图像处理装置及环境信息观测装置转让专利
申请号 : CN200680024571.2
文献号 : CN101218602B
文献日 : 2010-10-13
发明人 : 范海生 , 平沼茂 , 藏本武明
申请人 : 伊迪亚株式会社 , 范海生
摘要 :
本发明提供一种能够基于二维图像来进行通用性高的信息处理的图像处理装置及环境信息观测装置。该图像处理装置具有：取得被摄体(2)的二维图像信息的二维图像信息取得部；取得由被摄体的纬度、经度、标高的组构成的三维空间信息的三维空间信息取得部；显示二维图像的图像显示部(17)；合成所取得的二维图像信息和三维空间信息的图像信息合成部(26)；属性信息付予部(27)。属性信息付予部(27)对二维图像的各像素付予由被摄体(2)的纬度、经度、标高的组构成的至少一个的属性信息。
权利要求 :
1.一种图像处理装置，其特征在于，
具有：取得被摄体的二维图像信息的二维图像信息取得单元；取得由被摄体的纬度、经度、标高的组构成的三维空间信息的三维空间信息取得单元；显示二维图像的图像显示单元；合成所取得的二维图像信息和三维空间信息的图像信息合成单元；对二维图像的各像素赋予由被摄体的纬度、经度、标高的组构成的至少一个属性信息的属性信息赋予单元；根据二维图像取得被摄体表面的亮度信息的亮度信息取得单元；以及根据由亮度信息取得单元得到的亮度信息来辨别物的种类、状态的物性辨别单元；
物性辨别单元根据亮度信息取得被摄体上的形状数据，对所取得的形状数据赋予三维空间信息，并按照赋予了三维空间信息的形状数据来制作三维边界线数据。
2.一种环境信息观测装置，其特征在于，
具有：取得被摄体的二维图像信息的二维图像信息取得单元；取得由被摄体的纬度、经度、标高的组构成的三维空间信息的三维空间信息取得单元；显示二维图像的图像显示单元；合成所取得的二维图像信息和三维空间信息的图像信息合成单元；对二维图像的各像素赋予由被摄体的纬度、经度、标高的组构成的至少一个属性信息的属性信息赋予单元；根据二维图像取得被摄体表面的亮度信息的亮度信息取得单元；提取由被摄体的纬度、经度、标高的组构成的被摄体表面的属性信息的三维表面信息提取单元；将由三维表面信息提取单元取得的被摄体表面的属性信息描绘在二维图像上的属性信息描绘单元；变化曲线制作单元；以及液面边界线信息提取单元；
属性信息描绘单元将连结被摄体表面上的相同标高属性的等高线描绘在二维图像上；亮度信息取得单元按每一个赋予在二维图像上的等高线来取得亮度信息；变化曲线制作单元基于所取得的亮度信息来制作沿标高方向的亮度信息变化曲线；液面边界线信息提取单元基于亮度信息变化曲线来提取被摄体的液面边界线的标高信息。
3.根据权利要求2所述的环境信息观测装置，其特征在于，
亮度信息取得单元根据赋予了被摄体的三维空间信息的二维图像上的像素组来取得亮度信息，当连续观测被摄体时，确定连续观测中的任意的三维空间信息，并且对赋予了所确定的三维空间信息的像素组进行固定之后，再取得亮度信息。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种图像处理装置及环境信息观测装置。
背景技术
专利文献1中公开了如下一种装置，即：相对水面垂直地设置量水板，并由读入了相关量水板的水位刻度的图像来进行解析，而测量水位。
非专利文献1中公开了如下一种技术，即：将二维图像的坐标系正投影变换到三维的地理坐标，之后进行图像解析或地理空间解析。
专利文献2中公开了一种在二维图像上重合显示三维图像的技术。
专利文献1：日本专利特开平8-145765号公报非专利文献1：日本遥测技术研究会编著《图解遥测技术》、日本测量协会，平成8年4月，p120～220
专利文献2：日本专利特开2003-132068号公报
然而，在专利文献1所述的以往技术中，对读入了量水板的水位刻度的二维图像进行解体来测量水位，但在如夜间那样照明度不足的情况下，存在刻度读取困难，难以测量正确的水位的问题，从而希望即使没有量水板等的标记标高位置的部件也能测量水位。
在非专利文献1所记载的以往技术中，在进行图像解析时只能参考二维位置信息而不能参考被摄体表面的三维空间信息。此外，将斜向取得的被摄体侧面的二维图像正投影变换到地理坐标系之后，有可能损失被摄体侧面上的亮度信息。因此，存在图像解析的精度变差的问题。
另一方面，在专利文献2中，可以将被摄体的三维形状数据投影描绘为二维图像，但是，不能对二维图像上的摄影被摄体的范围内的像素付予或显示被摄体的经度、纬度、标高等的属性信息，希望通过在二维图像上取得被摄体的正确的地理坐标，来进行通用性高的信息处理。
非专利文献1中公开了如下一种技术，即：将二维图像的坐标系正投影变换到三维的地理坐标，之后进行图像解析或地理空间解析。
专利文献2中公开了一种在二维图像上重合显示三维图像的技术。
专利文献1：日本专利特开平8-145765号公报非专利文献1：日本遥测技术研究会编著《图解遥测技术》、日本测量协会，平成8年4月，p120～220
专利文献2：日本专利特开2003-132068号公报
然而，在专利文献1所述的以往技术中，对读入了量水板的水位刻度的二维图像进行解体来测量水位，但在如夜间那样照明度不足的情况下，存在刻度读取困难，难以测量正确的水位的问题，从而希望即使没有量水板等的标记标高位置的部件也能测量水位。
在非专利文献1所记载的以往技术中，在进行图像解析时只能参考二维位置信息而不能参考被摄体表面的三维空间信息。此外，将斜向取得的被摄体侧面的二维图像正投影变换到地理坐标系之后，有可能损失被摄体侧面上的亮度信息。因此，存在图像解析的精度变差的问题。
另一方面，在专利文献2中，可以将被摄体的三维形状数据投影描绘为二维图像，但是，不能对二维图像上的摄影被摄体的范围内的像素付予或显示被摄体的经度、纬度、标高等的属性信息，希望通过在二维图像上取得被摄体的正确的地理坐标，来进行通用性高的信息处理。
发明内容
本发明的目的在于，获得一种能够基于二维图像来进行通用性高的信息处理的图像处理装置及环境信息观测装置。
为了解决上述课题，技术方案1所述的发明，其特征在于，具有：取得被摄体的二维图像信息的二维图像信息取得单元；取得由被摄体的纬度、经度、标高等的组构成的三维空间信息的三维空间信息取得单元；显示二维图像的图像显示单元；合成所取得的二维图像信息和三维空间信息的图像信息合成单元；以及属性信息付予单元，其中，属性信息赋予单元对二维图像的各像素付予由被摄体的纬度、经度、标高的组构成的至少一个属性信息。
技术方案2所述的发明，在技术方案1所述的发明的基础上，其特征在于，具有：根据二维图像取得被摄体的亮度信息的亮度信息取得单元；根据由亮度信息取得单元取得的亮度信息来辨别物的种类及状态的物性辨别单元。
