(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
河川の状況を監視するための第１撮像装置が第１時点において生成した第１画像情報と、前記第１撮像装置が第２時点において生成した第２画像情報とを取得する第１画像取得部と、
前記第１撮像装置が生成した前記第１画像情報に写る物体の少なくとも一部が写るように第２撮像装置が生成した第３画像情報を取得する第２画像取得部と、
前記第２撮像装置が生成した点群データを取得する点群データ取得部と、
前記第１画像取得部が取得した前記第１画像情報、前記第２画像取得部が取得した前記第３画像情報、及び前記点群データ取得部が取得した前記点群データに基づいて、前記第１画像取得部が取得した前記第２画像情報と、前記点群データ取得部が取得した前記点群データとを対応付けた対応情報を生成する対応情報生成部と、
前記第１画像取得部が取得した前記第２画像情報、及び前記対応情報生成部が生成した前記対応情報に基づいて、前記第２時点における河川の水位を計測する水位計測部と、
を備えたこと
と特徴とする水位計測装置。
【請求項２】
前記第１撮像装置が前記第１画像情報を生成した際の前記第１撮像装置の撮像条件を示す第１撮像情報と、前記第１撮像装置が前記第２画像情報を生成した際の前記第１撮像装置の撮像条件を示す第２撮像情報と、を取得する撮像情報取得部を備え、
前記対応情報生成部は、前記第１画像情報、前記第３画像情報、及び前記点群データに加えて、前記撮像情報取得部が取得した前記第１撮像情報及び前記第２撮像情報に基づいて、前記第１画像取得部が取得した前記第２画像情報と、前記点群データ取得部が取得した前記点群データとを対応付けた前記対応情報を生成すること
と特徴とする請求項１記載の水位計測装置。
【請求項３】
第１画像取得部が、河川の状況を監視するための第１撮像装置が第１時点において生成した第１画像情報と、前記第１撮像装置が第２時点において生成した第２画像情報とを取得し、
第２画像取得部が、前記第１撮像装置が生成した前記第１画像情報に写る物体の少なくとも一部が写るように第２撮像装置が生成した第３画像情報を取得し、
点群データ取得部が、前記第２撮像装置が生成した点群データを取得し、
対応情報生成部が、前記第１画像取得部が取得した前記第１画像情報、前記第２画像取得部が取得した前記第３画像情報、及び前記点群データ取得部が取得した前記点群データに基づいて、前記第１画像取得部が取得した前記第２画像情報と、前記点群データ取得部が取得した前記点群データとを対応付けた対応情報を生成し、
水位計測部が、前記第１画像取得部が取得した前記第２画像情報、及び前記対応情報生成部が生成した前記対応情報に基づいて、前記第２時点における河川の水位を計測すること
を特徴とする水位計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水位計測装置及び水位計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
監視カメラ等の撮像装置から、河川に設置された量水板と河川の水面とが写る画像情報を取得し、当該画像情報に対して所定の解析処理を実行することにより河川の水位を計測する水位計測装置がある。【０００３】
特許文献１には、河川の監視地点とは異なる他地点に設置されている水位計測装置から当該水位計測装置の計測した水位計測地点における第１水面標高の値を取得する他地点水面標高取得部と、水位計測地点とは離れた河川における監視地点の監視画像であって少なくとも水面と水面から突出する物体とを映した監視画像を取得する画像取得部と、監視地点における第２水面標高の監視画像中の検出領域を、水位計測地点から取得した第１水面標高に基づく監視地点における推定水面標高を用いて特定する水面標高検出部と、を備えた河川監視装置により、量水板が河川に設置されていない監視地点において水面標高を計測する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−０４０７３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の技術は、量水板が河川に設置されていない監視地点における水面標高を計測するために、河川の監視地点とは異なる他地点において計測した水面標高の値を取得するものであり、当該他地点における水面標高の計測には、当該他地点において量水板の設置が必要であった。【０００６】
この発明は、上述の問題点を解決するためのもので、量水板を河川に設置することなく水面標高を計測できる水位計測装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る水位計測装置は、河川の状況を監視するための第１撮像装置が第１時点において生成した第１画像情報と、第１撮像装置が第２時点において生成した第２画像情報とを取得する第１画像取得部と、第１撮像装置が生成した第１画像情報に写る物体の少なくとも一部が写るように第２撮像装置が生成した第３画像情報を取得する第２画像取得部と、第２撮像装置が生成した点群データを取得する点群データ取得部と、第１画像取得部が取得した第１画像情報、第２画像取得部が取得した第３画像情報、及び点群データ取得部が取得した点群データに基づいて、第１画像取得部が取得した第２画像情報と、点群データ取得部が取得した点群データとを対応付けた対応情報を生成する対応情報生成部と、第１画像取得部が取得した第２画像情報、及び対応情報生成部が生成した対応情報に基づいて、第２時点における河川の水位を計測する水位計測部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、量水板を河川に設置することなく水面標高を計測できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１に係る水位計測システムに適用された水位計測装置の要部の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、実施の形態１に係る水位計測装置の要部のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る水位計測装置における対応情報生成部の要部の構成の一例を示すブロック図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る水位計測装置における水位計測部の要部の構成の一例を示すブロック図である。
