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JP2001133311A - Water level measurement method and water level measurement system - Google Patents

Water level measurement method and water level measurement system

Info

Publication number
JP2001133311A
JP2001133311A JP31363599A JP31363599A JP2001133311A JP 2001133311 A JP2001133311 A JP 2001133311A JP 31363599 A JP31363599 A JP 31363599A JP 31363599 A JP31363599 A JP 31363599A JP 2001133311 A JP2001133311 A JP 2001133311A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water level
image
camera
water
measurement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP31363599A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norihiro Aoyama
宣弘 青山
Yoichi Takagi
陽市 高木
Akio Tsujikawa
秋雄 辻川
Takeshi Saito
健 斎藤
Takayuki Yoneoka
孝幸 米丘
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Hitachi Process Computer Engineering Inc
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Process Computer Engineering Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, Hitachi Process Computer Engineering Inc filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP31363599A priority Critical patent/JP2001133311A/en
Publication of JP2001133311A publication Critical patent/JP2001133311A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/30Assessment of water resources

Landscapes

  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】画像処理による水位計測で、カメラが被計測物
に対して傾斜角を有して設置される場合の計測誤差を補
正し、平行時と同等精度の水位計測を実現。 【解決手段】量水標3と傾斜板4をセットにした画像を
カメラ2で取り込み、水位計測装置で傾斜板画像から水
面境界を画像処理して得、量水標目盛での画像座標に換
算し、さらに世界座標系に座標変換に変換して地上での
水位を求める。予め、量水標3のシーン23毎にカメラ
視線102の傾斜角θによって生じる座標変換誤差を求
めておき、これを使用してオンライン計測時の誤差補正
を行う。ダムなど、カメラ設置位置条件の悪い場合にも
高精度の水位計測ができる。
(57) [Summary] In a water level measurement by image processing, a measurement error when a camera is installed at an inclined angle with respect to an object to be measured is corrected, and a water level measurement with the same accuracy as in a parallel state is performed. Realization. An image in which a water mark 3 and an inclined plate 4 are set is captured by a camera 2, image processing is performed on a water surface boundary from the inclined plate image by a water level measuring device, and converted into image coordinates on a scale of the water mark. Then, the water level on the ground is calculated by converting the coordinates to a world coordinate system. In advance, a coordinate conversion error caused by the inclination angle θ of the camera line of sight 102 is obtained for each scene 23 of the water mark 3, and the error is corrected by using this in online measurement. High-precision water level measurement is possible even when the camera installation position conditions are poor, such as in dams.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、河川、湖、海、ダ
ム等の水位を画像処理によって計測する水位計測方法及
びシステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a water level measuring method and system for measuring the water level of rivers, lakes, seas, dams and the like by image processing.

【0002】[0002]

【従来の技術】河川、湖、海、ダム等の水位を自動計測
して安全管理がなされているが、これらの水位の変動幅
は通常数m、最大で十数mにも及ぶため、正確な計測と
メンテナンスには困難が多い。
2. Description of the Related Art Safety management is performed by automatically measuring water levels of rivers, lakes, seas, dams, and the like. However, the fluctuation range of these water levels is usually several meters, up to a dozen meters, and therefore accurate. Measurement and maintenance are often difficult.

【0003】近年、本発明者等は画像処理による水位計
測方式の開発に取り組み、この間における一連の発明を
特開平7―333039号,特開平8―014992
号,特開平8―145765号,特開平9―16107
6号,特開平10―062231号,特開平10―33
2334号,特開平11―030546号,特開平11
―072370号,特開平11―118583号などに
開示している。
In recent years, the present inventors have been working on the development of a water level measuring system by image processing, and have described a series of inventions during this period in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 7-333039 and Hei 8-0149992.
JP-A-8-145765, JP-A-9-16107
6, JP-A-10-062231, JP-A-10-33
2334, JP-A-11-030546, JP-A-11-110546
-072370, JP-A-11-118585 and the like.

【0004】上記の画像処理による水位計測は、水面に
垂直で目盛のある量水標と水面に斜めで目盛のない傾斜
板をセットにし、このセット画像をTVカメラで取り込
み、傾斜板の画像処理によって画像上の傾斜板と水面の
境界位置を取得し、この境界位置に基づいて量水標の水
面境界位置を幾何学的に求める。
The water level measurement by the above image processing is performed by setting a water mark having a scale perpendicular to the water surface and a slope plate having no scale on the water surface, taking the set image by a TV camera, and processing the image of the slope plate. Then, the boundary position between the inclined plate and the water surface on the image is obtained, and the water surface boundary position of the water mark is geometrically obtained based on the boundary position.

【0005】このような幾何学的関係を図17に示す。
すなわち、傾斜板4の水面境界7は水面反射像4’など
の画像解析により求め、量水標3の水面境界8は傾斜板
4との幾何学関係から求める。量水標3の一つの側辺3
−3の水面境界8はこのようにして得られる。量水標3
の水面境界8が求まると、境界8の近傍の文字や目盛を
画像認識して水位を読み取ることができる。しかし、量
水標の長いものは20mにも及ぶため、量水標の最小目
盛が10cm程度となり精度的には不十分である。ま
た、量水標の最小目盛が精度的に十分であったとして
も、汚れや波浪の影響等のある計測環境は厳しく、表示
目盛のような細かい情報を毎回、画像認識することは困
難である。
FIG. 17 shows such a geometric relationship.
That is, the water surface boundary 7 of the inclined plate 4 is obtained by image analysis of the water surface reflection image 4 ′ and the like, and the water surface boundary 8 of the water mark 3 is obtained from the geometric relationship with the inclined plate 4. One side 3 of the water mark 3
A water surface boundary 8 of -3 is thus obtained. Watermark 3
When the water surface boundary 8 is determined, characters and scales near the boundary 8 can be image-recognized to read the water level. However, since the length of the water mark is as long as 20 m, the minimum scale of the water mark is about 10 cm, which is insufficient in accuracy. Also, even if the minimum scale of the water mark is sufficient in accuracy, the measurement environment with the influence of dirt and waves is severe, and it is difficult to recognize detailed information such as display scale every time. .

【0006】そこで、上記発明では、システム立ち上げ
時に画像座標系を決定するための基準点を量水標画像上
に設定している。すなわち、量水標側辺3−3上に基準
点5,6を設定して、世界座標系及び画像座標系間の変
換式を求めておき、水面境界8の水位を目盛によらず
に、画像上の基準点5,6の1つまたは2つから補間し
て、地上換算の実水位を求めている。なお、システム立
ち上げ時の基準点は、画面上すべての目盛を細かくシス
テムに教え込めれば理想的である。しかし、シーンの数
が多く作業が大変であり、プログラムも複雑になる。実
用上は、シーン毎に2個の基準点をシステムに教え込む
方法が採用されている。
Therefore, in the above invention, a reference point for determining the image coordinate system at the time of starting the system is set on the water mark image. That is, the reference points 5 and 6 are set on the side of the water mark 3-3, the conversion formula between the world coordinate system and the image coordinate system is obtained, and the water level of the water surface boundary 8 is determined regardless of the scale. Interpolation is performed from one or two of the reference points 5 and 6 on the image to obtain the actual water level converted to ground. It is to be noted that the reference point at the start of the system is ideal if all the scales on the screen can be finely taught to the system. However, the number of scenes is large and the work is difficult, and the program becomes complicated. In practice, a method is employed in which two reference points are taught to the system for each scene.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記の画像処理で水位
を計測する方法は、精密機器を流水近くに設置すること
なく遠方から計測できるので、保守管理に大変都合がよ
く、既にダム等の多数のサイトに適用されている。しか
し、要求される計測水位の精度(計測最小目盛:1c
m)を達成する上で、次のように計測対象物やカメラの
設置条件により生じる問題点がある。
The method of measuring the water level by the above-mentioned image processing can be measured from a distance without installing a precision instrument near the running water, which is very convenient for maintenance and maintenance. Has been applied to the site. However, the required accuracy of the measured water level (minimum measurement scale: 1c
In order to achieve m), there is a problem caused by the measurement target and the installation conditions of the camera as follows.