技术方案3所述的发明，在技术方案2所述的发明的基础上，其特征在于，具有：提取由被摄体表面的纬度、经度、标高的组构成的被摄体的属性信息的三维表面信息提取单元；将由三维表面信息提取单元取得的被摄体表面的属性信息描绘在二维图像上的属性信息描绘单元，其中，亮度信息取得单元基于被摄体表面的属性信息来取得亮度信息。
技术方案4所述的发明，在技术方案1～3的任意一项所述的发明的基础上，其特征在于：具有制作对被摄体的三维空间信息附加了含义的空间数据的含义信息制作单元；属性信息付予单元对二维图像的各像素付予在所制作的被摄体的空间数据中反映的含义信息。
技术方案5所述的发明，在技术方案4所述的发明的基础上，其特征在于：物性辨别单元基于二维图像的亮度信息来确定被摄体的空间数据的含义信息，并将辨别的物性信息付予到确定的空间数据上。
技术方案6所述的发明，在技术方案4或5所述的发明的基础上，其特征在于：具有将二维图像的各像素按每一个相同的空间数据的含义信息或相同的三维空间信息来进行分类的像素信息分类单元，利用亮度信息取得单元按每一个分类的像素组来取得亮度信息，并得到沿地理坐标系的规定方向的亮度信息的变化信息。
技术方案7所述的发明，在技术方案2所述的发明的基础上，其特征在于：物性辨别单元根据亮度信息来取得被摄体上的确定了含义信息的形状数据，对所取得的形状数据付予三维空间信息，并按照付予了三维空间信息的形状数据来制作空间数据。
技术方案8所述的发明，在技术方案1～7任意一项所述的发明的基础上，其特征在于：属性信息描绘单元将连结被摄体表面上的相同标高属性的等高线描绘在二维图像上，亮度信息取得单元按每一个付予在二维图像上的等高线来取得亮度信息，且具有基于所取得的亮度信息来制作沿标高方向的亮度信息变化曲线的变化曲线制作单元、和基于亮度信息变化曲线来提取被摄体的液面边界的标高信息的液面边界线信息提取单元。
技术方案9所述的发明，在技术方案8所述的发明的基础上，其特征在于：亮度信息取得单元根据二维图像上的像素组来取得亮度信息，该二维图像上的像素组被付予了被摄体的空间数据的含义信息或被摄体的三维空间信息，在连续观测被摄体时，在确定空间数据的含义信息或三维空间信息并且对付予了确定的空间数据的含义信息或三维空间信息的像素组进行固定之后，再取得亮度信息。
根据技术方案1所述的发明，利用图像信息合成单元，来合成由二维信息取得单元读入的被摄体的二维图像信息和由三维空间信息取得单元读入的三维空间信息。之后，利用属性信息付予单元对二维图像信息的各像素付予由被摄体的纬度、经度、标高的组构成的至少一个属性信息。
这样，对在二维图像上反映的被摄体的范围内的各像素付予由被摄体的纬度、经度、标高的组构成的至少一个属性信息，因此，可以通过利用二维图像得到被摄体的正确的地理坐标，可以进行通用性高的信息处理。
根据技术方案2所述的发明，能起到与技术方案1所述的发明相同的效果，并且能够基于从二维图像取得的亮度信息来辨别被摄体的三维空间信息中的物的种类及状态。
根据技术方案3所述的发明，能起到与技术方案2所述的发明相同的效果，并且能够利用属性信息描绘单元将被摄体表面的三维表面属性信息描绘在二维图像上，还能够按每一个被摄体表面的三维表面属性信息来取得二维图像的亮度信息。
根据技术方案4所述的发明，能起到与技术方案1～3任意一项所述的发明相同的效果，并且因为利用属性信息付予单元将付加了含义的被摄体的空间数据的含义信息付予到二维图像的各像素上，所以能够在二维图像信息的各像素上并存或并用被摄体的纬度、经度、标高信息和空间数据的含义信息，进而能够进行通用性高的信息处理。
根据技术方案5所述的发明，能起到与技术方案4所述的发明相同的效果，并且基于二维图像的亮度信息来确定被摄体的空间数据的含义信息，而且对确定的空间数据付予通过物性辨别单元辨别的物性信息，因此，通过将所确定的空间数据和由二维图像取得的物性信息之间建立关联，能够按每一个空间数据使用二维图像来辨别物的状态。
根据技术方案6所述的发明，能起到与技术方案4或5所述的发明相同的效果，并且按每一个具有相同信息的像素组来取得亮度信息，进而得到沿地理坐标系中的规定方向的亮度信息的变化信息，因此，通过正确地取得沿地理坐标系中的规定方向而发生的亮度信息的变化，能够高精度地辨别被摄体的物的种类及状态。
根据技术方案7所述的发明，能起到与技术方案2所述的发明相同的效果，并且对由二维图像取得的被摄体上的形状数据付予三维空间信息，并按照形状数据来制作空间数据。在以往技术中，首先将二维图像整体地变换到地理坐标系，之后，使用亮度信息提取形状数据后再制作空间数据，但是在本发明中，首先从二维图像取得形状数据，仅将形状数据变换到地理坐标系并制作空间数据，因此，能够抑制计算量，并能够实现图像处理速度的高速化。
根据技术方案8所述的发明，能起到与技术方案1～7任意一项所述的发明相同的效果，并且由所制作的沿标高方向的亮度信息变化曲线，来提取被摄体的液面边界信息，因此不需要像以往技术那样在被摄体上设置带有刻度的标尺，能够容易地进行液面边界线信息(水位)的观测。此外，因为在取得沿被摄体的标高方向的亮度信息变化曲线之后取得液面边界线信息，所以即使在如夜间那样因低照明度而难以识别刻度和液面边界线的情况下，也能够精度优良地进行液面的测量。
根据技术方案9所述的发明，能起到与技术方案8所述的发明相同的效果，并且在连续观测被摄体时，通过对付予了所确定的空间数据的含义信息或三维空间信息的像素组进行固定，不需要每次取得图像都进行对相同空间数据的含义信息或三维空间信息所关联的像素组予以确定的图像信息合成，按每一个空间数据的含义信息或三维空间信息来容易计算亮度信息，高速的图像处理成为可能。
为了解决上述课题，技术方案1所述的发明，其特征在于，具有：取得被摄体的二维图像信息的二维图像信息取得单元；取得由被摄体的纬度、经度、标高等的组构成的三维空间信息的三维空间信息取得单元；显示二维图像的图像显示单元；合成所取得的二维图像信息和三维空间信息的图像信息合成单元；以及属性信息付予单元，其中，属性信息赋予单元对二维图像的各像素付予由被摄体的纬度、经度、标高的组构成的至少一个属性信息。
技术方案2所述的发明，在技术方案1所述的发明的基础上，其特征在于，具有：根据二维图像取得被摄体的亮度信息的亮度信息取得单元；根据由亮度信息取得单元取得的亮度信息来辨别物的种类及状态的物性辨别单元。