【図５】図５Ａ及び図５Ｂは、実施の形態１に係る水位計測装置の処理の一例を説明するフローチャートである。
【図６】図６は、実施の形態２に係る水位計測システムに適用された水位計測装置の要部の構成の一例を示すブロック図である。
【図７】図７は、実施の形態２に係る水位計測装置における対応情報生成部の要部の構成の一例を示すブロック図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、実施の形態２に係る水位計測装置の処理の一例を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１から図５を参照して実施の形態１に係る水位計測システム１に適用された水位計測装置１００について説明する。
図１は、実施の形態１に係る水位計測システム１に適用された水位計測装置１００の要部の構成の一例を示すブロック図である。
水位計測システム１は、通信ネットワーク１０、第１撮像装置１１、第２撮像装置１２、出力装置１３、及び水位計測装置１００を備える。
【００１２】
通信ネットワーク１０は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）、又はインターネット等に代表される情報通信用のネットワークである。通信ネットワーク１０は、有線によるネットワークであっても、無線ＬＡＮ又はＬＴＥ（Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ、登録商標）等の無線によるネットワークであっても良い。
【００１３】
第１撮像装置１１は、河川の状況を監視するために設置された監視カメラ等の撮像装置である。第１撮像装置１１は、第１撮像装置１１が備える光学系を監視対象の河川の方向に向けて撮影し、河川の状況を示す画像情報を生成する。第１撮像装置１１は、生成した画像情報を出力する。具体的には、例えば、第１撮像装置１１は、生成した画像情報を、通信ネットワーク１０を介して水位計測装置１００に出力する。
実施の形態１に係る水位計測システム１における第１撮像装置１１は、撮影する際に第１撮像装置１１が備える光学系が向けられる方向、及び当該光学系における画角が固定された、例えば、撮影方向及び撮影倍率が固定された固定カメラであるものとして説明する。
【００１４】
第２撮像装置１２は、撮像機能及び３次元計測機能を有する撮像装置である。
第２撮像装置１２は、撮像機能により、ユーザが操作することにより被写体を撮影し、撮影された被写体の像を示す画像情報を生成する。また、第２撮像装置１２は、３次元計測機能により、ユーザが操作することにより第２撮像装置１２の周囲の点群データを生成する。
【００１５】
第２撮像装置１２は、画像情報又は点群データを生成する際の第２撮像装置１２の位置を示す位置情報及び第２撮像装置１２の向きを示す方向情報を取得可能なものである。第２撮像装置１２は、例えば、位置情報及び方向情報をユーザが設定することにより、位置情報及び方向情報を取得する。また、例えば、第２撮像装置１２は、第２撮像装置１２が航法衛星から航法信号を受信し、受信した航法信号を用いて第２撮像装置１２の位置及び向きを算出することにより、位置情報及び方向情報を取得しても良い。
また、第２撮像装置１２は、画像情報又は点群データを生成する際の第２撮像装置１２の標高を示す高度情報を取得可能なものである。第２撮像装置１２は、例えば、高度情報をユーザが設定することにより、高度情報を取得する。また、例えば、第２撮像装置１２は、取得した位置情報と、位置と標高とが予め対応付けれられた標高情報とを用いることによりに、高度情報を取得しても良い。
【００１６】
点群データは、例えば、ある点における３次元における絶対位置を示す情報を複数有するデータである。
第２撮像装置１２は、第２撮像装置１２の周囲にレーザー光を照射し、照射したレーザー光の反射波を受信することにより、第２撮像装置１２の周囲における反射点の第２撮像装置１２からの相対位置を特定する。更に、第２撮像装置１２は、特定した反射点の第２撮像装置１２からの相対位置を示す情報、位置情報、方向情報、及び高度情報に基づいて、点群データを生成する。点群データを生成する方法は、公知であるため説明を割愛する。
第２撮像装置１２が生成する点群データが示す領域の画角は、第２撮像装置１２が画像情報を生成する際に撮影した領域の画角より広角なものである。
【００１７】
第２撮像装置１２は、例えば、可搬型の装置であって、ユーザが第１撮像装置１１の設置位置の近傍に運ぶことが可能なものである。
ユーザは、第２撮像装置１２を第１撮像装置１１の設置位置の近傍に運び、第２撮像装置１２を第１撮像装置１１が監視するために撮影する河川の方向に向けて、第２撮像装置１２に画像情報である第３画像情報を生成させる。また、ユーザは、第２撮像装置１２の姿勢を、第２撮像装置１２が第３画像情報を生成した際の姿勢に保持したまま、第２撮像装置１２に、第２撮像装置１２の周囲の点群データを生成させる。
第２撮像装置１２は、生成した第３画像情報及び点群データを出力する。具体的には、例えば、第２撮像装置１２は、生成した第３画像情報及び点群データを、通信ネットワーク１０を介して水位計測装置１００に出力する。第２撮像装置１２は、生成した第３画像情報及び点群データを、例えば、ＳＤメモリカード等の可搬型の記憶媒体、又は、第２撮像装置１２に備えられたフラッシュメモリ等の記憶媒体に記憶させるように出力しても良い。