【0008】カメラ視野は小さいほど解像度がよい反
面、水位の変動に対してカメラを制御する頻度が多くな
る欠点を持つ。計測要求精度から、適正なカメラシーン
は実用上2〜4m程度であり、画像解像度は0.5〜1
cm程度である。また、量水標に表示される最小目盛は
遠方から目視で識別できる必要があり、ダム等に設置の
量水標の最小表示目盛メモリは10cm程度となる。
The smaller the camera field of view is, the better the resolution is, but on the other hand, there is a disadvantage that the frequency of controlling the camera with respect to the fluctuation of the water level increases. From the required measurement accuracy, an appropriate camera scene is practically about 2 to 4 m, and the image resolution is 0.5 to 1
cm. Also, the minimum scale displayed on the water mark needs to be visually identifiable from a distance, and the minimum display scale memory of the water mark installed in a dam or the like is about 10 cm.

【0009】一方、ダム等の水位計測では、水位計測範
囲が20mを越える場合が多く、例えば量水標は垂直な
ダム上流側のコンクリート壁に据え付けられ、その対岸
にカメラを設置することになる。このような場合に、カ
メラ視線は水平面に対して概ね10〜40度になる。つ
まり、カメラ視線と量水標を含む平面は垂直ではなく、
傾斜した状態に設置される。従って、量水標を含む面
(この座標系を世界座標系と称呼し、ζ0で表記する)
と、カメラ撮像面(この撮像面の画像情報を画像メモリ
上に展開したものを画像座標系と呼称し、ζgで表記す
る)とは、平行ではない。
On the other hand, in measuring the water level of a dam or the like, the water level measurement range often exceeds 20 m. For example, a water mark is installed on a vertical concrete wall upstream of the dam, and a camera is installed on the opposite bank. . In such a case, the camera line of sight is approximately 10 to 40 degrees with respect to the horizontal plane. In other words, the plane containing the camera line of sight and the water mark is not vertical,
It is installed in an inclined state. Therefore, the surface including the water mark (this coordinate system is referred to as the world coordinate system and is represented by $ 0)
Is not parallel to the camera imaging surface (the image information of this imaging surface developed on the image memory is referred to as an image coordinate system and is denoted by Δg).

【0010】カメラ画像で水面位置を検知し地上の水位
を得るためには、世界座標系ζ0と画像座標系ζg間の
座標変換が必要になる。2つの座標間の関係式を得るた
めに、予め、上述のようにシステム立ち上げ時に、量水
標画像上に2つの基準点を設定し、2つの基準点の画像
座標系位置と世界座標系位置を計測して、両座標間の変
換式を得ている。この場合、上記の従来技術では、2つ
の座標系を平行であると仮定して両座標系の返還式(線
形)を得ていた。もし、平行でないとすると、非線形の
関係式となり、水位計測装置に複雑な関係式を組み込む
ことになり、実用的でないためである。
In order to detect a water surface position from a camera image and obtain a water level on the ground, coordinate conversion between the world coordinate system # 0 and the image coordinate system #g is required. In order to obtain a relational expression between two coordinates, two reference points are set in advance on the water mark image at the time of system startup as described above, and the image coordinate system positions of the two reference points and the world coordinate system are set. The position is measured, and the conversion formula between the two coordinates is obtained. In this case, in the above-described related art, the return expression (linear) of both coordinate systems is obtained assuming that the two coordinate systems are parallel. If they are not parallel, a non-linear relational expression will result, and a complicated relational expression will be incorporated into the water level measuring device, which is not practical.

【0011】しかし、実際の両座標面は傾斜しているた
め、線形の変換式を使用した場合には、2個の基準点以
外では変換による誤差を生じ、ダムのようにカメラ視線
が水平面に対して20度以上傾斜する場合には、1cm
を越える誤差となって、計測精度を満足できないことが
判明した。
However, since the actual two coordinate planes are inclined, when a linear conversion equation is used, an error due to the conversion occurs at positions other than the two reference points, and the camera's line of sight is on a horizontal plane like a dam. 1cm when inclined more than 20 degrees
It was found that the measurement accuracy was not satisfactory.

【0012】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を克服し、被計側面とカメラ撮像面が傾斜していても
精度良く計測できる水位計測方法及びシステムを提供す
ることにある。
It is an object of the present invention to provide a water level measuring method and system capable of overcoming the above-mentioned problems of the prior art and capable of measuring accurately even when the side surface to be measured and the camera imaging surface are inclined.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明は、水位の計測位置に設置された量水標の画像をカメ
ラで取り込み、画像処理によって検出した水面との境界
位置を画像の量水標目盛に対応づけて画像上の水位を求
め、さらに画像座標系から世界座標系へ座標変換して地
上の水位(標高)を算出する水位計測方法において、前
記量水標の表面とカメラ撮像面が平行でないために生ず
る計測誤差を、カメラ傾斜角の変わる量水標計測部のカ
メラシーン毎に補正することを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention captures an image of a water mark installed at a water level measurement position with a camera, and determines the boundary position between the water surface detected by image processing and the image. In a water level measuring method for calculating a water level on an image in association with a water mark and calculating a water level (elevation) on the ground by performing coordinate conversion from an image coordinate system to a world coordinate system, Measurement errors caused by non-parallel surfaces are corrected for each camera scene of the water mark measurement unit where the camera tilt angle changes.

【0014】また、予めカメラシーン毎に画像の量水標
上に2つ以上の基準点を設定するとともに前記量水標目
盛に対応づけた各基準点の値を記憶し、少なくとも1つ
の基準点の値から前記境界位置の水位を補間して求め
る。これにより、目盛の汚れや粗い目盛サイズの場合に
も計測精度を向上できる。
In addition, two or more reference points are set in advance on the water mark of the image for each camera scene, and the values of the respective reference points associated with the water mark are stored, and at least one reference point is stored. Is obtained by interpolating the water level at the boundary position. As a result, the measurement accuracy can be improved even when the scale is dirty or the scale is coarse.

【0015】また、予め前記基準点での計測誤差が最小
(0)となる関係に、画像座標上の計測誤差を示す補正
データを求めて記憶し、前記画像上の水位から前記地上
の水位を換算する際に、前記補正データを参照して補正
することを特徴とする。これにより、オンラインでの複
雑な計算処理が回避され、高速に水位補正ができる。
Further, correction data indicating the measurement error on the image coordinates is obtained and stored in advance so that the measurement error at the reference point is minimized (0), and the water level on the ground is calculated from the water level on the image. At the time of conversion, correction is performed with reference to the correction data. Thereby, complicated calculation processing online can be avoided, and the water level can be corrected at high speed.

