專利名稱：圖像處理裝置及環(huán)境信息觀測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像處理裝置及環(huán)境信息觀測(cè)裝置。
技術(shù)背景專利文獻(xiàn)1中公開了如下一種裝置，即相對(duì)水面垂直地設(shè)置量 水板，并由讀入了相關(guān)量水板的水位刻度的圖像來進(jìn)行解析，而測(cè)量水 位。非專利文獻(xiàn)1中公開了如下一種技術(shù)，即將二維圖像的坐標(biāo)系 正投影變換到三維的地理坐標(biāo)，之后進(jìn)行圖像解析或地理空間解析。專利文獻(xiàn)2中公開了一種在二維圖像上重合顯示三維圖像的技術(shù)。專利文獻(xiàn)l:日本專利特開平8- 145765號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)l:日本遙測(cè)技術(shù)研究會(huì)編著《圖解遙測(cè)技術(shù)》、日本測(cè)量協(xié) 會(huì)，平成8年4月，pl20~220專利文獻(xiàn)2:日本專利特開2003- 132068號(hào)7>才艮然而，在專利文獻(xiàn)1所述的以往技術(shù)中，對(duì)讀入了量水板的水位 刻度的二維圖像進(jìn)行解體來測(cè)量水位，但在如夜間那樣照明度不足的情 況下，存在刻度讀取困難，難以測(cè)量正確的水位的問題，從而希望即使 沒有量水板等的標(biāo)記標(biāo)高位置的部件也能測(cè)量水位。在非專利文獻(xiàn)1所記栽的以往技術(shù)中，在進(jìn)行圖像解析時(shí)只能參 考二維位置信息而不能參考被攝體表面的三維空間信息。此外，將斜向取得的被攝體側(cè)面的二維圖像正投影變換到地理坐標(biāo)系之后，有可能損 失被攝體側(cè)面上的亮度信息。因此，存在圖像解析的精度變差的問題。另一方面，在專利文獻(xiàn)2中，可以將被攝體的三維形狀數(shù)據(jù)投影 描繪為二維圖像，但是，不能對(duì)二維圖像上的攝影被攝體的范圍內(nèi)的像 素付予或顯示被攝體的經(jīng)度、煒度、標(biāo)高等的屬性信息，希望通過在二維圖像上取得被攝體的正確的地理坐標(biāo)，來進(jìn)行通用性高的信息處理。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，獲得一種能夠基于二維圖像來進(jìn)行通用性高 的信息處理的圖像處理裝置及環(huán)境信息觀測(cè)裝置。為了解決上述課題，技術(shù)方案l所述的發(fā)明，其特征在于，具有 取得被攝體的二維圖像信息的二維圖像信息取得單元；取得由被攝體的 煒度、經(jīng)度、標(biāo)高等的組構(gòu)成的三維空間信息的三維空間信息取得單元； 顯示二維圖像的圖像顯示單元；合成所取得的二維圖像信息和三維空間信息的圖像信息合成單元；以及屬性信息付予單元，其中，屬性信息賦 予單元對(duì)二維圖像的各像素付予由被攝體的煒度、經(jīng)度、標(biāo)高的組構(gòu)成的至少一個(gè)屬性信息。技術(shù)方案2所述的發(fā)明，在技術(shù)方案1所述的發(fā)明的基礎(chǔ)上，其 特征在于，具有根據(jù)二維圖像取得被攝體的亮度信息的亮度信息取得 單元；根據(jù)由亮度信息取得單元取得的亮度信息來辨別物的種類及狀態(tài) 的物性辨別單元。技術(shù)方案3所述的發(fā)明，在技術(shù)方案2所述的發(fā)明的基礎(chǔ)上，其 特征在于，具有提取由被攝體表面的綽度、經(jīng)度、標(biāo)高的組構(gòu)成的被 攝體的屬性信息的三維表面信息提取單元；將由三維表面信息提取單元 取得的被攝體表面的屬性信息描繪在二維圖像上的屬性信息描繪單元， 其中，亮度信息取得單元基于被攝體表面的屬性信息來取得亮度信息。技術(shù)方案4所述的發(fā)明，在技術(shù)方案1~3的任意一項(xiàng)所述的發(fā)明 的基礎(chǔ)上，其特征在于具有制作對(duì)被攝體的三維空間信息附加了含義 的空間數(shù)據(jù)的含義信息制作單元；屬性信息付予單元對(duì)二維圖像的各像 素付予在所制作的被攝體的空間數(shù)據(jù)中反映的含義信息。技術(shù)方案5所述的發(fā)明，在技術(shù)方案4所述的發(fā)明的基礎(chǔ)上，其 特征在于物性辨別單元基于二維圖像的亮度信息來確定被攝體的空間 數(shù)據(jù)的含義信息，并將辨別的物性信息付予到確定的空間數(shù)據(jù)上。技術(shù)方案6所述的發(fā)明，在技術(shù)方案4或5所述的發(fā)明的基礎(chǔ)上， 其特征在于具有將二維圖像的各像素按每一個(gè)相同的空間數(shù)據(jù)的含義信息或相同的三維空間信息來進(jìn)行分類的像素信息分類單元，利用亮度 信息取得單元按每一個(gè)分類的像素組來取得亮度信息，并得到沿地理坐 標(biāo)系的規(guī)定方向的亮度信息的變化信息。技術(shù)方案7所述的發(fā)明，在技術(shù)方案2所述的發(fā)明的基礎(chǔ)上，其 特征在于物性辨別單元根據(jù)亮度信息來取得被攝體上的確定了含義信 息的形狀數(shù)據(jù)，對(duì)所取得的形狀數(shù)據(jù)付予三維空間信息，并按照付予了 三維空間信息的形狀數(shù)據(jù)來制作空間數(shù)據(jù)。