ユーザは、例えば、第２撮像装置１２に第３画像情報及び点群データを生成させた後、第２撮像装置１２を当該第３画像情報及び当該点群データさせた位置から移動させる。
【００１８】
出力装置１３は、水位計測装置１００から出力された河川の水位を示す情報をユーザに知らしめるための、例えば、ディスプレイ等の表示出力装置、又はスピーカ等の音声出力装置である。出力装置１３は、表示出力装置又は音声出力装置等に限らず、ＬＥＤ若しくはランプ等の照明装置、又は、振動を発生させる振動装置等であっても良い。
【００１９】
水位計測装置１００は、第１撮像装置１１が第１時点において生成した第１画像情報と、第１撮像装置１１が第２時点において生成した第２画像情報と、第２撮像装置１２が生成した第３画像情報及び点群データとを取得し、第２時点における河川の水位を計測するものである。実施の形態１における河川の水位は、例えば、河川の水面標高である。
水位計測装置１００は、第１画像取得部１１０、第２画像取得部１２０、点群データ取得部１３０、対応情報生成部１４０、水位計測部１５０、及び出力制御部１９０を備える。
【００２０】
第１画像取得部１１０は、河川の状況を監視するための第１撮像装置１１が第１時点において生成した第１画像情報と、第１撮像装置１１が第２時点において生成した第２画像情報とを取得する。
より具体的には、例えば、第１画像取得部１１０は、第１画像情報と第２画像情報とを、通信ネットワーク１０を介して取得する。
【００２１】
第２画像取得部１２０は、第１撮像装置１１が生成した第１画像情報に写る物体の少なくとも一部が写るように第２撮像装置１２が生成した第３画像情報を取得する。物体は、例えば、河川に架けられた橋における橋脚、橋桁、又は橋板等である。また、物体は、例えば、河川敷、河原、若しくは土手等に設置された構造物、又は、河川敷、河原、若しくは土手等に生えた樹木等であっても良い。
より具体的には、例えば、第２画像取得部１２０は、第３画像情報を、通信ネットワーク１０を介して取得する。第２画像取得部１２０は、第３画像情報を、第３画像情報が記憶された不図示の記憶媒体から読み出すことにより取得しても良い。
【００２２】
点群データ取得部１３０は、第２撮像装置１２が生成した点群データを取得する。
より具体的には、例えば、点群データ取得部１３０は、点群データを、通信ネットワーク１０を介して取得する。点群データ取得部１３０は、点群データを、点群データが記憶された不図示の記憶媒体から読み出すことにより取得しても良い。
【００２３】
対応情報生成部１４０は、第１画像取得部１１０が取得した第１画像情報、第２画像取得部１２０が取得した第３画像情報、及び点群データ取得部１３０が取得した点群データに基づいて、第１画像取得部１１０が取得した第２画像情報と、点群データ取得部１３０が取得した点群データとを対応付けた対応情報を生成する。
対応情報生成部１４０の詳細については後述する。
【００２４】
水位計測部１５０は、第１画像取得部１１０が取得した第２画像情報、及び対応情報生成部１４０が生成した対応情報に基づいて、第２時点における河川の水位を計測する。
水位計測部１５０の詳細については後述する。
【００２５】
出力制御部１９０は、水位計測部１５０が計測した河川の水位を示す情報を出力装置１３に出力するための制御を行う。
【００２６】
図２Ａ及び図２Ｂを参照して、実施の形態１に係る水位計測装置１００の要部のハードウェア構成について説明する。
図２Ａ及び図２Ｂは、実施の形態１に係る水位計測装置１００の要部のハードウェア構成の一例を示す図である。
【００２７】
図２Ａに示す如く、水位計測装置１００はコンピュータにより構成されており、当該コンピュータはプロセッサ２０１及びメモリ２０２を有している。メモリ２０２には、当該コンピュータを、第１画像取得部１１０、第２画像取得部１２０、点群データ取得部１３０、対応情報生成部１４０、水位計測部１５０、及び出力制御部１９０として機能させるためのプログラムが記憶されている。メモリ２０２に記憶されているプログラムをプロセッサ２０１が読み出して実行することにより、第１画像取得部１１０、第２画像取得部１２０、点群データ取得部１３０、対応情報生成部１４０、水位計測部１５０、及び出力制御部１９０が実現される。
【００２８】
また、図２Ｂに示す如く、水位計測装置１００は処理回路２０３により構成されても良い。この場合、第１画像取得部１１０、第２画像取得部１２０、点群データ取得部１３０、対応情報生成部１４０、水位計測部１５０、及び出力制御部１９０の機能が処理回路２０３により実現されても良い。
【００２９】
また、水位計測装置１００はプロセッサ２０１、メモリ２０２及び処理回路２０３により構成されても良い（不図示）。この場合、第１画像取得部１１０、第２画像取得部１２０、点群データ取得部１３０、対応情報生成部１４０、水位計測部１５０、及び出力制御部１９０の機能のうちの一部の機能がプロセッサ２０１及びメモリ２０２により実現されて、残余の機能が処理回路２０３により実現されるものであっても良い。
【００３０】
プロセッサ２０１は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用いたものである。
【００３１】
メモリ２０２は、例えば、半導体メモリ又は磁気ディスクを用いたものである。より具体的には、メモリ２０２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）又はＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）などを用いたものである。
【００３２】
処理回路２０３は、例えば、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ−ｏｎ−ａ−Ｃｈｉｐ）又はシステムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ−Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を用いたものである。
