態について説明する。図１６は第３実施の形態に係る環境情報観測装置を示す図であり、（ａ）は被写体である山腹をデジタルカメラで撮影した状態を示す図、（ｂ）は植物の生育部分と生育していない部分とのデジタル画像における境界線を抜き出して示す図、図１７は第３実施の形態に係る環境情報観測装置を示す図であり、（ａ）は図１６で取得したデジタル画像の植物の生育部分に色を付した状態を示す図、（ｂ）は植物の生育部分と生育していない部分との地理座標系における境界線を抜き出して示す図である。
【００６２】
第３実施の形態では、監視カメラ３で被写体２である山腹のデジタル画像を取得し、取得したデジタル画像を管理センタ５に送信している。画像処理部１３の物性判別部２８はデジタル画像の輝度情報に基づいて被写体２上の境界線（形状データ）４５を取得しており（図１７（ｂ））、その後、属性情報付与部２７により境界線４５に３次元空間情報を付与し、３次元空間情報を付与した形状データに従って３次元境界線データ（空間データ）４６を作成する（図１６（ｂ））。
【００６３】
このように、３次元空間情報を付与した被写体２上の境界線（形状データ）４５に従って３次元境界線データ４６（空間データ）を作成しているので、従来のデジタル画像を用いた空間データ作成手法に比べて、計算量を抑えることができ、画像処理速度の高速化を図ることができる。
【００６４】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できることは言うまでもない
第１実施の形態において、監視カメラ３は河川敷に設置したが、これに限定されずダム等に設置してダム水位を測定するようにしても良い。
【００６５】
更に、監視カメラ３を山に向けて設置して、火山の噴火時に発生する溶岩流等の液面を測定するものであっても良い。
【００６６】
本発明に係る環境情報観測装置１はテーマパークやショッピングセンタの駐車場に設置しても良い。この場合、撮影したデジタル画像の輝度情報から駐車スペースの空車位置を特定することができる。
【００６７】
上述の第３の実施形態では、監視カメラ３を用いず、ＧＰＳ機能を搭載した携帯型のカメラを用いて撮影し、撮影したデジタル画像データを別途に画像処理するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る画像処理装置を用いた水位計測装置において、管理センタのモニタ画面に表示されるデジタル画像を示す図である。
【図２】図１に示すデジタル画像に等高線を描いた状態を示す図である。
【図３】橋脚に係る水位を監視カメラで撮影している状態を示す斜視図である。
【図４】属性情報をデジタル画像に付与する動作を説明する図である。
【図５】本実施の形態に係る水位計測装置の制御ブロック図である。
【図６】標高方向に沿う輝度情報変化曲線の作成原理を示す図である。
【図７】平均輝度変化曲線の特徴部分を示すグラフである。
【図８】平均輝度変化曲線から河川水位情報を抽出する際の他の実施例について説明するグラフである。
【図９】等高線上の輝度情報を取得する方法について説明する図である。
【図１０】デジタル画像上の１点における画像輝度割合値の算出方法について説明する図である。
【図１１】管理センタのモニタ画面に表示される平均輝度変化曲線のウインドウ画面を示した図である。
【図１２】画像処理装置を用いた水位計測装置の全体を示す斜視図である。
【図１３】第２実施の形態に係る生育情報観測装置において、観測対象となる農地に監視カメラを設置した状態を示す平面図である。
【図１４】図１３に示す生育情報観測装置において、監視カメラの姿勢を変えて観測対象を指定する様子を向いている様子を示す斜視図である。
【図１５】図１３に示す生育情報観測装置において、デジタル画像に属性情報を付した状態を示す斜視図である。
【図１６】第３実施の形態に係る環境情報観測装置を示す図であり、（ａ）は被写体である山腹をデジタルカメラで撮影した状態を示す図、（ｂ）は植物の生育部分と生育していない部分とのデジタル画像における境界線を抜き出して示す図である。
【図１７】第３実施の形態に係る環境情報観測装置を示す図であり、（ａ）は図１６で取得したデジタル画像の植物の生育部分に色を付した状態を示す図、（ｂ）は植物の生育部分と生育していない部分との地理座標系における境界線を抜き出して示す図である。
【符号の説明】
【００６９】
１              環境情報観測装置
１７            画像表示部
２６            画像情報合成部
２７            属性情報付与部
２８            物性判別部
２９            輝度情報取得部
３０            属性情報描画部
３１            意味情報作成部
３２            ３次元表面情報抽出部
３３            輝度情報蓄積部
３５            変化曲線作成部
３７            液面境界線情報抽出部
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2007018347.tif 000024