技術(shù)方案8所述的發(fā)明，在技術(shù)方案1~7任意一項(xiàng)所述的發(fā)明的 基礎(chǔ)上，其特征在于屬性信息描繪單元將連結(jié)被攝體表面上的相同標(biāo) 高屬性的等高線描繪在二維圖像上，亮度信息取得單元按每一個(gè)付予在 二維圖像上的等高線來取得亮度信息，且具有基于所取得的亮度信息來 制作沿標(biāo)高方向的亮度信息變化曲線的變化曲線制作單元、和基于亮度 信息變化曲線來提取被攝體的液面邊界的標(biāo)高信息的液面邊界線信息 提取單元。技術(shù)方案9所述的發(fā)明，在技術(shù)方案8所述的發(fā)明的基礎(chǔ)上，其 特征在于亮度信息取得單元根據(jù)二維圖像上的像素組來取得亮度信 息，該二維圖像上的像素組被付予了被攝體的空間數(shù)據(jù)的含義信息或被 攝體的三維空間信息，在連續(xù)觀測(cè)被攝體時(shí)，在確定空間數(shù)據(jù)的含義信 息或三維空間信息并且對(duì)付予了確定的空間數(shù)據(jù)的含義信息或三維空 間信息的像素組進(jìn)行固定之后，再取得亮度信息。根據(jù)技術(shù)方案1所述的發(fā)明，利用圖像信息合成單元，來合成由 二維信息取得單元讀入的被攝體的二維圖像信息和由三維空間信息取 得單元讀入的三維空間信息。之后，利用屬性信息付予單元對(duì)二維圖像 信息的各像素付予由被攝體的蟀度、經(jīng)度、標(biāo)高的組構(gòu)成的至少一個(gè)屬 性信息。這樣，對(duì)在二維圖像上反映的被攝體的范圍內(nèi)的各像素付予由被 攝體的綿度、經(jīng)度、標(biāo)高的組構(gòu)成的至少一個(gè)屬性信息，因此，可以通 過利用二維圖像得到被攝體的正確的地理坐標(biāo)，可以進(jìn)行通用性高的信 息處理。根據(jù)技術(shù)方案2所述的發(fā)明，能起到與技術(shù)方案1所述的發(fā)明相同的效果，并且能夠基于從二維圖像取得的亮度信息來辨別被攝體的三 維空間信息中的物的種類及狀態(tài)。根據(jù)技術(shù)方案3所述的發(fā)明，能起到與技術(shù)方案2所述的發(fā)明相 同的效果，并且能夠利用屬性信息描繪單元將被攝體表面的三維表面屬 性信息描繪在二維圖像上，還能夠按每一個(gè)被攝體表面的三維表面屬性 信息來取得二維圖像的亮度信息。根據(jù)技術(shù)方案4所述的發(fā)明，能起到與技術(shù)方案1~3任意一項(xiàng)所 述的發(fā)明相同的效果，并且因?yàn)槔脤傩孕畔⒏队鑶卧獙⒏都恿撕x的 被攝體的空間數(shù)據(jù)的含義信息付予到二維圖像的各像素上，所以能夠在 二維圖像信息的各像素上并存或并用被攝體的綽度、經(jīng)度、標(biāo)高信息和 空間數(shù)據(jù)的含義信息，進(jìn)而能夠進(jìn)行通用性高的信息處理。根據(jù)技術(shù)方案5所述的發(fā)明，能起到與技術(shù)方案4所述的發(fā)明相 同的效果，并且基于二維圖像的亮度信息來確定被攝體的空間數(shù)據(jù)的含 義信息，而且對(duì)確定的空間數(shù)據(jù)付予通過物性辨別單元辨別的物性信 息，因此，通過將所確定的空間數(shù)據(jù)和由二維圖像取得的物性信息之間 建立關(guān)聯(lián)，能夠按每一個(gè)空間數(shù)據(jù)使用二維圖像來辨別物的狀態(tài)。根據(jù)技術(shù)方案6所述的發(fā)明，能起到與技術(shù)方案4或5所述的發(fā) 明相同的效果，并且按每一個(gè)具有相同信息的像素組來取得亮度信息， 進(jìn)而得到沿地理坐標(biāo)系中的規(guī)定方向的亮度信息的變化信息，因此，通 過正確地取得沿地理坐標(biāo)系中的規(guī)定方向而發(fā)生的亮度信息的變化，能 夠高精度地辨別被攝體的物的種類及狀態(tài)。根據(jù)技術(shù)方案7所述的發(fā)明，能起到與技術(shù)方案2所述的發(fā)明相 同的效果，并且對(duì)由二維圖像取得的被攝體上的形狀數(shù)據(jù)付予三維空間 信息，并按照形狀數(shù)據(jù)來制作空間數(shù)據(jù)。在以往技術(shù)中，首先將二維圖 像整體地變換到地理坐標(biāo)系，之后，使用亮度信息提取形狀數(shù)據(jù)后再制 作空間數(shù)據(jù)，但是在本發(fā)明中，首先從二維圖像取得形狀數(shù)據(jù)，僅將形 狀數(shù)據(jù)變換到地理坐標(biāo)系并制作空間數(shù)據(jù)，因此，能夠抑制計(jì)算量，并 能夠?qū)崿F(xiàn)圖像處理速度的高速化。根據(jù)技術(shù)方案8所述的發(fā)明，能起到與技術(shù)方案1 ~ 7任意一項(xiàng)所 述的發(fā)明相同的效果，并且由所制作的沿標(biāo)高方向的亮度信息變化曲線，來提取被攝體的液面邊界信息，因此不需要像以往技術(shù)那樣在被攝 體上設(shè)置帶有刻度的標(biāo)尺，能夠容易地進(jìn)行液面邊界線信息(水位)的 觀測(cè)。