技术方案3所述的发明，在技术方案2所述的发明的基础上，其特征在于，具有：提取由被摄体表面的纬度、经度、标高的组构成的被摄体的属性信息的三维表面信息提取单元；将由三维表面信息提取单元取得的被摄体表面的属性信息描绘在二维图像上的属性信息描绘单元，其中，亮度信息取得单元基于被摄体表面的属性信息来取得亮度信息。
技术方案4所述的发明，在技术方案1～3的任意一项所述的发明的基础上，其特征在于：具有制作对被摄体的三维空间信息附加了含义的空间数据的含义信息制作单元；属性信息付予单元对二维图像的各像素付予在所制作的被摄体的空间数据中反映的含义信息。
技术方案5所述的发明，在技术方案4所述的发明的基础上，其特征在于：物性辨别单元基于二维图像的亮度信息来确定被摄体的空间数据的含义信息，并将辨别的物性信息付予到确定的空间数据上。
技术方案6所述的发明，在技术方案4或5所述的发明的基础上，其特征在于：具有将二维图像的各像素按每一个相同的空间数据的含义信息或相同的三维空间信息来进行分类的像素信息分类单元，利用亮度信息取得单元按每一个分类的像素组来取得亮度信息，并得到沿地理坐标系的规定方向的亮度信息的变化信息。
技术方案7所述的发明，在技术方案2所述的发明的基础上，其特征在于：物性辨别单元根据亮度信息来取得被摄体上的确定了含义信息的形状数据，对所取得的形状数据付予三维空间信息，并按照付予了三维空间信息的形状数据来制作空间数据。
技术方案8所述的发明，在技术方案1～7任意一项所述的发明的基础上，其特征在于：属性信息描绘单元将连结被摄体表面上的相同标高属性的等高线描绘在二维图像上，亮度信息取得单元按每一个付予在二维图像上的等高线来取得亮度信息，且具有基于所取得的亮度信息来制作沿标高方向的亮度信息变化曲线的变化曲线制作单元、和基于亮度信息变化曲线来提取被摄体的液面边界的标高信息的液面边界线信息提取单元。
技术方案9所述的发明，在技术方案8所述的发明的基础上，其特征在于：亮度信息取得单元根据二维图像上的像素组来取得亮度信息，该二维图像上的像素组被付予了被摄体的空间数据的含义信息或被摄体的三维空间信息，在连续观测被摄体时，在确定空间数据的含义信息或三维空间信息并且对付予了确定的空间数据的含义信息或三维空间信息的像素组进行固定之后，再取得亮度信息。
根据技术方案1所述的发明，利用图像信息合成单元，来合成由二维信息取得单元读入的被摄体的二维图像信息和由三维空间信息取得单元读入的三维空间信息。之后，利用属性信息付予单元对二维图像信息的各像素付予由被摄体的纬度、经度、标高的组构成的至少一个属性信息。
这样，对在二维图像上反映的被摄体的范围内的各像素付予由被摄体的纬度、经度、标高的组构成的至少一个属性信息，因此，可以通过利用二维图像得到被摄体的正确的地理坐标，可以进行通用性高的信息处理。
根据技术方案2所述的发明，能起到与技术方案1所述的发明相同的效果，并且能够基于从二维图像取得的亮度信息来辨别被摄体的三维空间信息中的物的种类及状态。
根据技术方案3所述的发明，能起到与技术方案2所述的发明相同的效果，并且能够利用属性信息描绘单元将被摄体表面的三维表面属性信息描绘在二维图像上，还能够按每一个被摄体表面的三维表面属性信息来取得二维图像的亮度信息。
根据技术方案4所述的发明，能起到与技术方案1～3任意一项所述的发明相同的效果，并且因为利用属性信息付予单元将付加了含义的被摄体的空间数据的含义信息付予到二维图像的各像素上，所以能够在二维图像信息的各像素上并存或并用被摄体的纬度、经度、标高信息和空间数据的含义信息，进而能够进行通用性高的信息处理。
根据技术方案5所述的发明，能起到与技术方案4所述的发明相同的效果，并且基于二维图像的亮度信息来确定被摄体的空间数据的含义信息，而且对确定的空间数据付予通过物性辨别单元辨别的物性信息，因此，通过将所确定的空间数据和由二维图像取得的物性信息之间建立关联，能够按每一个空间数据使用二维图像来辨别物的状态。
根据技术方案6所述的发明，能起到与技术方案4或5所述的发明相同的效果，并且按每一个具有相同信息的像素组来取得亮度信息，进而得到沿地理坐标系中的规定方向的亮度信息的变化信息，因此，通过正确地取得沿地理坐标系中的规定方向而发生的亮度信息的变化，能够高精度地辨别被摄体的物的种类及状态。
根据技术方案7所述的发明，能起到与技术方案2所述的发明相同的效果，并且对由二维图像取得的被摄体上的形状数据付予三维空间信息，并按照形状数据来制作空间数据。在以往技术中，首先将二维图像整体地变换到地理坐标系，之后，使用亮度信息提取形状数据后再制作空间数据，但是在本发明中，首先从二维图像取得形状数据，仅将形状数据变换到地理坐标系并制作空间数据，因此，能够抑制计算量，并能够实现图像处理速度的高速化。
根据技术方案8所述的发明，能起到与技术方案1～7任意一项所述的发明相同的效果，并且由所制作的沿标高方向的亮度信息变化曲线，来提取被摄体的液面边界信息，因此不需要像以往技术那样在被摄体上设置带有刻度的标尺，能够容易地进行液面边界线信息(水位)的观测。此外，因为在取得沿被摄体的标高方向的亮度信息变化曲线之后取得液面边界线信息，所以即使在如夜间那样因低照明度而难以识别刻度和液面边界线的情况下，也能够精度优良地进行液面的测量。
根据技术方案9所述的发明，能起到与技术方案8所述的发明相同的效果，并且在连续观测被摄体时，通过对付予了所确定的空间数据的含义信息或三维空间信息的像素组进行固定，不需要每次取得图像都进行对相同空间数据的含义信息或三维空间信息所关联的像素组予以确定的图像信息合成，按每一个空间数据的含义信息或三维空间信息来容易计算亮度信息，高速的图像处理成为可能。
附图说明
图1表示在使用了本发明的实施方式1涉及的图像处理装置的水位测量装置中，显示在管理中心监视显示屏中的数字图像的图。
图2是表示在图1中表示的数字图像中描绘了等高线的状态的图。
图3是表示利用监视照相机来摄影桥底处涉及的水位的状态的立体图。
图4是说明将属性信息付予到数字图像的动作的图。
图5是本实施方式涉及的水位测量装置的控制框图。
图6是表示沿标高方向的亮度信息变化曲线的制作原理的图。
图7是表示平均亮度变化曲线的特征部分的曲线图。
图8是对由平均亮度变化曲线提取河流水位信息时的其它的实施例进行说明的曲线图。
图9是对取得等高线上的亮度信息的方法进行说明的图。
图10是对数字图像上的1点上的图像亮度比例值的计算方法进行说明的图。
图11是表示在管理中心的监视显示屏画面中显示的平均亮度变化曲线的视窗画面的图。
图12是表示使用了图像处理装置的水位测量装置的整体的立体图。
图13是表示在实施方式2涉及的生长信息观测装置中，在作为观测对象的农田中设置监视照相机的状态的平面图。