【００３３】
図３を参照して、実施の形態１に係る水位計測装置１００における対応情報生成部１４０について説明する。
図３は、実施の形態１に係る水位計測装置１００における対応情報生成部１４０の要部の構成の一例を示すブロック図である。
上述のとおり、対応情報生成部１４０は、第１画像取得部１１０が取得した第１画像情報、第２画像取得部１２０が取得した第３画像情報、及び点群データ取得部１３０が取得した点群データに基づいて、第１画像取得部１１０が取得した第２画像情報と、点群データ取得部１３０が取得した点群データとを対応付けた対応情報を生成するものである。
対応情報生成部１４０は、例えば、特徴点抽出部１４１、マッチング部１４２、対応部１４３、及び重畳部１４４を備える。
【００３４】
特徴点抽出部１４１は、第１画像取得部１１０が取得した第１画像情報、及び第２画像取得部１２０が取得した第３画像情報の特徴点を抽出する。
より具体的には、例えば、特徴点抽出部１４１は、公知の画像解析技術を用いて、第１画像情報及び第３画像情報の特徴点を抽出する。画像情報から特徴点を抽出する方法は、公知であるため説明を割愛する。
【００３５】
マッチング部１４２は、特徴点抽出部１４１が抽出した第１画像情報の特徴点と第３画像情報の特徴点とに基づいて、第１画像情報及び第３画像情報に共通して写る物体の第１画像情報及び第３画像情報における共通する特徴点の位置を特定する。
より具体的には、例えば、マッチング部１４２は、公知の画像解析技術を用いて、第１画像情報及び第３画像情報に共通して写る物体の第１画像情報及び第３画像情報における共通する特徴点の位置を特定する。特徴点を比較することにより画像情報における共通する物体の特徴点の位置を特定する方法は、公知であるため説明を割愛する。
【００３６】
対応部１４３は、マッチング部１４２が特定した第１画像情報及び第３画像情報に共通して写る物体の第１画像情報及び第３画像情報における位置に基づいて、第１画像情報における各画素と、第３画像情報における各画素とを対応付ける。
より具体的には、例えば、対応部１４３は、公知の５点アルゴリズム技術を用いて、第１画像情報における各画素と、第３画像情報における各画素とを対応付ける。対応部１４３は、５点アルゴリズム技術を用いる際に、第１画像情報及び第３画像情報画像から抽出した特徴点における再投影誤差を考慮して、例えば、非線形最小二乗法を用いたバンドル調整を行うことにより、第１画像情報における各画素と、第３画像情報における各画素とを対応付けを最適化しても良い。５点アルゴリズム技術を用いた異なる位置で撮影された２つの画像情報の各画素を対応付ける方法、及び、バンドル調整の方法は、公知であるため説明を割愛する。
更に、対応部１４３は、５点アルゴリズム技術を用いて第１画像情報における各画素に対応付けられた第３画像情報における各画素を、点群データ取得部１３０が取得した点群データに置き換え、第１画像情報における各画素と点群データにおける各点とを対応付ける。
より具体的には、例えば、対応部１４３は、第１画像情報における各画素に対応付けられた第３画像情報における各画素を、公知のピンホールカメラモデル技術を用いて、点群データに置き換えることにより、第１画像情報における各画素と点群データにおける各点とを対応付ける。ピンホールカメラモデル技術は、公知であるため説明を割愛する。
【００３７】
重畳部１４４は、第１画像取得部１１０が取得した第２画像情報における各画素と、点群データにおける各点とを対応付けた対応情報を生成する。
より具体的には、実施の形態１に係る水位計測システム１における第１撮像装置１１は、撮影する際に第１撮像装置１１が備える光学系が向けられる方向、及び当該光学系における画角が固定された、例えば、固定カメラであるため、第１撮像装置１１が第１時点において撮影した領域と、第１撮像装置１１が第２時点において撮影した領域は同一である。そのため、第１画像情報における各画素が示す被写体の方向と、第２画像情報における各画素が示す被写体の方向とは一致する。すなわち、重畳部１４４は、ピンホールカメラモデル技術を用いて点群データにおける各点に対応付けられた第１画像情報における各画素を、第２画像情報における各画素に置き換えることにより、第２画像情報における各画素と点群データにおける各点とを対応付けた対応情報を生成する。
【００３８】
図４を参照して、実施の形態１に係る水位計測装置１００における水位計測部１５０について説明する。
図４は、実施の形態１に係る水位計測装置１００における水位計測部１５０の要部の構成の一例を示すブロック図である。
上述のとおり、水位計測部１５０は、第１画像取得部１１０が取得した第２画像情報、及び対応情報生成部１４０が生成した対応情報に基づいて、第２時点における河川の水位を計測するものである。
水位計測部１５０は、例えば、水面特定部１５１及び水位特定部１５２を備える。
【００３９】
水面特定部１５１は、第２画像情報における河川の水面の領域を特定する。
より具体的には、例えば、水面特定部１５１は、公知の画像解析技術を用いて、第２画像情報における特徴点を抽出し、抽出した特徴点に基づいて、公知の画像識別技術を用いて、第２画像情報における河川の水面の領域を特定する。画像情報から特徴点を抽出する方法、及び、特徴点に基づいて画像情報における水面の領域を特定する方法は、公知であるため説明を割愛する。
水位特定部１５２は、水面特定部１５１が特定した第２画像情報における河川の水面の領域と、第２画像情報に写る当該水面より後景の物体の第２画像情報における領域との境界線を特定する。更に、水位特定部１５２は、特定した第２画像情報における境界線の位置に基づいて、対応情報生成部１４０が生成した対応情報を用いて河川の水位を計測する。
【００４０】
図５を参照して、実施の形態１に係る水位計測装置１００の動作について説明する。
図５Ａ及び図５Ｂは、実施の形態１に係る水位計測装置１００の処理の一例を説明するフローチャートである。
水位計測装置１００は、図５Ａに示すフローチャートの処理を実行した後に、図５Ｂに示すフローチャートの処理を繰り返して実行する。