此外，因?yàn)樵谌〉醚乇粩z體的標(biāo)高方向的亮度信息變化曲線之后 取得液面邊界線信息，所以即使在如夜間那樣因低照明度而難以識(shí)別刻 度和液面邊界線的情況下，也能夠精度優(yōu)良地進(jìn)行液面的測(cè)量。根據(jù)技術(shù)方案9所述的發(fā)明，能起到與技術(shù)方案8所述的發(fā)明相 同的效果，并且在連續(xù)觀測(cè)被攝體時(shí)，通過對(duì)付予了所確定的空間數(shù)據(jù) 的含義信息或三維空間信息的像素組進(jìn)行固定，不需要每次取得圖像都 進(jìn)行對(duì)相同空間數(shù)據(jù)的含義信息或三維空間信息所關(guān)聯(lián)的像素組予以 確定的圖像信息合成，按每一個(gè)空間數(shù)據(jù)的含義信息或三維空間信息來 容易計(jì)算亮度信息，高速的圖像處理成為可能。


圖1表示在使用了本發(fā)明的實(shí)施方式1涉及的圖像處理裝置的水 位測(cè)量裝置中，顯示在管理中心監(jiān)視顯示屏中的數(shù)字圖像的圖。圖2是表示在圖1中表示的數(shù)字圖像中描繪了等高線的狀態(tài)的圖。圖3是表示利用監(jiān)視照相機(jī)來攝影橋底處涉及的水位的狀態(tài)的立體圖。圖4是說明將屬性信息付予到數(shù)字圖像的動(dòng)作的圖。圖5是本實(shí)施方式涉及的7jC位測(cè)量裝置的控制框圖。圖6是表示沿標(biāo)高方向的亮度信息變化曲線的制作原理的圖。圖7是表示平均亮度變化曲線的特征部分的曲線圖。圖8是對(duì)由平均亮度變化曲線提取河流水位信息時(shí)的其它的實(shí)施例 進(jìn)行說明的曲線圖。圖9是對(duì)取得等高線上的亮度信息的方法進(jìn)行說明的圖。圖10是對(duì)數(shù)字圖像上的1點(diǎn)上的圖像亮度比例值的計(jì)算方法進(jìn)行 說明的圖。圖11是表示在管理中心的監(jiān)視顯示屏畫面中顯示的平均亮度變化 曲線的視窗畫面的圖。圖12是表示使用了圖像處理裝置的水位測(cè)量裝置的整體的立體圖。圖13是表示在實(shí)施方式2涉及的生長信息觀測(cè)裝置中，在作為觀 測(cè)對(duì)象的農(nóng)田中設(shè)置監(jiān)視照相機(jī)的狀態(tài)的平面圖。圖14是表示在圖13所示的生長信息觀測(cè)裝置中，改變監(jiān)視照相機(jī) 的姿勢(shì)而朝向指定的觀測(cè)對(duì)象的樣子時(shí)的情況的立體圖。圖15是表示在圖13所示的生長信息觀測(cè)裝置中，對(duì)數(shù)字圖像付予 了屬性信息的狀態(tài)的立體圖。圖16是表示實(shí)施方式3涉及的環(huán)境信息觀測(cè)裝置的圖，(a)是表 示用數(shù)字照相機(jī)攝影了的作為被攝體的山腰的狀態(tài)的圖，(b )是抽出數(shù) 字圖像中的植物的生長部分和未生長部分的邊界線來進(jìn)行表示的圖。圖17是表示實(shí)施方式3涉及的環(huán)境信息觀測(cè)裝置的圖，(a)是表 示對(duì)在圖16中取得的數(shù)字圖像的植物的生長部分著色后的狀態(tài)的圖， (b)是抽出地理坐標(biāo)系中的植物的生長部分和未生長部分的邊界線來 進(jìn)行表示的圖。其中符號(hào)說明如下1環(huán)境信息觀測(cè)裝置，17圖像顯示部，26圖像信息合成部，27屬 性信息付予部，28物性辨別部，29亮度信息取得部，30屬性信息描 繪部，31含義信息制作部，32三維表面信息提取部，33圖像信息分 類部，35變化曲線制作部，37液面邊界線信息提取部。
具體實(shí)施方式
以下，參考附圖，對(duì)本實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。圖l是表示在使用 了本發(fā)明的實(shí)施方式l涉及的圖像處理裝置的水位測(cè)量裝置中，顯示在 管理中心的監(jiān)視顯示屏畫面中的數(shù)字圖像的圖，圖2表示在圖1所示的 數(shù)字圖像上描繪了等高線的狀態(tài)的圖，圖3表示用監(jiān)視照相機(jī)攝影橋底 處涉及的水位的狀態(tài)的圖，圖4是說明在數(shù)字圖像付予屬性信息的動(dòng)作 的圖，圖5是本實(shí)施方式涉及的水位測(cè)量裝置的控制框圖，圖6是表示沿標(biāo)高方向的亮度信息變化曲線的制作原理的圖，圖7是表示平均亮度 變化曲線的特征部分的曲線圖，圖8是對(duì)由平均亮度變化曲線來提取河 流水位信息時(shí)的其它的實(shí)施例進(jìn)行說明的曲線圖，圖9是對(duì)取得等高線 上的亮度信息的方法進(jìn)行說明的圖，圖IO是對(duì)數(shù)字圖像上的1點(diǎn)上的 圖像亮度比例值的計(jì)算方法進(jìn)行說明的圖，圖ll是表示在管理中心的 監(jiān)視顯示屏畫面中顯示的平均亮度變化曲線的視窗畫面的圖，圖12是 表示使用了圖像處理裝置的水位測(cè)量裝置的整體的立體圖。本實(shí)施方式涉及的水位測(cè)量裝置(環(huán)境信息觀測(cè)裝置)1，如圖12 所示，是一種用于河流等水位測(cè)量方面的裝置，且具有設(shè)置在河床上 的多個(gè)監(jiān)視照相機(jī)3;連接多個(gè)監(jiān)視照相機(jī)3的電纜4;連接于電纜4 并對(duì)監(jiān)視照相機(jī)3的信息依次進(jìn)行監(jiān)視的管理中心5。