图14是表示在图13所示的生长信息观测装置中，改变监视照相机的姿势而朝向指定的观测对象的样子时的情况的立体图。
图15是表示在图13所示的生长信息观测装置中，对数字图像付予了属性信息的状态的立体图。
图16是表示实施方式3涉及的环境信息观测装置的图，(a)是表示用数字照相机摄影了的作为被摄体的山腰的状态的图，(b)是抽出数字图像中的植物的生长部分和未生长部分的边界线来进行表示的图。
图17是表示实施方式3涉及的环境信息观测装置的图，(a)是表示对在图16中取得的数字图像的植物的生长部分着色后的状态的图，(b)是抽出地理坐标系中的植物的生长部分和未生长部分的边界线来进行表示的图。
其中符号说明如下：
1环境信息观测装置，17图像显示部，26图像信息合成部，27属性信息付予部，28物性辨别部，29亮度信息取得部，30属性信息描绘部，31含义信息制作部，32三维表面信息提取部，33图像信息分类部，35变化曲线制作部，37液面边界线信息提取部。
图2是表示在图1中表示的数字图像中描绘了等高线的状态的图。
图3是表示利用监视照相机来摄影桥底处涉及的水位的状态的立体图。
图4是说明将属性信息付予到数字图像的动作的图。
图5是本实施方式涉及的水位测量装置的控制框图。
图6是表示沿标高方向的亮度信息变化曲线的制作原理的图。
图7是表示平均亮度变化曲线的特征部分的曲线图。
图8是对由平均亮度变化曲线提取河流水位信息时的其它的实施例进行说明的曲线图。
图9是对取得等高线上的亮度信息的方法进行说明的图。
图10是对数字图像上的1点上的图像亮度比例值的计算方法进行说明的图。
图11是表示在管理中心的监视显示屏画面中显示的平均亮度变化曲线的视窗画面的图。
图12是表示使用了图像处理装置的水位测量装置的整体的立体图。
图13是表示在实施方式2涉及的生长信息观测装置中，在作为观测对象的农田中设置监视照相机的状态的平面图。
图14是表示在图13所示的生长信息观测装置中，改变监视照相机的姿势而朝向指定的观测对象的样子时的情况的立体图。
图15是表示在图13所示的生长信息观测装置中，对数字图像付予了属性信息的状态的立体图。
图16是表示实施方式3涉及的环境信息观测装置的图，(a)是表示用数字照相机摄影了的作为被摄体的山腰的状态的图，(b)是抽出数字图像中的植物的生长部分和未生长部分的边界线来进行表示的图。
图17是表示实施方式3涉及的环境信息观测装置的图，(a)是表示对在图16中取得的数字图像的植物的生长部分着色后的状态的图，(b)是抽出地理坐标系中的植物的生长部分和未生长部分的边界线来进行表示的图。
其中符号说明如下：
1环境信息观测装置，17图像显示部，26图像信息合成部，27属性信息付予部，28物性辨别部，29亮度信息取得部，30属性信息描绘部，31含义信息制作部，32三维表面信息提取部，33图像信息分类部，35变化曲线制作部，37液面边界线信息提取部。
具体实施方式
以下，参考附图，对本实施方式进行详细说明。图1是表示在使用了本发明的实施方式1涉及的图像处理装置的水位测量装置中，显示在管理中心的监视显示屏画面中的数字图像的图，图2表示在图1所示的数字图像上描绘了等高线的状态的图，图3表示用监视照相机摄影桥底处涉及的水位的状态的图，图4是说明在数字图像付予属性信息的动作的图，图5是本实施方式涉及的水位测量装置的控制框图，图6是表示沿标高方向的亮度信息变化曲线的制作原理的图，图7是表示平均亮度变化曲线的特征部分的曲线图，图8是对由平均亮度变化曲线来提取河流水位信息时的其它的实施例进行说明的曲线图，图9是对取得等高线上的亮度信息的方法进行说明的图，图10是对数字图像上的1点上的图像亮度比例值的计算方法进行说明的图，图11是表示在管理中心的监视显示屏画面中显示的平均亮度变化曲线的视窗画面的图，图12是表示使用了图像处理装置的水位测量装置的整体的立体图。
本实施方式涉及的水位测量装置(环境信息观测装置)1，如图12所示，是一种用于河流等水位测量方面的装置，且具有：设置在河床上的多个监视照相机3；连接多个监视照相机3的电缆4；连接于电缆4并对监视照相机3的信息依次进行监视的管理中心5。利用监视照相机3取得被摄体2的数字图像(二维图像信息)。
在图5中，管理中心5具有接收来自监视照相机3的信号的接收装置11(二维图像信息取得单元11a)、和连接于接收装置11的图像处理部13。图像处理部13具有CPU15、监视显示屏画面(图像显示单元)17、数据保存媒质19、程序存储部23、接口(I/F)25等。
监视照相机3中内置有镜头、摄像板、图像处理电路等，在设置于其下部的附属设备中内置有控制装置、通信装置等，照相机图像处理电路和控制装置通过电缆4连接到管理中心5，该电缆4包括图像信号线和控制信号线。
CPU(中央运算处理装置)15按照存储于程序存储部23中的各程序27～33来执行各种处理。从读入了监视照相机3的映像信号的接收装置11向数据保存媒质19发送数字图像的电子数据。通过接口25，将相关的电子数据读入到主寄存器之后，进行解析。将解析结果数据显示在图像显示部17中，并且保存在数据保存媒质19中。
程序存储部23具有：对取得的数字图像和被摄体的三维空间信息进行合成的图像信息合成部(图像信息合成单元)26；对所显示的数字图像的各像素付予由被摄体2的纬度、经度、标高的组构成的至少一个的属性信息的属性信息付予部(属性信息付予单元)27；根据数字图像来取得被摄体表面的亮度信息的亮度信息取得部(亮度信息取得单元)29；基于亮度信息来辨别物的种类和状态的物性辨别部(物性辨别单元)28；提取由被摄体表面的经度、纬度、标高的组构成的三维表面信息的三维表面信息提取部(三维表面信息提取单元)32；将由三维表面信息提取部得到的被摄体表面的属性信息描绘到二维图像上的属性信息描绘部(属性信息描绘单元)30；制作对被摄体的三维空间信息附加了含义的空间数据的含义信息制作部(含义信息制作单元)31；以及将二维图像的各像素按每一个相同的空间数据或相同的三维空间信息来进行分类的像素信息分类部(像素信息分类单元)33。
特别地，属性信息描绘部30描绘连结被摄体上的相同标高属性的等高线，亮度信息取得部29按每一个被付予在数字图像上的等高线来取得亮度信息，另外具有基于所取得的亮度信息来制作亮度信息变化曲线的变化曲线制作部(变化曲线制作单元)35、和基于亮度信息变化曲线来提取被摄体2的液面边界线的标高信息的液面边界线信息提取部(液面边界线信息提取单元)37。
接下来，对使用了本实施方式涉及的图像处理装置的水位测量装置的作用及效果进行说明。如图3所示，利用固定于河床上的监视照相机3来取得被摄体2的图像。通过电缆4将取得的图像发送到管理中心5。将所取得的被摄体2的图像信号从接受装置11保存到保存媒质19中，并显示在管理中心5内的监视显示屏画面17中。