【0016】本発明の方法を適用する水位計測システム
は、水位の計測位置に設置された量水標と、量水標の画
像を遠方から取り込むカメラと、画像の表示装置と、取
り込んだ画像の画像処理や水位計測処理を行う水位計測
装置と、カメラ姿勢を制御するカメラ制御装置を備える
水位計測システムにおいて、前記水位計測装置は、前記
カメラ制御装置により可変される量水標計測部のカメラ
シーン毎に、少なくとも2つの基準点を設定する基準水
位設定機能と、画像座標系の水位を世界座標系の地上の
水位(標高)に変換するときにカメラ傾斜角に応じて生
じる計測誤差を補正する水位補正データ作成機能と、取
り込み画像を画像処理して水面との境界位置を検知し、
この境界位置から前記基準点を使用して画像上の水位を
求め、さらに、この画像上の水位を地上の水位(標高)
に変換する際に前記水位補正データ作成機能による補正
データを用いて補正を行う水位計測機能を設けたことを
特徴とする。
A water level measurement system to which the method of the present invention is applied includes a water mark installed at a water level measurement position, a camera for capturing an image of the water mark from a distance, an image display device, and an image display device. In a water level measurement system that includes a water level measurement device that performs image processing and a water level measurement process, and a camera control device that controls a camera attitude, the water level measurement device includes a camera scene of a water mark measurement unit that is changed by the camera control device. A reference water level setting function for setting at least two reference points for each time, and correcting a measurement error generated according to a camera tilt angle when converting a water level in an image coordinate system into a water level (elevation) on the ground in a world coordinate system. Water level correction data creation function and image processing of the captured image to detect the boundary position with the water surface,
From this boundary position, the water level on the image is obtained using the reference point, and the water level on this image is calculated as the water level on the ground (elevation).
A water level measurement function is provided for performing correction using the correction data by the water level correction data creation function when converting to the water level.

【0017】本発明の作用を説明する。本発明では、カ
メラと量水標との幾何学的な位置関係の情報を入力し、
カメラ画像上で計測した水位の誤差量を上記幾何学関係
から計算する。この誤差量を補正データとして、世界座
標系に変換された水位計測結果に対して補正を行う。こ
れにより、カメラ撮像面と量水標の表面(被計測面)が
平行でない、つまりカメラの視線が傾斜していても精度
の良い水位計測が可能になる。
The operation of the present invention will be described. In the present invention, input information of the geometrical positional relationship between the camera and the water mark,
The error amount of the water level measured on the camera image is calculated from the above geometrical relationship. This error amount is used as correction data to correct the water level measurement result converted into the world coordinate system. This enables accurate water level measurement even when the camera imaging surface and the surface of the water mark (measurement surface) are not parallel, that is, even when the camera's line of sight is inclined.

【0018】この補正は、一般には非線形の複雑な計算
となる。しかし、計測シーン毎の量水標画像上に基準点
を設定し、この基準点から画像、水位を求める方式で
は、この補正データを基準点に対応づけてシステム立ち
上げ時に求めておくことができ、オンラインの水位計測
時に補正データを読み出しするのみで補正が可能にな
る。従って、水位計測のアルゴリズムは従来と同様、簡
単な線形の座標変換式を用いることができる。これによ
り、高速での精度のよい水位計算が可能になり、ダム等
のようにカメラ傾斜角の大きなサイトでのカメラ設置の
余裕度が高まる。
This correction is generally a nonlinear and complicated calculation. However, in a method in which a reference point is set on the water mark image for each measurement scene and the image and water level are obtained from this reference point, this correction data can be obtained in association with the reference point at system startup. The correction can be performed only by reading the correction data at the time of online water level measurement. Therefore, a simple linear coordinate transformation equation can be used for the algorithm of the water level measurement as in the prior art. As a result, high-precision water level calculation can be performed at high speed, and the margin of camera installation at a site having a large camera inclination angle, such as a dam, is increased.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本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。図1は、本発明
を適用したダムの水位計測システムの一例を示してい
る。本システムは水位計測装置本体1と、TVカメラ等
による映像入力装置2と、撮像対象物である量水標3、
傾斜板4の組からなる水位標識設備と、カメラ制御装置
5とで構成されている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an example of a dam water level measurement system to which the present invention is applied. This system includes a water level measuring device main body 1, a video input device 2 such as a TV camera, and a water mark 3, which is an imaging target.
It comprises a water level marking facility consisting of a set of inclined plates 4 and a camera control device 5.

【0020】ダムの貯水池の水面51を自動的に計測す
るために、カメラ2からの画像を画像処理装置1に取込
み画像解析して水位を得る。ダムの上流壁50は、ここ
では水面51に垂直な面であり、量水標3が設置されて
いる。量水標3は、目視によりダムの水面を観測するた
めに従来から使用されている設備で、ダムの水位と地上
の基準点との相対水位を規定する。水面の位置を画像処
理で認識しやすくするために傾斜板4が設置されてい
る。本発明では、量水標3上の水面位置の読み取り対象
となるので、傾斜板4は必須の構成とはならない。
In order to automatically measure the water surface 51 of the dam reservoir, an image from the camera 2 is taken into the image processing device 1 and image analysis is performed to obtain a water level. The upstream wall 50 of the dam is a plane perpendicular to the water surface 51 here, and the water mark 3 is installed. The water mark 3 is equipment conventionally used for visually observing the water surface of the dam, and defines the relative water level between the water level of the dam and a reference point on the ground. An inclined plate 4 is provided to make it easy to recognize the position of the water surface by image processing. In the present invention, since the water surface position on the water mark 3 is to be read, the inclined plate 4 is not an essential component.

【0021】カメラ2は量水標3をなるべく真正面から
見える対岸に設置される。通常は、ダム管理棟の屋上等
に設置されるので、対岸のダムの最上部よりさらに10
m〜20m程度高い位置となる。カメラ2と量水標3と
の距離は50m〜100m程度である。計測対象部分で
あるダムの深さは、ダムの規模にもよるが、10m〜6
0m程度である。カメラ視野は大きいほど、一つのシー
ンで広い範囲の水位に対応できるので、水位変動による
カメラの制御頻度が少なくなる。しかし、画像の解像度
が低下するので計測精度上は不利になるので、カメラシ
ーンの大きさは精度からの限界があり、実用的には2m
〜4m程度である。いま、計測水深範囲を10m〜60
m、視野を4mとすると、カメラ制御装置5は水位変動
に合わせてカメラ姿勢を制御し、水位計測に必要な複数
のカメラシーン23を取り込む。
The camera 2 is installed on the opposite shore where the water mark 3 is seen from the front as much as possible. Usually, it is installed on the roof of the dam management building, so it is 10m more than the top of the dam on the opposite bank.
It is a position higher by about m to 20 m. The distance between the camera 2 and the water mark 3 is about 50 m to 100 m. The depth of the dam, which is the part to be measured, depends on the size of the dam, but is between 10 m and 6 m.
It is about 0 m. The larger the field of view of the camera, the wider the water level in one scene can be handled, so the frequency of camera control due to the fluctuation of the water level is reduced. However, since the resolution of the image is reduced and the measurement accuracy is disadvantageous, the size of the camera scene has a limit from the accuracy, and is practically 2 m.
About 4 m. Now, the measurement depth range is 10m-60.
Assuming that m and the field of view are 4 m, the camera control device 5 controls the camera attitude according to the water level fluctuation, and captures a plurality of camera scenes 23 necessary for water level measurement.

【0022】ここで、カメラ視線102と被計測面(量
水標3)の幾何学的関係を説明する。カメラ視線傾斜角
θは、カメラ2と被計測面までの距離を100m、水深
を30mと仮定すると、数1によって概略値を求めるこ
とできる。
Here, the geometric relationship between the camera line of sight 102 and the surface to be measured (water mark 3) will be described. Assuming that the distance between the camera 2 and the surface to be measured is 100 m and the water depth is 30 m, an approximate value of the camera viewing angle θ can be obtained by Expression 1.

【0023】[0023]

【数1】 θ=tan~1((Y1+Y2)/X0) =tan~1((30+15)/100)=24° 但し、Y1:計測水深、Y2:ダム上面からカメラ取付
高さ(Y2=15mと仮定)、X0:カメラとダム壁ま
での水平距離である。
Θ = tan ~ 1 ((Y1 + Y2) / X0) = tan ~ 1 ((30 + 15) / 100) = 24 ° where Y1: measured water depth, Y2: camera mounting height from the dam upper surface (Y2 = 15 m) X0: horizontal distance between the camera and the dam wall.