利用監(jiān)視照相機(jī) 3取得被攝體2的數(shù)字圖像(二維圖像信息)。在圖5中，管理中心5具有接收來自監(jiān)視照相機(jī)3的信號(hào)的接收裝 置11 (二維圖像信息取得單元lla)、和連接于接收裝置11的圖像處理 部13。圖像處理部13具有CPU15、監(jiān)視顯示屏畫面(圖像顯示單元) 17、數(shù)據(jù)保存媒質(zhì)19、程序存儲(chǔ)部23、接口 (I/F) 25等。監(jiān)視照相機(jī)3中內(nèi)置有鏡頭、攝像板、圖像處理電路等，在設(shè)置于 其下部的附屬設(shè)備中內(nèi)置有控制裝置、通信裝置等，照相機(jī)圖像處理電 路和控制裝置通過電纜4連接到管理中心5，該電纜4包括圖像信號(hào)線 和控制信號(hào)線。CPU (中央運(yùn)算處理裝置)15按照存儲(chǔ)于程序存儲(chǔ)部23中的各程 序27~33來執(zhí)行各種處理。從讀入了監(jiān)視照相機(jī)3的映像信號(hào)的接收 裝置11向數(shù)據(jù)保存媒質(zhì)19發(fā)送數(shù)字圖像的電子數(shù)據(jù)。通過接口 25，將 相關(guān)的電子數(shù)據(jù)讀入到主寄存器之后，進(jìn)行解析。將解析結(jié)果數(shù)據(jù)顯示 在圖像顯示部17中，并且保存在數(shù)據(jù)保存媒質(zhì)19中。程序存儲(chǔ)部23具有對(duì)取得的數(shù)字圖像和被攝體的三維空間信息進(jìn) 行合成的圖像信息合成部(圖像信息合成單元)26;對(duì)所顯示的數(shù)字圖 像的各像素付予由被攝體2的緯度、經(jīng)度、標(biāo)高的組構(gòu)成的至少一個(gè)的 屬性信息的屬性信息付予部(屬性信息付予單元)27;根據(jù)數(shù)字圖像來 取得被攝體表面的亮度信息的亮度信息取得部(亮度信息取得單元)29; 基于亮度信息來辨別物的種類和狀態(tài)的物性辨別部(物性辨別單元)28;提取由被攝體表面的經(jīng)度、綷度、標(biāo)高的組構(gòu)成的三維表面信息的三維表面信息提取部(三維表面信息提取單元)32;將由三維表面信息提取 部得到的被攝體表面的屬性信息描繪到二維圖像上的屬性信息描繪部 (屬性信息描繪單元)30;制作對(duì)被攝體的三維空間信息附加了含義的 空間數(shù)據(jù)的含義信息制作部(含義信息制作單元)31;以及將二維圖像 的各像素按每一個(gè)相同的空間數(shù)據(jù)或相同的三維空間信息來進(jìn)行分類 的像素信息分類部(像素信息分類單元)33。特別地，屬性信息描繪部30描繪連結(jié)被攝體上的相同標(biāo)高屬性的等 高線，亮度信息取得部29按每一個(gè)被付予在數(shù)字圖像上的等高線來取 得亮度信息，另外具有基于所取得的亮度信息來制作亮度信息變化曲線 的變化曲線制作部(變化曲線制作單元)35、和基于亮度信息變化曲線 來提取被攝體2的液面邊界線的標(biāo)高信息的液面邊界線信息提取部(液 面邊界線信息提取單元)37。接下來，對(duì)使用了本實(shí)施方式涉及的圖像處理裝置的7JC位測(cè)量裝置的作用及效果進(jìn)行說明。如圖3所示，利用固定于河床上的監(jiān)視照相機(jī) 3來取得被攝體2的圖像。通過電纜4將取得的圖像發(fā)送到管理中心5。 將所取得的被攝體2的圖像信號(hào)從接受裝置11保存到保存媒質(zhì)19中， 并顯示在管理中心5內(nèi)的監(jiān)視顯示屏畫面17中。所取得的數(shù)字圖像和三維空間信息的合成，使用公知的照片測(cè)量單 元(村井俊治，《解析照片測(cè)量 一 修訂版》，日本測(cè)量協(xié)會(huì)，平成12年)， 使用如圖4所示的被攝體的三維表面模型，在取得監(jiān)視照相機(jī)3的空間 位置、照相機(jī)姿勢(shì)、照相機(jī)鏡頭焦點(diǎn)距離值等的參數(shù)之后，將三維空間 坐標(biāo)變換到二維圖像坐標(biāo)系，并可以計(jì)算對(duì)應(yīng)于所指定的三維空間坐標(biāo) 位置的二維圖像坐標(biāo)位置。同時(shí)，在此時(shí)顯示在監(jiān)視顯示屏畫面17中 的數(shù)字圖像中，利用屬性信息付予部27將被攝體2的綷度、經(jīng)度、標(biāo) 高的屬性信息付予在數(shù)字圖像的各像素上。然后，通過在數(shù)字圖像上指定范圍，而在相關(guān)范圍內(nèi)描繪一定間隔 的等高線IO。即，當(dāng)在數(shù)字圖象上指定規(guī)定范圍時(shí)，作為公知手段使用 被攝體2的三維表面模型，并在被攝體的表面上取得每個(gè)規(guī)定高度的等 高線10之后，使用被攝體的三維表面模型來制作CG (Computer Graphic)圖像，并在所制作的CG圖像上描繪等高線10。通過上述的 監(jiān)視照相機(jī)3讀入的數(shù)字圖像，理論上具有與CG圖像相同的坐標(biāo)系。從而，基于被攝體的三維表面模型制作的等高線10，也可以描繪在數(shù)字圖像上。接下來，對(duì)由數(shù)字圖像取得亮度信息，并由相關(guān)的亮度信息來確定河流水位的方法進(jìn)行說明。