所取得的数字图像和三维空间信息的合成，使用公知的照片测量单元(村井俊治，《解析照片测量-修订版》，日本测量协会，平成12年)，使用如图4所示的被摄体的三维表面模型，在取得监视照相机3的空间位置、照相机姿势、照相机镜头焦点距离值等的参数之后，将三维空间坐标变换到二维图像坐标系，并可以计算对应于所指定的三维空间坐标位置的二维图像坐标位置。同时，在此时显示在监视显示屏画面17中的数字图像中，利用属性信息付予部27将被摄体2的纬度、经度、标高的属性信息付予在数字图像的各像素上。
然后，通过在数字图像上指定范围，而在相关范围内描绘一定间隔的等高线10。即，当在数字图象上指定规定范围时，作为公知手段使用被摄体2的三维表面模型，并在被摄体的表面上取得每个规定高度的等高线10之后，使用被摄体的三维表面模型来制作CG(ComputerGraphic)图像，并在所制作的CG图像上描绘等高线10。通过上述的监视照相机3读入的数字图像，理论上具有与CG图像相同的坐标系。从而，基于被摄体的三维表面模型制作的等高线10，也可以描绘在数字图像上。
接下来，对由数字图像取得亮度信息，并由相关的亮度信息来确定河流水位的方法进行说明。利用属性信息描绘部30，在数字图像上描绘等高线10，然后利用图像处理部13的亮度信息取得部29从数字图像取得被摄体表面的亮度信息。亮度信息，按每一个等高线10求得平均亮度值，并制作沿标高方向的平均亮度变化曲线(亮度信息的连续数据曲线)的曲线图。图6是表示平均亮度变化曲线的曲线图，图6中X轴表示标高值，Y轴表示描绘在被摄体(桥底的一部分)2上的等高线10的平均亮度值。
由上述的平均亮度变化曲线来检测出与河流水位对应的等高线10的位置的方法的基本观点在于，当在平均亮度变化曲线中检测出水时引起急剧的亮度衰减。从而，可以通过由平均亮度变化曲线来检测出对应于河流水位的局部图案(形状)的位置，来从数字图像来检测出河流水位。
在这里，对由数字图像来取得亮度信息的原理进行说明。如上述那样，在标高显示部30中，根据被摄体的三维表面模型来制作等高线，并且，在亮度信息取得部29中收集等高线上的亮度信息。变换到图像坐标系中的等高线的形状如图9所示，由黑点的集合{P|P1，…，PK…，PN}决定。然后，掌握与等高线位置上关联的像素，并计算数字图像坐标系中的等高线的点PK的图像亮度比例值VPK。
图10表示图像亮度比例值的计算方法的一例，如图所示，四方形a-b-c-d表示取得以点Pk为中心的亮度值的有效范围。并且，四方形尺寸和数字图像的一个像素一致，与四方形a-b-c-d相邻的九个像素为与点Pk位置上相关的像素组。此外，在式(1)中，Vbi为关联像素i的指定带宽B的亮度值，APi为像素i的占四方形a-b-c-d的面积的比率。然后，基于图像亮度比例值，来计算下述式(2)所示的等高线Lzi的图像平均亮度值MVI(Zi)。
式(1)
式(2)
接下来，对按每一个确定了的空间数据的含义信息或三维空间信息取得亮度信息时的高速处理方法进行说明。如上述那样，基于上述式(1)来计算图像亮度比例值，并基于上述式(2)，由确定了的像素组的亮度信息来计算图像平均亮度值。在定点观测中，连续地计算亮度信息时，可以对与在二维图像上确定了的空间数据的含义信息或三维空间信息位置上相关联的像素组进行固定。即，除观测时间和被摄体表面的亮度值信息之外，固定各参数(在上述式(1)和式(2)中，除带宽亮度参数Vbi之外，固定全部的参数)，该各参数记录了与暂时保存在寄存器中的空间数据的含义信息或三维空间信息相关联的像素组之间的相对位置关系。即，在处理从固定的摄像单元取得的时间序列的数字图像时，不用每次读入新图像时重复计算上述的参数，而仅将亮度信息参数代入到式子中就能计算出图像解析结果，因此可以实现数字图像的高速处理。
图7是表示平均亮度变化曲线的特征部分的曲线图，检测出相关的特征部分的波形图案，而检测出河流水位。为了量化相关的特征部分的波形而定义波形图案的参数，可以使用各参数的计算式来定量地计算平均亮度变化曲线上的指定区间中的图案。并且，图中所示的参数是用于量化波形的一个例子，也可以使用其它的参数。图中的各参数的定义如下。B：区间的最低亮度值的位置、BL：区间的左侧界限点、BR：区间的右侧界限点、TL：B和BL之间的最高亮度值的位置、TR：B和BR之间的最高亮度值的位置、ap：点p处的曲线倾斜角、aL：线段TL-B的倾斜角、aR：线段TR-B的倾斜角。
然后，在液面边界线信息提取部37中，指定一定区间并扫描平均亮度变化曲线，并从所扫描的区间上的曲线的参数中检测出与上述事先定义的模型曲线形状最相关的区间。进而，参考事先定义了的曲线特征，从所检测出的区间中检测出最相关的标高位置。这样就能通过使用了河流的数字图像的图像解析来检测出河流水位信息。而且，因为亮度信息是按每一个等高线10来求出平均亮度值，所以水平方向的观测宽度越长越能强调由等高线10所代表的被摄体表面上的水平线方向的亮度信息，从而能有效地消除数字图像上的噪声。
这样，因为能够基于由数字图像得到的亮度信息来求出河流水位，所以即使在由于气象条件的不同(特别是夜间的照明度的降低)而难以读取图像的情况下，也变得可以容易且精度优良地求出河流水位。
此外，由于对数字图像的各像素付予被摄体2的纬度、经度、标高等的属性信息，所以可以在由监视显示屏画面显示的画面中获得各像素的更正确的地理坐标，进行更高精度的图像解析。
而且，根据水位观测场所的地面覆盖状况，也有平均亮度变化曲线的特征不相同的情况，可以考虑通过调整上述的波形的参数，而不特别限制提取河流水位信息时的场所。
然后，采用图8对提取河流水位信息时的其它的实施例进行说明。在本实施例中，具有储存经时间变化地测量亮度信息的数据的亮度信息储存部33(参考图5)，在物性辨别部28中基于储存于亮度信息储存部33中的亮度信息来辨别河流水位。
具体地，从时刻(T1)和(T1+Δt)时的数字图像中，分别计算出被摄体表面上的沿标高方向的平均亮度变化曲线(40a、40b)。然后，基于储存于亮度信息储存部33中的时刻(T1)时的亮度信息，并参考与时刻(T1)的水位对应的局部曲线图案，从时刻(T1+Δt)的曲线提取形状最相关的曲线区间。可认为与该提取区间内的平均亮度的最小值对应的标高位置为时刻(T1+Δt)的水位。这样，基于储存于亮度信息储存单元33中的过去的亮度信息来测量河流水位，所以相比于基于预先输入的数据来测量河流水位的情况，可以进行更高精度的测量。