【0024】このように、水位計測用のカメラ2が斜め
下方に向けて設置され、水位変化により傾斜角θを調整
しながら使用する。従って、カメラ撮像面(ζg座標
面)と被計測面(量水標3を含む面、ζ0座標面)とは
平行にならず、傾斜角θはカメラ制御により変化する。
このため、画像による水位計測では、カメラ画像上(ζ
g座標面)で計測した水面位置を被計測平面(ζ0座標
面)上に座標変換することになるが、2つの座標系が平
行でないため、非線形の座標変換式となる。
As described above, the camera 2 for measuring the water level is installed obliquely downward, and is used while adjusting the inclination angle θ by changing the water level. Therefore, the camera imaging plane (ζg coordinate plane) and the measured plane (the plane including the water mark 3 and the ζ0 coordinate plane) are not parallel to each other, and the tilt angle θ is changed by camera control.
For this reason, in water level measurement using images, camera images (ζ
The water surface position measured on the (g coordinate plane) is subjected to coordinate conversion on the plane to be measured (ζ0 coordinate plane). However, since the two coordinate systems are not parallel, a non-linear coordinate conversion formula is obtained.

【0025】図2は、一実施例による水位計測装置本体
の構成を示し、CPU6、主メモリ7、バス8、画像処
理プロセッサ9、画像メモリ10からなる。画像専用プ
ロセッサ9はカメラ2からの映像を取込み画像処理を行
う。画像メモリ10はカメラ2からの生画像や画像処理
結果画像を記憶する。画像処理結果は映像表示手段12
に表示される。CPU6は画像処理結果から水位計測処
理ソフトを実行する機能を持ち、また計測水位に応じた
カメラの姿勢制御をカメラ制御装置5に指示する。さら
に、マンマシンインターフェース53からの入力によ
り、基準点の設定などを行う。
FIG. 2 shows the configuration of the water level measuring device main body according to one embodiment, which comprises a CPU 6, a main memory 7, a bus 8, an image processor 9, and an image memory 10. The image dedicated processor 9 takes in the image from the camera 2 and performs image processing. The image memory 10 stores a raw image from the camera 2 and an image processing result image. The image processing result is displayed on the video display unit 12.
Will be displayed. The CPU 6 has a function of executing water level measurement processing software based on the image processing result, and instructs the camera control device 5 to control the attitude of the camera according to the measured water level. Further, a reference point is set based on an input from the man-machine interface 53.

【0026】図3(図1)は、本発明の一実施例による
水位計測機能のソフトウエア構成を示す。本ソフトウエ
アは、主メモリ7上に記憶されていて、実行時にCPU
6に転送して実行される。本ソフト機能は、大きく分け
て基準水位設定機能13、水位計測機能14及び水位補
正データ作成手段11から構成されている。
FIG. 3 (FIG. 1) shows the software configuration of the water level measuring function according to one embodiment of the present invention. This software is stored on the main memory 7 and has a CPU
6 and executed. This software function is roughly divided into a reference water level setting function 13, a water level measurement function 14, and a water level correction data creating means 11.

【0027】基準水位設定機能13は第1の基準点の設
定手段15、第2の基準点の設定手段16、距離変換係
数計算手段17から構成されている。水位計測機能14
は、オンラインでの水位計測処理機能であり、カメラ画
像取込手段18、水面検知手段19、水位補正手段2
0、水位計算手段21等から構成され、詳細は図14を
使用して後述する。
The reference water level setting function 13 comprises a first reference point setting means 15, a second reference point setting means 16, and a distance conversion coefficient calculation means 17. Water level measurement function 14
Is an online water level measurement processing function. The camera image capturing means 18, the water level detecting means 19, the water level correcting means 2
0, a water level calculation means 21 and the like, details of which will be described later with reference to FIG.

【0028】図4に、基準水位設定機能13と水位補正
データ作成手段による処理手順の流れを示す。この処理
は、システム立ち上げ時に1回だけ実行するオフライン
処理である。まず、カメラ2と量水標3の幾何学的位置
情報が入力される(ステップA)。
FIG. 4 shows a flow of a processing procedure by the reference water level setting function 13 and the water level correction data creating means. This process is an offline process that is executed only once when the system is started. First, geometric position information of the camera 2 and the water mark 3 is input (step A).

【0029】図6は、カメラシーンとカメラの幾何学的
な関係を示す説明図である。カメラ2と対象物までの水
平距離X0、カメラ2と地上の基準点の標高レベル22
との標高差Y0、第1の基準点26と地上の基準点の標
高レベル22との標高差H1、第2の基準点27と地上
の基準点の標高レベル22との標高差H2等により、カ
メラシーン23とカメラ2の幾何学的関係が記述でき
る。このような幾何学的なデータがあらかじめ計測され
ていて、初期処理として入力される。図7は、上述の幾
何学的な関係のデータ構成を示すテーブルである。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the geometric relationship between the camera scene and the camera. Horizontal distance X0 between camera 2 and target, elevation level 22 between camera 2 and ground reference point
, The elevation difference H1 between the first reference point 26 and the elevation level 22 of the ground reference point, the elevation difference H2 between the second reference point 27 and the elevation level 22 of the ground reference point, and the like. The geometric relationship between the camera scene 23 and the camera 2 can be described. Such geometric data is measured in advance and is input as initial processing. FIG. 7 is a table showing a data configuration of the above-described geometric relationship.

【0030】次にカメラを対象シーンに合わせる処理を
実施する(ステップB)。図8及び図9に、量水標3と
カメラシーン23、及びその中心座標の関係を示す。シ
ーン番号毎に、カメラ中心位置を標高値で予め定義して
おくためには、図8に示すように、予め量水標3の全長
をカバーできるn個のカメラシーンを定義し、各カメラ
シーンにシーン番号を付与しておく。また、図9に示す
ように、各シーン番号毎にシーン中心点の標高値をテー
ブルに設定しておき、例えば、図8のカメラシーン中心
の位置YCが設定位置になるようにカメラ向きを調整す
る。この操作は、オペレータが画面を見ながらカメラ姿
勢を操作して行う。カメラ位置の調整を完了すると、こ
のカメラ姿勢情報はプリセット情報として登録される。
プリセット番号は、シーン番号と関係させて記憶され
る。
Next, a process for adjusting the camera to the target scene is performed (step B). 8 and 9 show the relationship between the water mark 3, the camera scene 23, and the center coordinates thereof. In order to predefine the camera center position by the elevation value for each scene number, as shown in FIG. 8, n camera scenes that can cover the entire length of the water mark 3 are defined in advance, and each camera scene is defined. Is assigned a scene number. Also, as shown in FIG. 9, the elevation value of the scene center point is set in a table for each scene number, and for example, the camera direction is adjusted so that the camera scene center position YC in FIG. 8 becomes the set position. I do. This operation is performed by the operator operating the camera posture while watching the screen. When the adjustment of the camera position is completed, the camera posture information is registered as preset information.
The preset number is stored in association with the scene number.