【００４１】
まず、ステップＳＴ５０１にて、第２画像取得部１２０は、第２撮像装置１２が生成した第３画像情報を取得する。
次に、ステップＳＴ５０２にて、点群データ取得部１３０は、第２撮像装置１２が生成した点群データを取得する。
次に、ステップＳＴ５０３にて、第１画像取得部１１０は、第１撮像装置１１が生成した第１画像情報を取得する。
【００４２】
次に、ステップＳＴ５０４にて、対応情報生成部１４０における特徴点抽出部１４１は、第１画像取得部１１０が取得した第１画像情報、及び第２画像取得部１２０が取得した第３画像情報の特徴点を抽出する。
次に、ステップＳＴ５０５にて、対応情報生成部１４０におけるマッチング部１４２は、特徴点抽出部１４１が抽出した第１画像情報の特徴点と第３画像情報の特徴点とを比較して、第１画像情報及び第３画像情報に共通して写る物体の第１画像情報及び第３画像情報における共通する特徴点の位置を特定する。
次に、ステップＳＴ５０６にて、対応情報生成部１４０における対応部１４３は、マッチング部１４２が特定した第１画像情報及び第３画像情報に共通して写る物体の第１画像情報及び第３画像情報における共通する特徴点の位置に基づいて、第１画像情報における各画素と、第３画像情報における各画素とを対応付ける。
次に、ステップＳＴ５０７にて、対応情報生成部１４０における対応部１４３は、第１画像情報における各画素に対応付けられた第３画像情報における各画素を、第１画像情報における各画素と点群データにおける各点とを対応付ける。
【００４３】
次にステップＳＴ５１１にて、第１画像取得部１１０は、第１撮像装置１１が生成した第２画像情報を取得する。
次に、ステップＳＴ５１２にて、対応情報生成部１４０における重畳部１４４は、第１画像取得部１１０が取得した第２画像情報における各画素と、点群データにおける各点とを対応付けた対応情報を生成する。
次に、ステップＳＴ５１３にて、水位計測部１５０における水面特定部１５１は、第２画像情報における河川の水面の領域を特定する。
次に、ステップＳＴ５１４にて、水位計測部１５０における水位特定部１５２は、水面特定部１５１が特定した第２画像情報における河川の水面の領域と、第２画像情報に写る当該水面より後景の物体の第２画像情報における領域との境界線を特定する。
次に、ステップＳＴ５１５にて、水位計測部１５０における水位特定部１５２は、特定した第２画像情報における境界線の位置に基づいて、対応情報生成部１４０が生成した対応情報を用いて河川の水位を計測する。
次に、ステップＳＴ５１６にて、出力制御部１９０は、水位計測部１５０が計測した河川の水位を示す情報を出力装置１３に出力するための制御を行う。
【００４４】
水位計測装置１００は、ステップＳＴ５１６の処理を実行した後、図５Ｂに示すフローチャートの処理を終了し、ステップＳＴ５１１の処理に戻って、当該フローチャートの処理を繰り返し実行する。
なお、当該フローチャートの処理において、ステップＳＴ５０１からステップＳＴ５０３までの処理は、ステップＳＴ５０４の処理より前に実行されれば、ステップＳＴ５０１からステップＳＴ５０３までの処理を実行する順序は、自由に構成可能である。
【００４５】
以上のように、水位計測装置１００は、河川の状況を監視するための第１撮像装置１１が第１時点において生成した第１画像情報と、第１撮像装置１１が第２時点において生成した第２画像情報とを取得する第１画像取得部１１０と、第１撮像装置１１が生成した第１画像情報に写る物体の少なくとも一部が写るように第２撮像装置１２が生成した第３画像情報を取得する第２画像取得部１２０と、第２撮像装置１２が生成した点群データを取得する点群データ取得部１３０と、第１画像取得部１１０が取得した第１画像情報、第２画像取得部１２０が取得した第３画像情報、及び点群データ取得部１３０が取得した点群データに基づいて、第１画像取得部１１０が取得した第２画像情報と、点群データ取得部１３０が取得した点群データとを対応付けた対応情報を生成する対応情報生成部１４０と、第１画像取得部１１０が取得した第２画像情報、及び対応情報生成部１４０が生成した対応情報に基づいて、第２時点における河川の水位を計測する水位計測部１５０と、を備えた。
【００４６】
このように構成することで、水位計測装置１００は、量水板を河川に設置することなく水面標高を計測できる。
【００４７】
実施の形態２．
図６から図８を参照して実施の形態２に係る水位計測システム１ａに適用された水位計測装置１００ａについて説明する。
実施の形態１では、水位計測システム１における第１撮像装置１１は、撮影する際に第１撮像装置１１が備える光学系が向けられる方向、及び当該光学系における画角が固定された、例えば、固定カメラである場合について説明したが、実施の形態２では、水位計測システム１ａにおける第１撮像装置１１ａは、撮影する際に第１撮像装置１１ａが備える光学系が向けられる方向、又は当該光学系における画角が変更可能な、例えば、ＰＴＺカメラである場合について説明する。
図６は、実施の形態２に係る水位計測システム１ａに適用された水位計測装置１００ａの要部の構成の一例を示すブロック図である。
水位計測システム１ａの構成において、水位計測システム１と同様の構成については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。また、水位計測装置１００ａの構成において、水位計測装置１００と同様の構成については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。すなわち、図１に記載した符号と同じ符号を付した図６の構成については、説明を省略する。
【００４８】
水位計測システム１ａは、例えば、通信ネットワーク１０、第１撮像装置１１ａ、第２撮像装置１２、出力装置１３、及び水位計測装置１００ａを備える。
【００４９】