图11是表示在监视显示屏画面中显示的平均亮度变化曲线的视窗画面的图。如图11所示，在视窗画面上经时间变化地显示平均亮度变化曲线，并且在视窗画面的下侧部分显示用于由平均亮度变化曲线来确定河流水位的各参数。此外，利用物性辨别部28计算出的河流水位显示在平均亮度变化曲线的曲线图上(图11中由E表示)。
并且，在本发明涉及的水位测量装置1中，也可以在测量的水位超过预先设定的水位(例如，图11中由F表示)标高时，提高水位的测量频度。
这样，由于在测量水位变为预先设定的标高以上时提高河流水位的测量频度，所以通过实时地得到水位信息，例如，可以适当且迅速地应对由警戒警报的命令和水库放水所引起的河水流量的调整等。
接下来，对其它的实施方式进行说明，在以下说明中，通过对与上述第1实施方式起相同的作用效果的部分付予相同的符号，来省略该部分的详细说明，且在以下的说明中，主要说明与上述第1实施方式不同的点。采用图13～图15来说明第2实施方式。第2实施方式中，将本发明涉及的图像处理装置作为观测植物等的生长状况的生长情况观测装置(环境信息观测装置)来使用。图13是表示作为观测对象的农田的平面图，是表示在农田中设置了监视照相机的状态的图，图14是表示改变监视照相机的姿势而朝向观测对象时的样子的图，图15是表示在数字图像上附加了属性信息的状态的图。
在第2实施方式中，监视照相机3中的照相机部分可以相对水平方向向上下及左右地转动，相关的照相机部分可以在管理中心5等的控制室中进行远程操作。此外，通过无线将由监视照相机3读入的图像数据发送给管理中心5。
在图像处理部13中，使用已有的农田区分用的空间数据、地表面的三维表面模型、照相机的三维空间位置，来以所希望的观测对象成为图像中心的方式计算出照相机的姿势参数。在图13所示的监视显示屏画面中，从被区分为多个的农田中选择任意一个区分50作为观测对象，并决定所选择的区分的地理中心W和照相机姿势的方位角。此外，如图14所示，由所选择的区分的地理中心W和监视照相机3的三维地理空间位置，来计算出照相机姿势的倾角β。
在本实施方式中，具有含义信息制作部(含义信息制作单元)31，其制作对被摄体的三维空间信息付予了含义的空间数据60，并对二维图像的各像素付予在所制作的被摄体的空间数据60中反映的含义信息。此外，物性辨别部28基于二维图像的亮度信息来确定被摄体2的空间数据的含义信息，并且对确定的空间数据付予所辨别的物性信息。
在观测农田时，向管理中心5发送利用监视照相机3读入的图像，所发送的图像数据通过通信装置以电子文件形式保存在数据保存媒质19中。然后，将数字图像读入到主寄存器，并利用在第1实施方式中说明的亮度信息取得部29来由数字图像取得亮度信息。
在本实施方式中，因为对数字图像的各像素付予利用属性信息付予部27付予了含义的被摄体2的空间数据60的含义信息，所以能够在数字图像的各像素上并存或并用被摄体2的纬度、经度、标高的信息和空间数据60的含义信息，进而能够进行通用性更高的信息处理。此外，因为基于数字图像的亮度信息来确定被摄体2的空间数据60的含义信息，并且对确定的空间数据60付予了由物性辨别部28辨别的物性信息，所以通过将确定的空间数据60和从数字图像取得的物性信息之间建立关联，可以按每一个空间数据60采用数字图像并辨别农田的状态。
接下来，采用图16和图17对第3实施方式进行说明。图16是表示实施方式3涉及的环境信息观测装置的图，(a)是表示用数字照相机来摄影作为被摄体的山腰的状态的图，(b)是表示抽出植物的生长部分和未生长部分的数字图像中的边界线的图。图17是表示实施方式3涉及的环境信息观测装置的图，(a)是表示对在图16中取得的数字图像的植物的生长部分着色后的状态的图，(b)是抽出植物的生长部分和未生长部分的地理坐标系中的边界线来进行表示的图。
在第3实施方式中，利用监视照相机3取得作为被摄体2的山腰的数字图像，并将所取得的数字图像发送给管理中心5。图像处理部13的物性辨别部28基于数字图像的亮度信息来取得被摄体2上的边界线(形状数据)45(图17(b))，之后，利用属性信息付予部27对边界线45付予三维空间信息，并按照付予了三维空间信息的形状数据来制作三维边界线数据(空间数据)46(图16(b))。
这样，因为按照付予了三维空间信息的被摄体2上的边界线(形状数据)45来制作三维边界线数据46(空间数据)，所以相比于以往的采用数字图像的空间数据制作方法，能够抑制计算量，可实现图像处理速度的高速化。
并且，本发明不限于上述的实施方式，在不脱离其要点的范围内可进行各种变形来实施的事实是不言自明的。
在第1实施方式中，监视照相机3设置于河床上，但也可以不限于此而设置在水库等处来测量水库水位。
并且，也可以将监视照相机3朝向山来设置，并测量火山喷发时产生的熔岩流等的液面。
本发明涉及的环境信息观测装置1也可以设置于主题乐园和购物中心的停车场。在这种情况下，可以由摄影的数字图像的亮度信息来确定停车空间的空车位置。
在上述的第3实施方式中，也可以不采用监视照相机3，而使用搭载有GPS功能的便携式的照相机进行摄影，并将摄影的数字图像数据另外进行图像处理。
产业上的可利用性
本发明涉及的图像处理装置及环境信息观测装置，可以由二维图像得到被摄体的正确的地理坐标，且特别适用于由二维图像求出河流水位的情况。
本实施方式涉及的水位测量装置(环境信息观测装置)1，如图12所示，是一种用于河流等水位测量方面的装置，且具有：设置在河床上的多个监视照相机3；连接多个监视照相机3的电缆4；连接于电缆4并对监视照相机3的信息依次进行监视的管理中心5。利用监视照相机3取得被摄体2的数字图像(二维图像信息)。
在图5中，管理中心5具有接收来自监视照相机3的信号的接收装置11(二维图像信息取得单元11a)、和连接于接收装置11的图像处理部13。图像处理部13具有CPU15、监视显示屏画面(图像显示单元)17、数据保存媒质19、程序存储部23、接口(I/F)25等。
监视照相机3中内置有镜头、摄像板、图像处理电路等，在设置于其下部的附属设备中内置有控制装置、通信装置等，照相机图像处理电路和控制装置通过电缆4连接到管理中心5，该电缆4包括图像信号线和控制信号线。
CPU(中央运算处理装置)15按照存储于程序存储部23中的各程序27～33来执行各种处理。从读入了监视照相机3的映像信号的接收装置11向数据保存媒质19发送数字图像的电子数据。通过接口25，将相关的电子数据读入到主寄存器之后，进行解析。将解析结果数据显示在图像显示部17中，并且保存在数据保存媒质19中。