利用屬性信息描繪部30,在數(shù)字圖像上描繪 等高線10，然后利用圖像處理部13的亮度信息取得部29從數(shù)字圖像取 得被攝體表面的亮度信息。亮度信息，按每一個(gè)等高線10求得平均亮 度值，并制作沿標(biāo)高方向的平均亮度變化曲線(亮度信息的連續(xù)數(shù)據(jù)曲 線)的曲線圖。圖6是表示平均亮度變化曲線的曲線圖，圖6中X軸表 示標(biāo)高值，Y軸表示描繪在被攝體(橋底的一部分)2上的等高線10 的平均亮度值。由上述的平均亮度變化曲線來檢測(cè)出與河流水位對(duì)應(yīng)的等高線10 的位置的方法的基本觀點(diǎn)在于，當(dāng)在平均亮度變化曲線中檢測(cè)出水時(shí)引 起急劇的亮度衰減。從而，可以通過由平均亮度變化曲線來檢測(cè)出對(duì)應(yīng) 于河流水位的局部圖案(形狀)的位置，來從數(shù)字圖像來檢測(cè)出河流水 位。在這里，對(duì)由數(shù)字圖像來取得亮度信息的原理進(jìn)行說明。如上述那 樣，在標(biāo)高顯示部30中，根據(jù)被攝體的三維表面模型來制作等高線， 并且，在亮度信息取得部29中收集等高線上的亮度信息。變換到圖像 坐標(biāo)系中的等高線的形狀如圖9所示，由黑點(diǎn)的集合(Plh，…，PK…，PN) 決定。然后，掌握與等高線位置上關(guān)聯(lián)的像素，并計(jì)算數(shù)字圖像坐標(biāo)系 中的等高線的點(diǎn)PK的圖像亮度比例值VPK。圖IO表示圖像亮度比例值的計(jì)算方法的一例，如圖所示，四方形a -b-c-d表示取得以點(diǎn)Pk為中心的亮度值的有效范圍。并且，四方形 尺寸和數(shù)字圖像的一個(gè)像素一致，與四方形a-b-c-d相鄰的九個(gè)像 素為與點(diǎn)Pk位置上相關(guān)的像素組。此外，在式(1)中，V、為關(guān)聯(lián)像 素i的指定帶寬B的亮度值，APi為像素i的占四方形a-b-c-d的面 積的比率。然后，基于圖像亮度比例值，來計(jì)算下述式(2)所示的等 高線Lzi的圖像平均亮度值MVI(zi)。式(1) 9<formula>formula see original document page 12</formula>式(2)<formula>formula see original document page 13</formula>…(2)接下來，對(duì)按每一個(gè)確定了的空間數(shù)據(jù)的含義信息或三維空間信息 取得亮度信息時(shí)的高速處理方法進(jìn)行說明。如上述那樣，基于上述式(1)來計(jì)算圖像亮度比例值，并基于上述式(2)，由確定了的像素組的亮度 信息來計(jì)算圖像平均亮度值。在定點(diǎn)觀測(cè)中，連續(xù)地計(jì)算亮度信息時(shí)， 可以對(duì)與在二維圖像上確定了的空間數(shù)據(jù)的含義信息或三維空間信息 位置上相關(guān)聯(lián)的像素組進(jìn)行固定。即，除觀測(cè)時(shí)間和被攝體表面的亮度 值信息之外，固定各參數(shù)(在上述式(1)和式(2)中，除帶寬亮度參 數(shù)V、之外，固定全部的參數(shù))，該各參數(shù)記錄了與暫時(shí)保存在寄存器中 的空間數(shù)據(jù)的含義信息或三維空間信息相關(guān)聯(lián)的像素組之間的相對(duì)位 置關(guān)系。即，在處理從固定的攝像單元取得的時(shí)間序列的數(shù)字圖像時(shí)， 不用每次讀入新圖像時(shí)重復(fù)計(jì)算上述的參數(shù)，而僅將亮度信息參數(shù)代入 到式子中就能計(jì)算出圖像解析結(jié)果，因此可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像的高速處 理。圖7是表示平均亮度變化曲線的特征部分的曲線圖，檢測(cè)出相關(guān)的 特征部分的波形圖案，而檢測(cè)出河流水位。為了量化相關(guān)的特征部分的 波形而定義波形圖案的參數(shù)，可以使用各參數(shù)的計(jì)算式來定量地計(jì)算平 均亮度變化曲線上的指定區(qū)間中的圖案。并且，圖中所示的參數(shù)是用于 量化波形的一個(gè)例子，也可以使用其它的參數(shù)。圖中的各參數(shù)的定義如 下。B:區(qū)間的最低亮度值的位置、B^區(qū)間的左側(cè)界限點(diǎn)、BR:區(qū)間的 右側(cè)界限點(diǎn)、TL:B和Bt之間的最高亮度值的位置、TR: B和Br之同 的最高亮度值的位置、ap:點(diǎn)p處的曲線傾斜角、aL:線段1^-B的 傾斜角、aR:幾段Tk-B的傾斜角。然后，在液面邊界線信息提取部37中，指定一定區(qū)間并掃描平均亮 度變化曲線，并從所掃描的區(qū)間上的曲線的參數(shù)中檢測(cè)出與上述事先定 義的模型曲線形狀最相關(guān)的區(qū)間。進(jìn)而，參考事先定義了的曲線特征， 從所檢測(cè)出的區(qū)間中檢測(cè)出最相關(guān)的標(biāo)高位置。這樣就能通過使用了河 流的數(shù)字圖像的圖像解析來檢測(cè)出河流水位信息。而且，因?yàn)榱炼刃畔?