【0031】カメラシーンの設定を終わると、カメラ画
像を画像メモリに取り込みモニタ画面に表示する(ステ
ップD)。オペレータは、モニタ画面を見ながら、マン
マシンインターフェース53を操作して、第1の基準点
を画面上で決定する(ステップE)。量水標3の目盛の
適当な位置にあるものを第1の基準点26として特定す
るとよい。すなわち、量水標3の適当な目盛をカーソル
等で指示することにより、その画像座標系ζg上の座標
値を取り込ませ、その基準点位置として量水標3の目盛
から目視により読みとった値を入力する。このようにし
て、第1の基準点に関する画像上(座標系ζg)の位置
と、世界座標系(座標系ζ0)での位置の関係が入力さ
れたことになる。
After setting the camera scene, the camera image is taken into the image memory and displayed on the monitor screen (step D). The operator operates the man-machine interface 53 while watching the monitor screen to determine the first reference point on the screen (Step E). What is at an appropriate position on the scale of the water mark 3 may be specified as the first reference point 26. That is, by instructing an appropriate scale of the water mark 3 with a cursor or the like, the coordinate value on the image coordinate system ζg is taken in, and the value visually read from the scale of the water mark 3 as the reference point position is set. input. In this way, the relationship between the position of the first reference point on the image (coordinate system #g) and the position in the world coordinate system (coordinate system # 0) is input.

【0032】次に第2の基準点27に関する入力を行
う。操作は、第1の基準点の場合と同様である(ステッ
プF)。そして、2つの基準点の世界座標系(座標系ζ
0)での実距離と画像上の画像座標系(座標系ζ0)で
の距離(画素数)を計算し(ステップG)、計算結果か
ら、世界座標系(座標系ζ0)と画像座標系(座標系ζ
g)間の距離変換係数εを、数2により求める(ステッ
プH)。
Next, an input relating to the second reference point 27 is made. The operation is the same as that for the first reference point (step F). Then, the world coordinate system of the two reference points (coordinate system 基準
0) and the distance (the number of pixels) in the image coordinate system (coordinate system # 0) on the image (step G), and from the calculation result, the world coordinate system (coordinate system # 0) and the image coordinate system ( Coordinate system ζ
The distance conversion coefficient ε between g) is obtained by Expression 2 (Step H).

【0033】[0033]

【数2】距離変換係数ε=DIST/dist 但し、DIST:世界座標系ζ0上の2つの基準点間の
距離、dist:画像座標系ζg上の2つの基準点間の
距離。
## EQU2 ## DIST: distance between two reference points on world coordinate system ζ0, dist: distance between two reference points on image coordinate system ζg.

【0034】以上の入力値や計算結果を図7、図9のデ
ータテーブルのように記憶する(ステップJ〜ステップ
K)。更に、水位計測誤差補正データを作成しシーン毎
に記憶する(ステップL)。水位計測誤差補正データ作
成の処理については、後で図5を使用して、詳細に説明
する。
The above input values and calculation results are stored as in the data tables of FIGS. 7 and 9 (steps J to K). Further, water level measurement error correction data is created and stored for each scene (step L). The process of creating the water level measurement error correction data will be described later in detail with reference to FIG.

【0035】1つのシーンの初期処理は以上により終了
する。次のシーン処理についても同様に行い、すべての
シーンが終了したと判定されるまで(ステップC)、上
記の一連の処理を繰り返す。なお、全てのシーンの処理
を、一度に実行できないときもある。その場合は、適当
な時期に分割して実行してもよい。例えば、ダムの貯水
量の関係で処理できなかったシーンについては、処理可
能な水位となった時期に行えばよい。
The initial processing of one scene is completed as described above. The same is applied to the next scene processing, and the above series of processing is repeated until it is determined that all scenes have been completed (step C). In some cases, processing of all scenes cannot be performed at once. In that case, the program may be divided and executed at an appropriate time. For example, a scene that could not be processed due to the relationship between the amount of water stored in the dam may be performed at a time when the water level at which the water can be processed is reached.

【0036】図10は、ソフト処理を説明するために必
要な中間の座標系を定義してある。100は量水標3を
含む面(座標系ζ0)、101はカメラ視線と垂直面ζ
0の交点Oとカメラ中心Cを通る垂直面上の法線、10
2はカメラ視線(直線CO)、103はζ0座標系の縦
軸、105は任意の水面位置(量水標の表面、すなわち
ζ0座標系上)である。110はカメラの前方に仮定し
た座標系(以後、座標系ζ2と呼称する)で、カメラ撮
像面(座標系ζg)上に結ぶ画像と同じ像をこの面上に
結ぶ座標系を仮定したもので、カメラ視線102に垂直
な面である。111はζ2座標系における縦軸、112
はカメラ中心Cと水面位置105を結ぶ線と面110の
交点、113はカメラ中心Cと第1の基準点26を結ぶ
線と座標系ζ2をなす面110の交点、114はカメラ
中心Cと第2の基準点26を結ぶ線と座標系ζ2をなす
面110の交点(ζ2座標系)である。
FIG. 10 defines an intermediate coordinate system necessary for explaining the software processing. 100 is a plane including the water mark 3 (coordinate system # 0), 101 is a plane perpendicular to the camera's line of sight.
Normal to the vertical plane passing through the intersection O of 0 and the camera center C, 10
2 is a camera line of sight (straight line CO), 103 is the vertical axis of the ζ0 coordinate system, and 105 is an arbitrary water surface position (the surface of the water mark, ie, on the ζ0 coordinate system). Reference numeral 110 denotes a coordinate system assumed in front of the camera (hereinafter, referred to as a coordinate system # 2), which assumes a coordinate system connecting the same image formed on the camera imaging plane (coordinate system #g) to this plane. , A plane perpendicular to the camera line of sight 102. 111 is the vertical axis in the ζ2 coordinate system, 112
Is the intersection between the line connecting the camera center C and the water surface position 105 and the plane 110, 113 is the intersection between the line connecting the camera center C and the first reference point 26 and the plane 110 forming the coordinate system ζ2, 114 is the camera center C and the This is the intersection (線 2 coordinate system) of the line connecting the two reference points 26 and the plane 110 forming the coordinate system ζ2.

【0037】量水標3を含む面100(座標系ζ0)と
視線101は交点Oで交差する。交点Oにおける面10
0の法線101は水平である。法線101と視線102
は角度θで交差している。点Oを通り視線に垂直な面を
仮定して面120(座標系ζ1)とする。平面100
(座標ζ0)上には、第1の基準点26、第2の基準点
27、任意の点Aをとってある。カメラ中心点Cと第1
の基準点26を結ぶ線分と面120(座標系ζ1)の交
点を123とする。また、点Cと第2の基準点27を結
ぶ線分または延長線と面120(座標系ζ1)の交点を
124とする。更に、点Cと任意の点Aとを結ぶ線分ま
たは延長線と面120(座標系ζ1)の交点Bで交わ
る。
The plane 100 (coordinate system # 0) including the water mark 3 intersects with the line of sight 101 at the intersection O. Surface 10 at intersection O
The normal 101 of 0 is horizontal. Normal line 101 and line of sight 102
Intersect at an angle θ. A plane passing through the point O and perpendicular to the line of sight is assumed to be a plane 120 (coordinate system # 1). Plane 100
A first reference point 26, a second reference point 27, and an arbitrary point A are set on (coordinate ζ0). Camera center point C and first
The intersection between the line segment connecting the reference points 26 and the plane 120 (coordinate system # 1) is 123. In addition, the intersection between the line segment or the extension line connecting the point C and the second reference point 27 and the surface 120 (coordinate system # 1) is defined as 124. Furthermore, the line intersects with a line segment or an extended line connecting the point C and an arbitrary point A at an intersection B of the surface 120 (coordinate system # 1).

【0038】カーソルを第1の基準点26の画像上に合
わせ、その位置を画像処理し、座標系ζ2上の位置11
3として求める。点113は、点Cと点26を結ぶ線分
と面110(座標系ζ2)の交点である。面110(座
標系ζ2)と面120(座標系ζ1)は、共に視線10
2に垂直にとった面であり、平行である。点113(座
標系ζ2上)に対応する点を座標系ζ1上に点123を
とることができる。
The cursor is positioned on the image of the first reference point 26, and the position thereof is image-processed to obtain the position 11 on the coordinate system # 2.
Calculate as 3. Point 113 is the intersection of the line segment connecting point C and point 26 and surface 110 (coordinate system # 2). The plane 110 (coordinate system # 2) and the plane 120 (coordinate system # 1) are both
2 is a plane perpendicular to and parallel to 2. A point corresponding to the point 113 (on the coordinate system # 2) can be set as a point 123 on the coordinate system # 1.