第１撮像装置１１ａは、河川の状況を監視するために設置された監視カメラ等の撮像装置である。第１撮像装置１１ａは、第１撮像装置１１ａが備える光学系を監視対象の河川の方向に向けて撮影し、河川の状況を示す画像情報を生成する。第１撮像装置１１ａは、生成した画像情報を出力する。具体的には、例えば、第１撮像装置１１ａは、生成した画像情報を、通信ネットワーク１０を介して水位計測装置１００ａに出力する。
第１撮像装置１１ａは、上述のとおり、撮影する際に第１撮像装置１１ａが備える光学系が向けられる方向、又は当該光学系における画角が変更可能な、例えば、ＰＴＺカメラである。
【００５０】
第１撮像装置１１ａは、水位計測装置１００ａ等の外部装置からの要求に従って、第１撮像装置１１ａが備える光学系の向きを上下左右方向に変更可能なものである。また、第１撮像装置１１ａは、例えば、水位計測装置１００ａ等の外部装置からの要求に従って、第１撮像装置１１ａが備える光学系の画角を変更可能なものである。また、第１撮像装置１１ａは、例えば、第１撮像装置１１ａに予め設定されたスケジュールに従って、第１撮像装置１１ａが備える光学系の向き及び画角を予め設定された向き及び画角に変更可能なものであっても良い。
また、第１撮像装置１１ａは、水位計測装置１００ａ等の外部装置からの要求に従って、第１撮像装置１１ａが備える光学系の向き又は画角等の撮像条件を示す情報である撮像情報を、第１撮像装置１１ａに対して要求を行った水位計測装置１００ａ等の外部装置に出力可能なものである。
第１撮像装置１１ａは、水位計測装置１００ａ等の外部装置からの要求を、例えば、通信ネットワーク１０を介して取得する。
【００５１】
第２撮像装置１２は、生成した第３画像情報及び点群データを、通信ネットワーク１０等を介して水位計測装置１００ａに出力する。
出力装置１３は、水位計測装置１００ａから出力された河川の水位を示す情報をユーザに知らしめるための、表示出力装置又は音声出力装置等である。
【００５２】
水位計測装置１００ａは、第１撮像装置１１ａが第１時点において生成した第１画像情報と、第１撮像装置１１ａが第２時点において生成した第２画像情報と、第２撮像装置１２が生成した第３画像情報及び点群データと、第１撮像装置１１ａが第１画像情報を生成した際の第１撮像装置１１ａの撮像条件を示す第１撮像情報と、第１撮像装置１１ａが第２画像情報を生成した際の第１撮像装置１１ａの撮像条件を示す第２撮像情報と、を取得し、第２時点における河川の水位を計測するものである。
【００５３】
水位計測装置１００ａは、第１画像取得部１１０ａ、第２画像取得部１２０、点群データ取得部１３０、対応情報生成部１４０ａ、水位計測部１５０、撮像情報取得部１６０、及び出力制御部１９０を備える。
【００５４】
第１画像取得部１１０ａは、河川の状況を監視するための第１撮像装置１１ａが第１時点において生成した第１画像情報と、第１撮像装置１１ａが第２時点において生成した第２画像情報とを取得する。
より具体的には、例えば、第１画像取得部１１０ａは、第１画像情報と第２画像情報とを、通信ネットワーク１０を介して取得する。
【００５５】
第２画像取得部１２０は、第１撮像装置１１ａが生成した第１画像情報に写る物体の少なくとも一部が写るように第２撮像装置１２が生成した第３画像情報を取得する。
点群データ取得部１３０は、第２撮像装置１２が生成した点群データを取得する。
【００５６】
撮像情報取得部１６０は、第１撮像装置１１ａが第１画像情報を生成した際の第１撮像装置１１ａの撮像条件を示す第１撮像情報と、第１撮像装置１１ａが第２画像情報を生成した際の第１撮像装置１１ａの撮像条件を示す第２撮像情報と、を取得する。
より具体的には、例えば、撮像情報取得部１６０は、第１画像取得部１１０ａが、第１撮像装置１１ａが第１時点において生成した第１画像情報を取得した際に、第１撮像装置１１ａに第１時点における撮像条件を示す第１撮像情報を出力する要求を、通信ネットワーク１０を介して送信し、第１撮像装置１１ａから第１撮像情報を取得する。また、撮像情報取得部１６０は、第１画像取得部１１０ａが、第１撮像装置１１ａが第２時点において生成した第２画像情報を取得した際に、第１撮像装置１１ａに第２時点における撮像条件を示す第２撮像情報を出力する要求を、通信ネットワーク１０を介して送信し、第１撮像装置１１ａから第２撮像情報を取得する。
【００５７】
対応情報生成部１４０ａは、第１画像取得部１１０ａが取得した第１画像情報、第２画像取得部１２０が取得した第３画像情報、点群データ取得部１３０が取得した点群データ、並びに、撮像情報取得部１６０が取得した第１撮像情報及び第２撮像情報に基づいて、第１画像取得部１１０ａが取得した第２画像情報と、点群データ取得部１３０が取得した点群データとを対応付けた対応情報を生成する。
対応情報生成部１４０ａ及び対応情報の詳細については後述する。
【００５８】
水位計測部１５０は、第１画像取得部１１０ａが取得した第２画像情報、及び対応情報生成部１４０ａが生成した対応情報に基づいて、第２時点における河川の水位を計測する。
水位計測部１５０は、実施の形態１において図４を参照して説明したとおり、例えば、水面特定部１５１及び水位特定部１５２を備える。
【００５９】
なお、実施の形態２に係る水位計測装置１００ａにおける第１画像取得部１１０ａ、第２画像取得部１２０、点群データ取得部１３０、対応情報生成部１４０ａ、水位計測部１５０、撮像情報取得部１６０、及び出力制御部１９０の各機能は、実施の形態１において図２Ａ及び図２Ｂに一例を示したハードウェア構成におけるプロセッサ２０１及びメモリ２０２により実現されるものであっても良く、又は処理回路２０３により実現されるものであっても良い。
【００６０】
図７を参照して、実施の形態２に係る水位計測装置１００ａにおける対応情報生成部１４０ａについて説明する。
図７は、実施の形態２に係る水位計測装置１００ａにおける対応情報生成部１４０ａの要部の構成の一例を示すブロック図である。