是按每一個(gè)等高線10來求出平均亮度值，所以水平方向的觀測(cè)寬度越長越能強(qiáng)調(diào)由等高線10所代表的被攝體表面上的水平線方向的亮度信息，從而能有效地消除數(shù)字圖像上的噪聲。這樣，因?yàn)槟軌蚧谟蓴?shù)字圖像得到的亮度信息來求出河流7jC位， 所以即使在由于氣象條件的不同(特別是夜間的照明度的降低)而難以 讀取圖像的情況下，也變得可以容易且精度優(yōu)良地求出河流水位。此外，由于對(duì)數(shù)字圖像的各像素付予被攝體2的煒度、經(jīng)度、標(biāo)高 等的屬性信息，所以可以在由監(jiān)視顯示屏畫面顯示的畫面中獲得各像素 的更正確的地理坐標(biāo)，進(jìn)行更高精度的圖像解析。而且，根據(jù)水位觀測(cè)場(chǎng)所的地面覆蓋狀況，也有平均亮度變化曲線 的特征不相同的情況，可以考慮通過調(diào)整上述的波形的參數(shù)，而不特別 限制提取河流水位信息時(shí)的場(chǎng)所。然后，采用圖8對(duì)提取河流水位信息時(shí)的其它的實(shí)施例進(jìn)行說明。 在本實(shí)施例中，具有儲(chǔ)存經(jīng)時(shí)間變化地測(cè)量亮度信息的數(shù)據(jù)的亮度信息 儲(chǔ)存部33 (參考圖5 )，在物性辨別部28中基于儲(chǔ)存于亮度信息儲(chǔ)存部 33中的亮度信息來辨別河流水位。具體地，從時(shí)刻(Tl)和(T1+ At)時(shí)的數(shù)字圖像中，分別計(jì)算 出被攝體表面上的沿標(biāo)高方向的平均亮度變化曲線(40a、 40b)。然后， 基于儲(chǔ)存于亮度信息儲(chǔ)存部33中的時(shí)刻(Tl)時(shí)的亮度信息，并參考 與時(shí)刻(Tl)的水位對(duì)應(yīng)的局部曲線圖案，從時(shí)刻(T1+ At)的曲線 提取形狀最相關(guān)的曲線區(qū)間?？烧J(rèn)為與該提取區(qū)間內(nèi)的平均亮度的最小 值對(duì)應(yīng)的標(biāo)高位置為時(shí)刻(Tl+At)的水位。這樣，基于儲(chǔ)存于亮度 信息儲(chǔ)存單元33中的過去的亮度信息來測(cè)量河流水位，所以相比于基 于預(yù)先輸入的數(shù)據(jù)來測(cè)量河流水位的情況，可以進(jìn)行更高精度的測(cè)量。圖11是表示在監(jiān)視顯示屏畫面中顯示的平均亮度變化曲線的視窗 畫面的圖。如圖11所示，在視窗畫面上經(jīng)時(shí)間變化地顯示平均亮度變 化曲線，并且在視窗畫面的下側(cè)部分顯示用于由平均亮度變化曲線來確 定河流水位的各參數(shù)。此外，利用物性辨別部28計(jì)算出的河流水位顯 示在平均亮度變化曲線的曲線圖上(圖11中由E表示)。并且，在本發(fā)明涉及的7JC位測(cè)量裝置1中，也可以在測(cè)量的7JC位超 過預(yù)先設(shè)定的水位(例如，圖11中由F表示)標(biāo)高時(shí)，提高水位的測(cè)量頻度o這樣，由于在測(cè)量水位變?yōu)轭A(yù)先設(shè)定的標(biāo)高以上時(shí)提高河流水位的 測(cè)量頻度，所以通過實(shí)時(shí)地得到水位信息，例如，可以適當(dāng)且迅速地應(yīng) 對(duì)由警戒警報(bào)的命令和水庫放水所引起的河水流量的調(diào)整等。接下來，對(duì)其它的實(shí)施方式進(jìn)行說明，在以下說明中，通過對(duì)與上 述第1實(shí)施方式起相同的作用效果的部分付予相同的符號(hào)，來省略該部 分的詳細(xì)說明，且在以下的說明中，主要說明與上述第1實(shí)施方式不同的點(diǎn)。采用圖13~圖15來說明第2實(shí)施方式。第2實(shí)施方式中，將本 發(fā)明涉及的圖像處理裝置作為觀測(cè)植物等的生長狀況的生長情況觀測(cè) 裝置(環(huán)境信息觀測(cè)裝置)來使用。圖13是表示作為觀測(cè)對(duì)象的農(nóng)田 的平面圖，是表示在農(nóng)田中設(shè)置了監(jiān)視照相機(jī)的狀態(tài)的圖，圖14是表 示改變監(jiān)視照相機(jī)的姿勢(shì)而朝向觀測(cè)對(duì)象時(shí)的樣子的圖，圖15是表示 在數(shù)字圖像上附加了屬性信息的狀態(tài)的圖。在第2實(shí)施方式中，監(jiān)視照相機(jī)3中的照相機(jī)部分可以相對(duì)水平方 向向上下及左右地轉(zhuǎn)動(dòng)，相關(guān)的照相機(jī)部分可以在管理中心5等的控制 室中進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。此外，通過無線將由監(jiān)視照相機(jī)3讀入的圖像數(shù)據(jù) 發(fā)送給管理中心5。在圖像處理部13中，使用已有的農(nóng)田區(qū)分用的空間數(shù)據(jù)、地表面的 三維表面模型、照相機(jī)的三維空間位置，來以所希望的觀測(cè)對(duì)象成為圖 像中心的方式計(jì)算出照相機(jī)的姿勢(shì)參數(shù)。在圖13所示的監(jiān)視顯示屏畫 面中，從被區(qū)分為多個(gè)的農(nóng)田中選擇任意一個(gè)區(qū)分50作為觀測(cè)對(duì)象， 并決定所選擇的區(qū)分的地理中心W和照相機(jī)姿勢(shì)的方位角。