【0039】第2の基準点に関しても同様に、面100
上(座標系ζ0)の点27、面110上(座標系ζ2)
の点114、面120上(座標系ζ1)の点124を定
義できる。さらに、面100上(座標系ζ0)の任意の
点A、面110上(座標系ζ2)の点115、面120
上(座標系ζ1)の点B125を定義できる。
Similarly, with respect to the second reference point,
Point 27 on the top (coordinate system $ 0), on surface 110 (coordinate system $ 2)
, And a point 124 on the surface 120 (coordinate system # 1) can be defined. Further, an arbitrary point A on the surface 100 (coordinate system # 0), a point 115 on the surface 110 (coordinate system # 2), and a surface 120
An upper point (coordinate system # 1) B125 can be defined.

【0040】以上の関係を使用して、補正データの作成
手順(図4のステップL)について説明する。図5は水
位誤差補正データ作成処理の流れを示す。まず、カメラ
とカメラシーンの幾何学的な関連データを取り込む(ス
テップL10)。関連データとしては、例えばカメラと
対象物間の水平距離X0、地上の基準点とカメラとの標
高差Y0、地上の基準点とカメラシーン中心との標高差
Yc、地上の基準点と第1の基準点との標高差H1、地
上の基準点と第2の基準点との標高差H2があり、シー
ン毎に変化するものと変化しないものがある。
The procedure for creating correction data (step L in FIG. 4) will be described using the above relationships. FIG. 5 shows the flow of the water level error correction data creation process. First, geometrically related data of a camera and a camera scene are fetched (step L10). The relevant data includes, for example, the horizontal distance X0 between the camera and the object, the elevation difference Y0 between the reference point on the ground and the camera, the elevation difference Yc between the reference point on the ground and the center of the camera scene, the reference point on the ground and the first There is an altitude difference H1 from the reference point, and an altitude difference H2 between the ground reference point and the second reference point, and there are those that change for each scene and those that do not change.

【0041】次に、第1の基準点の世界座標系(座標系
ζ0)での位置26を画面から決定する。すなわち、カ
ーソルを第1の基準点に選択した目盛上に設定し、この
際、第1の基準点26に選んだ量水標の目盛を読み取り
値を入力し、座標系ζ0上の位置26として記憶する
(ステップL20)。そして、画像目盛上のカーソル位
置を計測し、第1の基準点の画像上(座標系ζg又は、
座標系ζ2)の位置113を得る(ステップL30)。
第2の基準点についても同様にして、第2の基準点の座
標系ζ0上位置27と画像上(座標系ζg又は、座標系
ζ2)上の位置114を得る(ステップL40、ステッ
プL50)。なお、座標系ζ1上の2個の基準点位置で
ある123,と124は、座標系ζ2と座標系ζ1間の
距離変換係数εを使用した座標変換により容易に得られ
る。
Next, the position 26 of the first reference point in the world coordinate system (coordinate system # 0) is determined from the screen. That is, the cursor is set on the scale selected as the first reference point, and at this time, the scale of the water mark selected at the first reference point 26 is input as a read value, and is set as the position 26 on the coordinate system # 0. It is stored (step L20). Then, the position of the cursor on the image scale is measured, and an image of the first reference point (coordinate system ζg or
The position 113 of the coordinate system # 2) is obtained (step L30).
Similarly, for the second reference point, the position 27 on the coordinate system # 0 and the position 114 on the image (the coordinate system #g or the coordinate system # 2) of the second reference point are obtained (steps L40 and L50). Note that the two reference point positions 123 and 124 on the coordinate system # 1 can be easily obtained by coordinate conversion using the distance conversion coefficient ε between the coordinate system # 2 and the coordinate system # 1.

【0042】このようにして得られた座標系ζ1上の2
点123と124を結ぶ直線を121とし、2点間をn
等分し、各座標を計算する。nは、間隔が概略1cmに
なるように決める。すなわち、2つの基準点間の距離が
1mのときn=100、2つの基準点間の距離が2mの
ときn=200、2つの基準点間の距離が3mのときn
=300とする。
The 2 on the coordinate system ζ1 thus obtained
A straight line connecting the points 123 and 124 is set to 121, and n between the two points is n.
Divide equally and calculate each coordinate. n is determined so that the interval is approximately 1 cm. That is, n = 100 when the distance between the two reference points is 1 m, n = 200 when the distance between the two reference points is 2 m, and n when the distance between the two reference points is 3 m
= 300.

【0043】2つの基準点は任意でよいが、通常は、メ
ートルの目盛を使用するので上記のようなnの決定方法
をとるのがよい。面120(座標系ζ1)上の得られた
座標データを、数3の配列Hに格納する(ステップL6
0)。ここでは、データは内分点についてのみ説明する
が、必要に応じて外分点についても計算してよい。
Although the two reference points may be arbitrary, it is usually preferable to use the above-described method for determining n since a graduation of meters is used. The obtained coordinate data on the surface 120 (coordinate system # 1) is stored in the array H of Expression 3 (step L6).
0). Here, the data will be described only for the inner dividing point, but the outer dividing point may be calculated as needed.

【0044】[0044]

【数3】HH0(i)= 点123の座標+i*Δ
(i=0,n) 但し、Δ=2点間距離(座標系ζ1上)/n 次に、面120上の各点(配列HH0)とカメラ中心C
を結び、面100との交点を求める(ステップL7
0)。交点の座標値(座標系ζ0上の座標値とする)を
配列GS(i=0,n)に格納する(ステップL7
0)。
HH0 (i) = coordinate of point 123 + i * Δ
(I = 0, n) where Δ = distance between two points (on coordinate system ζ1) / n Next, each point (array HH0) on the surface 120 and the camera center C
To obtain the intersection with the surface 100 (step L7).
0). The coordinate values of the intersection (coordinate values on the coordinate system # 0) are stored in the array GS (i = 0, n) (step L7).
0).

【0045】図11に、面100(座標系ζ0)とカメ
ラ中心Cから各等分割点を結ぶ線分との交点Aの計算方
法を示す。点Bを面120(座標系ζ1)上にとった等
分割点の一つとする。例えば、OB=HH0(i)とす
る。カメラ中心をCとすると、点Aは、カメラ中心Cと
面120上の点Bを結ぶ線と面100との交点であり、
OA=GSとなる。視線102と線AC間のなす角度δ
は、数4から計算する。
FIG. 11 shows a method of calculating an intersection A between the plane 100 (coordinate system # 0) and a line segment connecting the camera center C and each equally divided point. Let point B be one of the equally divided points on plane 120 (coordinate system # 1). For example, OB = HH0 (i). Assuming that the camera center is C, the point A is the intersection of the line connecting the camera center C and the point B on the surface 120 with the surface 100;
OA = GS. Angle δ between line of sight 102 and line AC
Is calculated from Equation 4.

【0046】[0046]

【数4】AS=AOcos(θ) OS=AOsin(θ) CS=OC−OS=SQRT(X02+Y02)−AOsi
n(θ) Tan(δ)=AS/CS=AOcos(θ)/(SQRT(X02
Y02)−AOsin(θ)) δ=Tan~1(AOcos(θ)/(SQRT(X02+Y02)−A
Osin(θ))) 水平距離X0、標高差Y0からOCが既知であり、上記
のAOとδの関係が得られる。これより、OB/OA関
係は数5のように導かれる。
[Number 4] AS = AOcos (θ) OS = AOsin (θ) CS = OC-OS = SQRT (X0 2 + Y0 2) -AOsi
n (θ) Tan (δ) = AS / CS = AOcos (θ) / (SQRT (X0 2 +
Y0 2) -AOsin (θ)) δ = Tan ~ 1 (AOcos (θ) / (SQRT (X0 2 + Y0 2) -A
Osin (θ))) The OC is known from the horizontal distance X0 and the altitude difference Y0, and the above relationship between AO and δ is obtained. Thus, the OB / OA relationship is derived as shown in Equation 5.