程序存储部23具有：对取得的数字图像和被摄体的三维空间信息进行合成的图像信息合成部(图像信息合成单元)26；对所显示的数字图像的各像素付予由被摄体2的纬度、经度、标高的组构成的至少一个的属性信息的属性信息付予部(属性信息付予单元)27；根据数字图像来取得被摄体表面的亮度信息的亮度信息取得部(亮度信息取得单元)29；基于亮度信息来辨别物的种类和状态的物性辨别部(物性辨别单元)28；提取由被摄体表面的经度、纬度、标高的组构成的三维表面信息的三维表面信息提取部(三维表面信息提取单元)32；将由三维表面信息提取部得到的被摄体表面的属性信息描绘到二维图像上的属性信息描绘部(属性信息描绘单元)30；制作对被摄体的三维空间信息附加了含义的空间数据的含义信息制作部(含义信息制作单元)31；以及将二维图像的各像素按每一个相同的空间数据或相同的三维空间信息来进行分类的像素信息分类部(像素信息分类单元)33。
特别地，属性信息描绘部30描绘连结被摄体上的相同标高属性的等高线，亮度信息取得部29按每一个被付予在数字图像上的等高线来取得亮度信息，另外具有基于所取得的亮度信息来制作亮度信息变化曲线的变化曲线制作部(变化曲线制作单元)35、和基于亮度信息变化曲线来提取被摄体2的液面边界线的标高信息的液面边界线信息提取部(液面边界线信息提取单元)37。
接下来，对使用了本实施方式涉及的图像处理装置的水位测量装置的作用及效果进行说明。如图3所示，利用固定于河床上的监视照相机3来取得被摄体2的图像。通过电缆4将取得的图像发送到管理中心5。将所取得的被摄体2的图像信号从接受装置11保存到保存媒质19中，并显示在管理中心5内的监视显示屏画面17中。
所取得的数字图像和三维空间信息的合成，使用公知的照片测量单元(村井俊治，《解析照片测量-修订版》，日本测量协会，平成12年)，使用如图4所示的被摄体的三维表面模型，在取得监视照相机3的空间位置、照相机姿势、照相机镜头焦点距离值等的参数之后，将三维空间坐标变换到二维图像坐标系，并可以计算对应于所指定的三维空间坐标位置的二维图像坐标位置。同时，在此时显示在监视显示屏画面17中的数字图像中，利用属性信息付予部27将被摄体2的纬度、经度、标高的属性信息付予在数字图像的各像素上。
然后，通过在数字图像上指定范围，而在相关范围内描绘一定间隔的等高线10。即，当在数字图象上指定规定范围时，作为公知手段使用被摄体2的三维表面模型，并在被摄体的表面上取得每个规定高度的等高线10之后，使用被摄体的三维表面模型来制作CG(ComputerGraphic)图像，并在所制作的CG图像上描绘等高线10。通过上述的监视照相机3读入的数字图像，理论上具有与CG图像相同的坐标系。从而，基于被摄体的三维表面模型制作的等高线10，也可以描绘在数字图像上。
接下来，对由数字图像取得亮度信息，并由相关的亮度信息来确定河流水位的方法进行说明。利用属性信息描绘部30，在数字图像上描绘等高线10，然后利用图像处理部13的亮度信息取得部29从数字图像取得被摄体表面的亮度信息。亮度信息，按每一个等高线10求得平均亮度值，并制作沿标高方向的平均亮度变化曲线(亮度信息的连续数据曲线)的曲线图。图6是表示平均亮度变化曲线的曲线图，图6中X轴表示标高值，Y轴表示描绘在被摄体(桥底的一部分)2上的等高线10的平均亮度值。
由上述的平均亮度变化曲线来检测出与河流水位对应的等高线10的位置的方法的基本观点在于，当在平均亮度变化曲线中检测出水时引起急剧的亮度衰减。从而，可以通过由平均亮度变化曲线来检测出对应于河流水位的局部图案(形状)的位置，来从数字图像来检测出河流水位。
在这里，对由数字图像来取得亮度信息的原理进行说明。如上述那样，在标高显示部30中，根据被摄体的三维表面模型来制作等高线，并且，在亮度信息取得部29中收集等高线上的亮度信息。变换到图像坐标系中的等高线的形状如图9所示，由黑点的集合{P|P1，…，PK…，PN}决定。然后，掌握与等高线位置上关联的像素，并计算数字图像坐标系中的等高线的点PK的图像亮度比例值VPK。
图10表示图像亮度比例值的计算方法的一例，如图所示，四方形a-b-c-d表示取得以点Pk为中心的亮度值的有效范围。并且，四方形尺寸和数字图像的一个像素一致，与四方形a-b-c-d相邻的九个像素为与点Pk位置上相关的像素组。此外，在式(1)中，Vbi为关联像素i的指定带宽B的亮度值，APi为像素i的占四方形a-b-c-d的面积的比率。然后，基于图像亮度比例值，来计算下述式(2)所示的等高线Lzi的图像平均亮度值MVI(Zi)。
式(1)
式(2)
接下来，对按每一个确定了的空间数据的含义信息或三维空间信息取得亮度信息时的高速处理方法进行说明。如上述那样，基于上述式(1)来计算图像亮度比例值，并基于上述式(2)，由确定了的像素组的亮度信息来计算图像平均亮度值。在定点观测中，连续地计算亮度信息时，可以对与在二维图像上确定了的空间数据的含义信息或三维空间信息位置上相关联的像素组进行固定。即，除观测时间和被摄体表面的亮度值信息之外，固定各参数(在上述式(1)和式(2)中，除带宽亮度参数Vbi之外，固定全部的参数)，该各参数记录了与暂时保存在寄存器中的空间数据的含义信息或三维空间信息相关联的像素组之间的相对位置关系。即，在处理从固定的摄像单元取得的时间序列的数字图像时，不用每次读入新图像时重复计算上述的参数，而仅将亮度信息参数代入到式子中就能计算出图像解析结果，因此可以实现数字图像的高速处理。
图7是表示平均亮度变化曲线的特征部分的曲线图，检测出相关的特征部分的波形图案，而检测出河流水位。为了量化相关的特征部分的波形而定义波形图案的参数，可以使用各参数的计算式来定量地计算平均亮度变化曲线上的指定区间中的图案。并且，图中所示的参数是用于量化波形的一个例子，也可以使用其它的参数。图中的各参数的定义如下。B：区间的最低亮度值的位置、BL：区间的左侧界限点、BR：区间的右侧界限点、TL：B和BL之间的最高亮度值的位置、TR：B和BR之间的最高亮度值的位置、ap：点p处的曲线倾斜角、aL：线段TL-B的倾斜角、aR：线段TR-B的倾斜角。
然后，在液面边界线信息提取部37中，指定一定区间并扫描平均亮度变化曲线，并从所扫描的区间上的曲线的参数中检测出与上述事先定义的模型曲线形状最相关的区间。进而，参考事先定义了的曲线特征，从所检测出的区间中检测出最相关的标高位置。这样就能通过使用了河流的数字图像的图像解析来检测出河流水位信息。而且，因为亮度信息是按每一个等高线10来求出平均亮度值，所以水平方向的观测宽度越长越能强调由等高线10所代表的被摄体表面上的水平线方向的亮度信息，从而能有效地消除数字图像上的噪声。
这样，因为能够基于由数字图像得到的亮度信息来求出河流水位，所以即使在由于气象条件的不同(特别是夜间的照明度的降低)而难以读取图像的情况下，也变得可以容易且精度优良地求出河流水位。