此外，如 圖14所示，由所選擇的區(qū)分的地理中心W和監(jiān)視照相機(jī)3的三維地理 空間位置，來計(jì)算出照相機(jī)姿勢(shì)的傾角p。在本實(shí)施方式中，具有含義信息制作部(含義信息制作單元)31， 其制作對(duì)被攝體的三維空間信息付予了含義的空間數(shù)據(jù)60 ，并對(duì)二維圖 像的各像素付予在所制作的被攝體的空間數(shù)據(jù)60中反映的含義信息。 此外，物性辨別部28基于二維圖像的亮度信息來確定被攝體2的空間 數(shù)據(jù)的含義信息，并且對(duì)確定的空間數(shù)據(jù)付予所辨別的物性信息。在觀測(cè)農(nóng)田時(shí)，向管理中心5發(fā)送利用監(jiān)視照相機(jī)3讀入的圖像，所發(fā)送的圖像數(shù)據(jù)通過通信裝置以電子文件形式保存在數(shù)據(jù)保存媒質(zhì)19中。然后，將數(shù)字圖像讀入到主寄存器，并利用在第1實(shí)施方式中說 明的亮度信息取得部29來由數(shù)字圖像取得亮度信息。在本實(shí)施方式中，因?yàn)閷?duì)數(shù)字圖像的各像素付予利用屬性信息付予 部27付予了含義的被攝體2的空間數(shù)據(jù)60的含義信息，所以能夠在數(shù) 字圖像的各像素上并存或并用被攝體2的蟀度、經(jīng)度、標(biāo)高的信息和空 間數(shù)據(jù)60的含義信息，進(jìn)而能夠進(jìn)行通用性更高的信息處理。此外， 因?yàn)榛跀?shù)字圖像的亮度信息來確定被攝體2的空間數(shù)據(jù)60的含義信 息，并且對(duì)確定的空間數(shù)據(jù)60付予了由物性辨別部28辨別的物性信息， 所以通過將確定的空間數(shù)據(jù)60和從數(shù)字圖像取得的物性信息之間建立 關(guān)聯(lián)，可以按每一個(gè)空間數(shù)據(jù)60采用數(shù)字圖像并辨別農(nóng)田的狀態(tài)。接下來，釆用圖16和圖17對(duì)第3實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖16是表示 實(shí)施方式3涉及的環(huán)境信息觀測(cè)裝置的圖，(a)是表示用數(shù)字照相機(jī)來 攝影作為被攝體的山腰的狀態(tài)的圖，(b)是表示抽出植物的生長部分和 未生長部分的數(shù)字圖像中的邊界線的圖。圖17是表示實(shí)施方式3涉及 的環(huán)境信息觀測(cè)裝置的圖，(a)是表示對(duì)在圖16中取得的數(shù)字圖像的 植物的生長部分著色后的狀態(tài)的圖，(b)是抽出植物的生長部分和未生 長部分的地理坐標(biāo)系中的邊界線來進(jìn)行表示的圖。在第3實(shí)施方式中，利用監(jiān)視照相機(jī)3取得作為被攝體2的山腰的 數(shù)字圖像，并將所取得的數(shù)字圖像發(fā)送給管理中心5。圖像處理部13 的物性辨別部28基于數(shù)字圖像的亮度信息來取得被攝體2上的邊界線 (形狀數(shù)據(jù))45 (圖17 (b))，之后，利用屬性信息付予部27對(duì)邊界 線45付予三維空間信息，并按照付予了三維空間信息的形狀數(shù)據(jù)來制 作三維邊界線數(shù)據(jù)(空間數(shù)據(jù))46 (圖16 (b))。這樣，因?yàn)榘凑崭队枇巳S空間信息的被攝體2上的邊界線(形狀 數(shù)據(jù))45來制作三維邊界線數(shù)據(jù)46 (空間數(shù)據(jù))，所以相比于以往的采 用數(shù)字圖像的空間數(shù)據(jù)制作方法，能夠抑制計(jì)算量，可實(shí)現(xiàn)圖像處理速 度的高速化。并且，本發(fā)明不限于上述的實(shí)施方式，在不脫離其要點(diǎn)的范圍內(nèi)可 進(jìn)行各種變形來實(shí)施的事實(shí)是不言自明的。在第1實(shí)施方式中，監(jiān)視照相機(jī)3設(shè)置于河床上，但也可以不限于 此而設(shè)置在水庫等處來測(cè)量水庫水位。并且，也可以將監(jiān)視照相機(jī)3朝向山來設(shè)置，并測(cè)量火山噴發(fā)時(shí)產(chǎn) 生的熔巖流等的液面。本發(fā)明涉及的環(huán)境信息觀測(cè)裝置1也可以設(shè)置于主題樂園和購物中 心的停車場(chǎng)。在這種情況下，可以由攝影的數(shù)字圖像的亮度信息來確定 停車空間的空車位置。在上述的第3實(shí)施方式中，也可以不釆用監(jiān)視照相機(jī)3，而使用搭 載有GPS功能的便攜式的照相機(jī)進(jìn)行攝影，并將攝影的數(shù)字圖像數(shù)據(jù) 另外進(jìn)行圖像處理。產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明涉及的圖像處理裝置及環(huán)境信息觀測(cè)裝置，可以由二維圖像 得到被攝體的正確的地理坐標(biāo)，且特別適用于由二維圖像求出河流水位 的情況。
權(quán)利要求