【0047】[0047]

【数5】OB=ST+OT OT=AOcos(θ) AT=AOsin(θ) BT=ATtan(δ)=AOsin(θ) tan(δ) OB=BT+OT=AOsin(θ) tan(δ)+AOcos(θ) OB/OA=HH0(i)/GS(i)=sin(θ) tan
(δ)+cos(θ) また、HH0(i)/GS(i)はθとδの関数として
数6に変換できる。
OB = ST + OT OT = AOcos (θ) AT = AOsin (θ) BT = ATtan (δ) = AOsin (θ) tan (δ) OB = BT + OT = AOsin (θ) tan (δ) + ACos (θ) OB / OA = HH0 (i) / GS (i) = sin (θ) tan
(δ) + cos (θ) Further, HH0 (i) / GS (i) can be converted into Equation 6 as a function of θ and δ.

【0048】[0048]

【数6】GS(i)=HH0(i)/(sin(θ) tan
(δ)+cos(θ)) これより、補正データHOSEIは数7のように求ま
る。
GS (i) = HH0 (i) / (sin (θ) tan
(δ) + cos (θ)) From this, the correction data HOSEI is obtained as shown in Expression 7.

【0049】[0049]

【数7】HOSEI(i)=GS(i)−HH0(i)
(i=0,n) 従って、水位計測の度に水位補正手段20が以上の計算
を行って、水位の補正を行うことも可能である。しか
し、これらの計算は複雑で処理に時間がかかるので、オ
ンラインの計測プログラムに組み込むことは余り好まし
いことではない。
HOSEI (i) = GS (i) -HH0 (i)
(I = 0, n) Therefore, every time the water level is measured, the water level correction means 20 can perform the above calculation to correct the water level. However, since these calculations are complicated and time-consuming, it is not preferable to incorporate them into an online measurement program.

【0050】ところで、HH0(i)は画像座標系の位
置情報であり、一方、GS(I)は世界座標系での正し
い位置座標を与える。従って、数7の補正データHOS
EI(i)は、画像座標系に位置の関数としてあらかじ
め求めることができる。
By the way, HH0 (i) is position information on the image coordinate system, while GS (I) gives correct position coordinates on the world coordinate system. Therefore, the correction data HOS of equation 7
EI (i) can be determined in advance as a function of position in the image coordinate system.

【0051】図12に画像座標系における原点からの座
標(Y座標の画素数)と補正データとの関係テーブル
を、図13に第1の基準点を基準にした特性カーブを示
す。この補正データHOSEI(i)は、あるサイトに
ついての実計算例であるが、図示のように2つの基準点
の位置で0となる。
FIG. 12 shows a relation table between the coordinates (the number of pixels of the Y coordinate) from the origin in the image coordinate system and correction data, and FIG. 13 shows a characteristic curve based on the first reference point. The correction data HOSEI (i) is an actual calculation example for a certain site, but becomes 0 at the positions of two reference points as shown in the figure.

【0052】以上のように、補正データは2つの基準点
を設定する際に予め計算できるので、本実施例では、必
要な幾何学的なデータを入力する際にシーン毎の補正デ
ータを算出して、図12のように補正データテーブルと
して記憶している。従って、オンラインの水位計測時に
は、水位補正データテーブルを読み出すだけでよく、複
雑な計算処理は全く必要なく、高精度の水位計算が高速
に実行できる。
As described above, since the correction data can be calculated in advance when setting two reference points, in this embodiment, the correction data for each scene is calculated when the necessary geometric data is input. And is stored as a correction data table as shown in FIG. Therefore, at the time of online water level measurement, it is only necessary to read the water level correction data table, no complicated calculation processing is required, and highly accurate water level calculation can be performed at high speed.

【0053】図14は、カメラ画像の一例を示す。表示
装置12上にカメラ画像31が表示される。画像原点4
1は通常左上端である。量水標3の画像32、傾斜板4
の画像33、第1の基準点の画像34、第2の基準点の
画像35等が表示される。第1の基準点の座標36(h
1)と第2の基準点の座標37(h2)は、それぞれ原
点41からの画素数である。
FIG. 14 shows an example of a camera image. The camera image 31 is displayed on the display device 12. Image origin 4
1 is usually the upper left corner. Watermark 3 image 32, inclined plate 4
, An image 34 of the first reference point, an image 35 of the second reference point, and the like. The coordinates 36 of the first reference point (h
1) and the coordinate 37 (h2) of the second reference point are the number of pixels from the origin 41, respectively.

【0054】図15に、水位計測のオンライン処理の流
れ図を示す。サンプリング周期でカメラ画像を取り込む
と(ステップa)、水面境界を画像処理等により検出し
(ステップb)、水面境界を量水標目盛での画像座標y
で得(ステップc)、さらに水面位置yを世界座標系に
変換し、水位を得る(ステップd)。
FIG. 15 shows a flowchart of the online processing of water level measurement. When a camera image is captured at a sampling cycle (step a), the water surface boundary is detected by image processing or the like (step b), and the water surface boundary is image coordinate y on the scale of the water mark.
(Step c), and the water surface position y is converted into a world coordinate system to obtain a water level (step d).

【0055】図16に水面位置の計測例を示す。量水標
3の像32、傾斜板4の像33、水面位置40(yで表
示してある)である。画像処理による水面位置40の検
出は、傾斜板4の実像と水面での屈折または反射による
虚像との交点から求めることができる。
FIG. 16 shows an example of measuring the water surface position. The image 32 of the water mark 3, the image 33 of the inclined plate 4, and the water surface position 40 (indicated by y). The detection of the water surface position 40 by the image processing can be obtained from the intersection of the real image of the inclined plate 4 and the virtual image due to refraction or reflection on the water surface.

【0056】次に、水位補正データテーブルを読み出し
て、ステップdで算出した水位を補正する(ステップ
e)。水位補正データが画像座標系の場合は、ステップ
dの前に補正が行われる。
Next, the water level correction data table is read out, and the water level calculated in step d is corrected (step e). If the water level correction data is in the image coordinate system, correction is performed before step d.

【0057】このように検出した処理結果を記憶また
は、転送する(ステップf)。水位の位置によりシーン
の更新の要否を判断して(ステップg)、更新要の時に
は、カメラ制御により別のシーンに変更する。以上の処
理を繰り返す。サンプリング周期は、通常2秒に1回程
度で十分であるが、必要に応じて任意に決められる。
The processing result thus detected is stored or transferred (step f). The necessity of updating the scene is determined based on the position of the water level (step g), and when the update is required, another scene is changed by camera control. The above processing is repeated. A sampling cycle of about once every two seconds is usually sufficient, but can be arbitrarily determined as needed.

【0058】以上のように、本実施例によればダム等の
サイトで量水標に対するカメラの傾斜角が大きく、世界
座標系における量水標と画像座標系における量水標画像
との幾何学的不平行による座標変換誤差が無視できなく
なる場合にも、カメラ画像から求めた水位に対し傾斜角
に応じて補正した正確な地上水位を計測することができ
る。
As described above, according to this embodiment, the inclination angle of the camera with respect to the water mark at a site such as a dam is large, and the geometrical relationship between the water mark in the world coordinate system and the water mark image in the image coordinate system is obtained. Even when the coordinate conversion error due to the target non-parallelism cannot be ignored, it is possible to measure an accurate ground water level corrected according to the inclination angle with respect to the water level obtained from the camera image.