此外，由于对数字图像的各像素付予被摄体2的纬度、经度、标高等的属性信息，所以可以在由监视显示屏画面显示的画面中获得各像素的更正确的地理坐标，进行更高精度的图像解析。
而且，根据水位观测场所的地面覆盖状况，也有平均亮度变化曲线的特征不相同的情况，可以考虑通过调整上述的波形的参数，而不特别限制提取河流水位信息时的场所。
然后，采用图8对提取河流水位信息时的其它的实施例进行说明。在本实施例中，具有储存经时间变化地测量亮度信息的数据的亮度信息储存部33(参考图5)，在物性辨别部28中基于储存于亮度信息储存部33中的亮度信息来辨别河流水位。
具体地，从时刻(T1)和(T1+Δt)时的数字图像中，分别计算出被摄体表面上的沿标高方向的平均亮度变化曲线(40a、40b)。然后，基于储存于亮度信息储存部33中的时刻(T1)时的亮度信息，并参考与时刻(T1)的水位对应的局部曲线图案，从时刻(T1+Δt)的曲线提取形状最相关的曲线区间。可认为与该提取区间内的平均亮度的最小值对应的标高位置为时刻(T1+Δt)的水位。这样，基于储存于亮度信息储存单元33中的过去的亮度信息来测量河流水位，所以相比于基于预先输入的数据来测量河流水位的情况，可以进行更高精度的测量。
图11是表示在监视显示屏画面中显示的平均亮度变化曲线的视窗画面的图。如图11所示，在视窗画面上经时间变化地显示平均亮度变化曲线，并且在视窗画面的下侧部分显示用于由平均亮度变化曲线来确定河流水位的各参数。此外，利用物性辨别部28计算出的河流水位显示在平均亮度变化曲线的曲线图上(图11中由E表示)。
并且，在本发明涉及的水位测量装置1中，也可以在测量的水位超过预先设定的水位(例如，图11中由F表示)标高时，提高水位的测量频度。
这样，由于在测量水位变为预先设定的标高以上时提高河流水位的测量频度，所以通过实时地得到水位信息，例如，可以适当且迅速地应对由警戒警报的命令和水库放水所引起的河水流量的调整等。
接下来，对其它的实施方式进行说明，在以下说明中，通过对与上述第1实施方式起相同的作用效果的部分付予相同的符号，来省略该部分的详细说明，且在以下的说明中，主要说明与上述第1实施方式不同的点。采用图13～图15来说明第2实施方式。第2实施方式中，将本发明涉及的图像处理装置作为观测植物等的生长状况的生长情况观测装置(环境信息观测装置)来使用。图13是表示作为观测对象的农田的平面图，是表示在农田中设置了监视照相机的状态的图，图14是表示改变监视照相机的姿势而朝向观测对象时的样子的图，图15是表示在数字图像上附加了属性信息的状态的图。
在第2实施方式中，监视照相机3中的照相机部分可以相对水平方向向上下及左右地转动，相关的照相机部分可以在管理中心5等的控制室中进行远程操作。此外，通过无线将由监视照相机3读入的图像数据发送给管理中心5。
在图像处理部13中，使用已有的农田区分用的空间数据、地表面的三维表面模型、照相机的三维空间位置，来以所希望的观测对象成为图像中心的方式计算出照相机的姿势参数。在图13所示的监视显示屏画面中，从被区分为多个的农田中选择任意一个区分50作为观测对象，并决定所选择的区分的地理中心W和照相机姿势的方位角。此外，如图14所示，由所选择的区分的地理中心W和监视照相机3的三维地理空间位置，来计算出照相机姿势的倾角β。
在本实施方式中，具有含义信息制作部(含义信息制作单元)31，其制作对被摄体的三维空间信息付予了含义的空间数据60，并对二维图像的各像素付予在所制作的被摄体的空间数据60中反映的含义信息。此外，物性辨别部28基于二维图像的亮度信息来确定被摄体2的空间数据的含义信息，并且对确定的空间数据付予所辨别的物性信息。
在观测农田时，向管理中心5发送利用监视照相机3读入的图像，所发送的图像数据通过通信装置以电子文件形式保存在数据保存媒质19中。然后，将数字图像读入到主寄存器，并利用在第1实施方式中说明的亮度信息取得部29来由数字图像取得亮度信息。
在本实施方式中，因为对数字图像的各像素付予利用属性信息付予部27付予了含义的被摄体2的空间数据60的含义信息，所以能够在数字图像的各像素上并存或并用被摄体2的纬度、经度、标高的信息和空间数据60的含义信息，进而能够进行通用性更高的信息处理。此外，因为基于数字图像的亮度信息来确定被摄体2的空间数据60的含义信息，并且对确定的空间数据60付予了由物性辨别部28辨别的物性信息，所以通过将确定的空间数据60和从数字图像取得的物性信息之间建立关联，可以按每一个空间数据60采用数字图像并辨别农田的状态。
接下来，采用图16和图17对第3实施方式进行说明。图16是表示实施方式3涉及的环境信息观测装置的图，(a)是表示用数字照相机来摄影作为被摄体的山腰的状态的图，(b)是表示抽出植物的生长部分和未生长部分的数字图像中的边界线的图。图17是表示实施方式3涉及的环境信息观测装置的图，(a)是表示对在图16中取得的数字图像的植物的生长部分着色后的状态的图，(b)是抽出植物的生长部分和未生长部分的地理坐标系中的边界线来进行表示的图。
在第3实施方式中，利用监视照相机3取得作为被摄体2的山腰的数字图像，并将所取得的数字图像发送给管理中心5。图像处理部13的物性辨别部28基于数字图像的亮度信息来取得被摄体2上的边界线(形状数据)45(图17(b))，之后，利用属性信息付予部27对边界线45付予三维空间信息，并按照付予了三维空间信息的形状数据来制作三维边界线数据(空间数据)46(图16(b))。
这样，因为按照付予了三维空间信息的被摄体2上的边界线(形状数据)45来制作三维边界线数据46(空间数据)，所以相比于以往的采用数字图像的空间数据制作方法，能够抑制计算量，可实现图像处理速度的高速化。
并且，本发明不限于上述的实施方式，在不脱离其要点的范围内可进行各种变形来实施的事实是不言自明的。
在第1实施方式中，监视照相机3设置于河床上，但也可以不限于此而设置在水库等处来测量水库水位。
并且，也可以将监视照相机3朝向山来设置，并测量火山喷发时产生的熔岩流等的液面。
本发明涉及的环境信息观测装置1也可以设置于主题乐园和购物中心的停车场。在这种情况下，可以由摄影的数字图像的亮度信息来确定停车空间的空车位置。
在上述的第3实施方式中，也可以不采用监视照相机3，而使用搭载有GPS功能的便携式的照相机进行摄影，并将摄影的数字图像数据另外进行图像处理。
产业上的可利用性
本发明涉及的图像处理装置及环境信息观测装置，可以由二维图像得到被摄体的正确的地理坐标，且特别适用于由二维图像求出河流水位的情况。