1. 一種圖像處理裝置，其特征在于，具有取得被攝體的二維圖像信息的二維圖像信息取得單元；取得由被攝體的緯度、經(jīng)度、標(biāo)高的組構(gòu)成的三維空間信息的三維空間信息取得單元；顯示二維圖像的圖像顯示單元；合成所取得的二維圖像信息和三維空間信息的圖像信息合成單元；以及屬性信息付予單元，屬性信息付予單元對(duì)二維圖像的各像素付予由被攝體的緯度、經(jīng)度、標(biāo)高的組構(gòu)成的至少一個(gè)屬性信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的圖像處理裝置，其特征在于，具有 根據(jù)二維圖像來取得被攝體表面的亮度信息的亮度信息取得單元；根據(jù)由亮度信息取得單元得到的亮度信息來辨別物的種類和狀態(tài) 的物性辨別單元。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像處理裝置，其特征在于，具有提取由被攝體表面的煒度、經(jīng)度、標(biāo)高的組構(gòu)成的被攝體表 面的屬性信息的三維表面信息提取單元；將由三維表面信息提取單元得 到的被攝體表面的屬性信息描繪在二維圖像上的屬性信息描繪單元，亮度信息取得單元基于被攝體表面的屬性信息來取得亮度信息。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1 3的任意一項(xiàng)所述的圖像處理裝置，其特征在于，具有制作對(duì)被攝體的三維空間信息附加了含義的空間數(shù)據(jù)的含義 信息制作單元；屬性信息付予單元對(duì)二維圖像的各像素付予在所制作的被攝體的 空間數(shù)據(jù)中反映的含義信息。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的圖像處理裝置，其特征在于，物性辨別 單元基于二維圖像的亮度信息來確定被攝體的空間數(shù)據(jù)的含義信息，并 且將辨別了的物性信息付予到確定的空間數(shù)據(jù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述圖像處理裝置，其特征在于， 具有將二維圖像的各像素按每一個(gè)相同的空間數(shù)據(jù)的含義信息或相同的三維空間信息進(jìn)行分類的像素信息分類單元；利用亮度信息取得單元按每一個(gè)分類的像素組來取得亮度信息，進(jìn) 而得到沿地理坐標(biāo)系中的規(guī)定方向的亮度信息的變化信息。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的圖像處理裝置，其特征在于物性辨別 單元根據(jù)亮度信息來取得被攝體上的確定了含義信息的形狀數(shù)據(jù)，對(duì)所 取得的形狀數(shù)據(jù)付予三維空間信息，并按照付予了三維空間信息的形狀數(shù)據(jù)來制作空間數(shù)據(jù)。
8. —種使用了權(quán)利要求1 ~7任意一項(xiàng)所述的圖像處理裝置的環(huán)境 信息觀測(cè)裝置，其特征在于，屬性信息描繪單元將連結(jié)被攝體表面上的相同標(biāo)高屬性的等高線 描繪在二維圖像上，亮度信息取得單元按每一個(gè)付予在二維圖像上的等 高線來取得亮度信息，具有基于所取得的亮度信息來制作沿標(biāo)高方向的亮度信息變化曲 線的變化曲線制作單元、和基于亮度信息變化曲線來提取被攝體的液面 邊界的標(biāo)高信息的液面邊界線信息提取單元。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的環(huán)境信息觀測(cè)單元，其特征在于， 亮度信息取得單元根據(jù)二維圖像上的像素組來取得亮度信息，該二維圖像上的像素組被付予了被攝體的空間數(shù)據(jù)的含義信息或被攝體的 三維空間信息，在連續(xù)觀測(cè)被攝體時(shí)，在確定空間數(shù)據(jù)的含義信息或三 維空間信息并且對(duì)付予了確定的空間數(shù)據(jù)的含義信息或三維空間信息 的像素組進(jìn)行固定之后，再取得亮度信息。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能夠基于二維圖像來進(jìn)行通用性高的信息處理的圖像處理裝置及環(huán)境信息觀測(cè)裝置。該圖像處理裝置具有取得被攝體(2)的二維圖像信息的二維圖像信息取得部；取得由被攝體的緯度、經(jīng)度、標(biāo)高的組構(gòu)成的三維空間信息的三維空間信息取得部；顯示二維圖像的圖像顯示部(17)；合成所取得的二維圖像信息和三維空間信息的圖像信息合成部(26)；屬性信息付予部(27)。屬性信息付予部(27)對(duì)二維圖像的各像素付予由被攝體(2)的緯度、經(jīng)度、標(biāo)高的組構(gòu)成的至少一個(gè)的屬性信息。
文檔編號(hào)G06T1/00GK101218602SQ20068002457
公開日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2006年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月8日
發(fā)明者平沼茂, 范海生, 藏本武明 申請(qǐng)人:貝西科系統(tǒng)工程株式會(huì)社