上述のとおり、対応情報生成部１４０ａは、第１画像取得部１１０ａが取得した第１画像情報、第２画像取得部１２０が取得した第３画像情報、点群データ取得部１３０が取得した点群データ、並びに、撮像情報取得部１６０が取得した第１撮像情報及び第２撮像情報に基づいて、第１画像取得部１１０ａが取得した第２画像情報と、点群データ取得部１３０が取得した点群データとを対応付けた対応情報を生成するものである。
対応情報生成部１４０ａの構成において、対応情報生成部１４０と同様の構成については、同じ符号を付して重複した説明を省略する。すなわち、図３に記載した符号と同じ符号を付した図７の構成については、説明を省略する。
【００６１】
対応情報生成部１４０ａは、特徴点抽出部１４１、マッチング部１４２、第１領域特定部１４５、第２領域特定部１４６、及び重畳部１４４ａを備える。
特徴点抽出部１４１は、第１画像取得部１１０ａが取得した第１画像情報、及び第２画像取得部１２０が取得した第３画像情報の特徴点を抽出する。
マッチング部１４２は、特徴点抽出部１４１が抽出した第１画像情報の特徴点と第３画像情報の特徴点とを比較して、第１画像情報及び第３画像情報に共通して写る物体の第１画像情報及び第３画像情報における共通する特徴点の位置を特定する。
【００６２】
第１領域特定部１４５は、マッチング部１４２が特定した第１画像情報及び第３画像情報に共通して写る物体の第１画像情報及び第３画像情報における共通する特徴点の位置に基づいて、第２撮像装置１２に対する第１撮像装置１１ａの相対位置と、第１撮像装置１１ａが第１画像情報を生成した際の第１撮像装置１１ａが撮影した領域を特定する。
より具体的には、例えば、第１領域特定部１４５は、第１画像情報及び第３画像情報における共通する特徴点の位置に基づいて、公知の５点アルゴリズム技術を用いて、第２撮像装置１２に対する第１撮像装置１１ａの相対位置と、第１撮像装置１１ａが第１画像情報を生成した際の第１撮像装置１１ａが撮影した領域を特定する。第１領域特定部１４５は、５点アルゴリズム技術を用いる際に、第１画像情報及び第３画像情報画像から抽出した特徴点における再投影誤差を考慮して、例えば、非線形最小二乗法を用いたバンドル調整を行うことにより、第２撮像装置１２に対する第１撮像装置１１ａの相対位置と、第１撮像装置１１ａが第１画像情報を生成した際の第１撮像装置１１ａが備える光学系の向き及び画角を示す撮像条件とを最適化して特定しても良い。公知の５点アルゴリズム技術を用いて、異なる撮像装置が撮影した画像情報における共通の特徴点に基づき、当該異なる撮像装置の相対位置及び当該異なる撮像装置が撮影した領域を特定する。方法、及び、バンドル調整の方法は、公知であるため説明を割愛する。
【００６３】
第２領域特定部１４６は、第１領域特定部１４５が特定した第１撮像装置１１ａが第１画像情報を生成した際の第１撮像装置１１ａが撮影した領域、並びに、撮像情報取得部１６０が取得した第１撮像情報及び第２撮像情報に基づいて、第１撮像装置１１ａが第２時点において撮影した領域を特定する。
【００６４】
より具体的には、例えば、第２領域特定部１４６は、撮像情報取得部１６０が取得した第１撮像情報及び第２撮像情報に基づいて、第１時点における撮像条件と第２時点における撮像条件の差分を算出する。更に、第２領域特定部１４６は、算出した第１時点における撮像条件と第２時点における撮像条件の差分と、第１領域特定部１４５が特定した第１撮像装置１１ａが第１画像情報を生成した際の第１撮像装置１１ａが撮影した領域と、第１領域特定部１４５が特定した第２撮像装置１２に対する第１撮像装置１１ａの相対位置とに基づいて、ピンホールカメラモデル技術を用いて、第１撮像装置１１ａが第２時点において撮影した領域を特定する。
【００６５】
重畳部１４４ａは、第１画像取得部１１０ａが取得した第２画像情報における各画素と、点群データ取得部１３０が取得した点群データにおける各点とを対応付けた対応情報を生成する。
より具体的には、例えば、重畳部１４４ａは、第２領域特定部１４６が特定した第１撮像装置１１ａが第２時点において撮影した領域に基づいて、第１画像取得部１１０ａが取得した第２画像情報における各画素に、第１撮像装置１１ａが第２時点において撮影した領域の各点を対応付ける。更に、重畳部１４４ａは、第１撮像装置１１ａが第２時点において撮影した領域の各点を対応付けた第２画像情報における各画素と、点群データにおける各点とを対応付けることにより、第２画像情報における各画素と点群データにおける各点とを対応付けた対応情報を生成する。
【００６６】
図８を参照して、実施の形態２に係る水位計測装置１００ａの動作について説明する。
図８Ａ及び図８Ｂは、実施の形態２に係る水位計測装置１００ａの処理の一例を説明するフローチャートである。
水位計測装置１００ａは、図８Ａに示すフローチャートの処理を実行した後に、図８Ｂに示すフローチャートの処理を繰り返して実行する。
【００６７】
まず、ステップＳＴ８０１にて、第２画像取得部１２０は、第２撮像装置１２が生成した第３画像情報を取得する。
次に、ステップＳＴ８０２にて、点群データ取得部１３０は、第２撮像装置１２が生成した点群データを取得する。
次に、ステップＳＴ８０３にて、第１画像取得部１１０ａは、第１撮像装置１１ａが生成した第１画像情報を取得する。
次に、ステップＳＴ８０４にて、撮像情報取得部１６０は、第１撮像装置１１ａから、第１撮像装置１１ａが第１画像情報を生成した際の第１撮像装置１１ａの撮像条件を示す第１撮像情報を取得する。
【００６８】
次に、ステップＳＴ８０５にて、対応情報生成部１４０ａにおける特徴点抽出部１４１は、第１画像取得部１１０ａが取得した第１画像情報、及び第２画像取得部１２０が取得した第３画像情報の特徴点を抽出する。
次に、ステップＳＴ８０６にて、対応情報生成部１４０ａにおけるマッチング部１４２は、特徴点抽出部１４１が抽出した第１画像情報の特徴点と第３画像情報の特徴点とを比較して、第１画像情報及び第３画像情報に共通して写る物体の第１画像情報及び第３画像情報における共通する特徴点の位置を特定する。
次に、ステップＳＴ８０７にて、対応情報生成部１４０ａにおける第１領域特定部１４５は、マッチング部１４２が特定した第１画像情報及び第３画像情報に共通して写る物体の第１画像情報及び第３画像情報における共通する特徴点の位置に基づいて、第２撮像装置１２に対する第１撮像装置１１ａの相対位置と、第１撮像装置１１ａが第１画像情報を生成した際の第１撮像装置１１ａが撮影した領域とを特定する。
【００６９】
次に、ステップＳＴ８１１にて、第１画像取得部１１０ａは、第１撮像装置１１ａが生成した第２画像情報を取得する。
次に、ステップＳＴ８１２にて、撮像情報取得部１６０は、第１撮像装置１１ａから、第１撮像装置１１ａが第２画像情報を生成した際の第１撮像装置１１ａの撮像条件を示す第２撮像情報を取得する。
次に、ステップＳＴ８１３にて、対応情報生成部１４０ａにおける第２領域特定部１４６は、第１領域特定部１４５が特定した第１撮像装置１１ａが第１画像情報を生成した際の第１撮像装置１１ａが撮影した領域、並びに、撮像情報取得部１６０が取得した第１撮像情報及び第２撮像情報に基づいて、第１撮像装置１１ａが第２時点において撮影した領域を特定する。
次に、ステップＳＴ８１４にて、対応情報生成部１４０ａにおける重畳部１４４ａは、第１画像取得部１１０ａが取得した第２画像情報における各画素と、点群データにおける各点とを対応付けた対応情報を生成する。
次に、ステップＳＴ８１５にて、水位計測部１５０における水面特定部１５１は、第２画像情報における河川の水面の領域を特定する。
次に、ステップＳＴ８１６にて、水位計測部１５０における水位特定部１５２は、水面特定部１５１が特定した第２画像情報における河川の水面の領域と、第２画像情報に写る当該水面より後景の物体の第２画像情報における領域との境界線を特定する。
次に、ステップＳＴ８１７にて、水位計測部１５０における水位特定部１５２は、特定した第２画像情報における境界線の位置に基づいて、対応情報生成部１４０ａが生成した対応情報を用いて河川の水位を計測する。
次に、ステップＳＴ８１８にて、出力制御部１９０は、水位計測部１５０が計測した河川の水位を示す情報を出力装置１３に出力するための制御を行う。
【００７０】
水位計測装置１００ａは、ステップＳＴ８１８の処理を実行した後、図８Ｂに示すフローチャートの処理を終了し、ステップＳＴ８１１の処理に戻って、当該フローチャートの処理を繰り返し実行する。
なお、当該フローチャートの処理において、ステップＳＴ８０１及びステップＳＴ８０２の処理は、ステップＳＴ８０５の処理より前に実行されれば、ステップＳＴ８０３の処理より後に実行されても良い。
【００７１】
以上のように、水位計測装置１００ａは、河川の状況を監視するための第１撮像装置１１ａが第１時点において生成した第１画像情報と、第１撮像装置１１ａが第２時点において生成した第２画像情報とを取得する第１画像取得部１１０ａと、第１撮像装置１１ａが生成した第１画像情報に写る物体の少なくとも一部が写るように第２撮像装置１２が生成した第３画像情報を取得する第２画像取得部１２０と、第２撮像装置１２が生成した点群データを取得する点群データ取得部１３０と、第１画像取得部１１０ａが取得した第１画像情報、第２画像取得部１２０が取得した第３画像情報、及び点群データ取得部１３０が取得した点群データに基づいて、第１画像取得部１１０ａが取得した第２画像情報と、点群データ取得部１３０が取得した点群データとを対応付けた対応情報を生成する対応情報生成部１４０ａと、第１画像取得部１１０ａが取得した第２画像情報、及び対応情報生成部１４０ａが生成した対応情報に基づいて、第２時点における河川の水位を計測する水位計測部１５０と、第１撮像装置１１ａが第１画像情報を生成した際の第１撮像装置１１ａの撮像条件を示す第１撮像情報と、第１撮像装置１１ａが第２画像情報を生成した際の第１撮像装置１１ａの撮像条件を示す第２撮像情報と、を取得する撮像情報取得部１６０と、を備え、対応情報生成部１４０ａは、第１画像情報、第３画像情報、及び点群データに加えて、撮像情報取得部１６０が取得した第１撮像情報及び第２撮像情報に基づいて、第１画像取得部１１０ａが取得した第２画像情報と、点群データ取得部１３０が取得した点群データとを対応付けた対応情報を生成するように構成した。
【００７２】
このように構成することで、水位計測装置１００ａは、量水板を河川に設置することなく水面標高を計測できる。特に、水位計測装置１００ａは、監視カメラの撮影方向又は撮影倍率が変更された場合でも、監視カメラが撮影する領域が、点群データが存在する領域を含む領域であれば、量水板を河川に設置することなく水面標高を計測できる。
【００７３】
なお、この発明はその発明の範囲内において、上述の各実施の形態の自由な組み合わせ、又は、上述の各実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは、各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
この発明に係る水位計測装置は、水位計測システムに適用することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１，１ａ  水位計測システム、１０  通信ネットワーク、１１，１１ａ  第１撮像装置、１２  第２撮像装置、１３  出力装置、１００，１００ａ  水位計測装置、１１０，１１０ａ  第１画像取得部、１２０  第２画像取得部、１３０  点群データ取得部、１４０，１４０ａ  対応情報生成部、１４１  特徴点抽出部、１４２  マッチング部、１４３  対応部、１４４，１４４ａ  重畳部、１４５  第１領域特定部、１４６  第２領域特定部、１５０  水位計測部、１５１  水面特定部、１５２  水位特定部、１６０  撮像情報取得部、１９０  出力制御部、２０１  プロセッサ、２０２  メモリ、２０３  処理回路。
【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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