【0059】さらに、本実施例の水位補正手段によれ
ば、システム立ち上げ時などに各シーンについて画像上
の基準点を設定する際に、画素位置に応じた補正値を求
めておくので、水位計測のオンライン処理では複雑な計
算を一切必要とせず、精度の高い水位を高速に検出する
ことができる。従って、カメラシーンが複数からなるよ
うなカメラと対象物が複雑なシステムにおいても、精度
の良い水位の計測が簡単に実現可能となった。
Further, according to the water level correcting means of this embodiment, when setting a reference point on an image for each scene at the time of starting up the system, a correction value corresponding to a pixel position is obtained. The online processing of the measurement does not require any complicated calculations and can detect the water level with high accuracy at high speed. Therefore, accurate measurement of the water level can be easily realized even in a system in which a camera and a target have a complicated structure including a plurality of camera scenes.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明によれば、量水標の画像を処理し
て水位を検出する場合に、画像座標系から世界座標系へ
の変換を、カメラ視線が量水標に対して傾斜角を持つ場
合の誤差を補正するので、カメラ設置位置条件の悪い場
合にも計測精度を損なうことがなく高精度の水位計測が
できる。これにより、ダムなどのサイトでカメラ設置条
件の緩和ができる。
According to the present invention, when the water level is detected by processing the image of the water mark, the conversion from the image coordinate system to the world coordinate system is performed by changing the line of sight of the camera with respect to the water mark. Since the error in the case of having is corrected, the water level can be measured with high accuracy without deteriorating the measurement accuracy even when the camera installation position condition is poor. As a result, camera installation conditions can be relaxed at sites such as dams.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用する水位計測システムの概略の説
明図。
FIG. 1 is a schematic explanatory diagram of a water level measurement system to which the present invention is applied.

【図2】本発明の一実施例による水位計測装置の構成
図。
FIG. 2 is a configuration diagram of a water level measuring device according to one embodiment of the present invention.

【図3】図2の水位計測装置が備える処理機能を示すブ
ロック図。
FIG. 3 is a block diagram showing processing functions of the water level measuring device of FIG. 2;

【図4】図3の処理機能のうち、オフライン処理(基準
水位設定処理、補正データ作成処理)を示す流れ図。
FIG. 4 is a flowchart showing off-line processing (reference water level setting processing, correction data creation processing) among the processing functions of FIG. 3;

【図5】水位誤差補正データ作成処理を示す流れ図。FIG. 5 is a flowchart showing water level error correction data creation processing.

【図6】カメラと水位計測被対象物との幾何学的な関係
を示す説明図。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a geometric relationship between a camera and a water level measurement target object.

【図7】基準水位設定処理時に設定する幾何学的関係デ
ータの内容を示す説明図。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the contents of geometrical relation data set during a reference water level setting process.

【図8】量水標目盛の範囲とカメラシーンの設定を示す
説明図。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a range of a water mark and a setting of a camera scene.

【図9】シーン番号とシーン中心標高値の対応テーブル
図。
FIG. 9 is a table showing correspondence between scene numbers and scene center elevation values.

【図10】カメラ視線の傾斜角によって生じる座標系間
の変換誤差の説明図。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a conversion error between coordinate systems caused by a tilt angle of a camera line of sight.

【図11】図10の部分詳細図。FIG. 11 is a partial detailed view of FIG. 10;

【図12】水位補正データテーブルの一例を示す説明
図。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of a water level correction data table.

【図13】水位精度補正データの特性を示すグラフ。FIG. 13 is a graph showing characteristics of water level accuracy correction data.

【図14】2つの基準点を設定時のカメラ画像の一例を
示す説明図。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of a camera image when two reference points are set.

【図15】水位計測処理のオンライン処理手順を示す流
れ図。
FIG. 15 is a flowchart showing the online processing procedure of the water level measurement processing.

【図16】水位計測時のカメラ画像の一例を示す説明
図。
FIG. 16 is an explanatory diagram showing an example of a camera image at the time of water level measurement.

【図17】量水標と傾斜板の画像処理から水位を検出す
る原理の説明図。
FIG. 17 is an explanatory diagram of a principle of detecting a water level from image processing of a water mark and an inclined plate.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…水位計測装置、2…カメラ、3…量水標、4…傾斜
板、5…カメラ制御装置、6…CPU、7…主メモリ、
8…バス、9…画像専用プロセッサ、10…画像メモ
リ、11…映像表示装置、12…水位補正データ作成手
段、13…基準水位設定機能、14…水位計測機能、1
5…第1の基準点設定手段、16…第2の基準点設定手
段、17…距離変換係数計算手段、18…カメラ画像取
込手段、19…水面検知手段、20…水位補正手段、2
1…水位計算手段、22…地上基準点の標高、23…被
計測部分のカメラシーンの範囲、26…量水標における
第1の基準点、27…量水標における第2の基準点、3
1…被計測部のカメラ画像の画面、32…画面上の量水
標、33…画面上の傾斜板、34…画面上の第1の基準
点として使用する目盛、35…画面上の第2の基準点と
して使用する目盛、36…第1の基準点の画像座標系で
のY方向座標値h1、37…第2の基準点の画像座標系
でのY方向座標値h2、38…初期設定する幾何学デー
タテーブル、39…水位補正テーブル、41…画像座標
系の原点、50…ダムコンクリート壁、51…水面、1
00…量水標3を含む垂直面(ζ0座標系)、101…
カメラ視線と垂直面ζ0の交点Oとカメラ中心Cを通る
垂直面上の水平線、102…カメラ視線(直線CO)、
105…水面位置(点A、量水標の表面)、110…カ
メラ前面に仮定したカメラ視線に垂直な面(ζ2座標
系)、112…カメラ中心Cと水面位置105を結ぶ線
と面110の交点、113…カメラ中心Cと第1の基準
点26を結ぶ線と座標系ζ2をなす面110の交点、1
14…カメラ中心Cと第2の基準点26を結ぶ線と座標
系ζ2をなす面110の交点(ζ2座標系)、120…
点Oを通り視線に垂直な面(ζ1座標系)、121…ζ
1座標系の縦軸、123…カメラ中心Cと第1の基準点
26を結ぶ線と座標系ζ1をなす面120の交点、12
4…カメラ中心Cと第2の基準点27を結ぶ線と座標系
ζ1をなす面120の交点(ζ1座標系)、125…カ
メラ中心Cと水面位置105を結ぶ線と面120の交点
(B)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Water level measuring device, 2 ... Camera, 3 ... Water mark, 4 ... Inclined plate, 5 ... Camera control device, 6 ... CPU, 7 ... Main memory,
8 Bus, 9 Image processor, 10 Image memory, 11 Image display device, 12 Water level correction data creation means, 13 Reference water level setting function, 14 Water level measurement function, 1
Reference numeral 5: first reference point setting means, 16: second reference point setting means, 17: distance conversion coefficient calculating means, 18: camera image capturing means, 19: water level detecting means, 20: water level correcting means, 2
1 ... water level calculation means, 22 ... elevation of ground reference point, 23 ... range of camera scene of measured part, 26 ... first reference point in water mark, 27 ... second reference point in water mark, 3
Reference numeral 1 denotes a screen of the camera image of the measured part, 32 denotes a water mark on the screen, 33 denotes an inclined plate on the screen, 34 denotes a scale used as a first reference point on the screen, and 35 denotes a second scale on the screen. , A scale used as a reference point, 36... Y-direction coordinate value h1 in the image coordinate system of the first reference point, 37... Y-direction coordinate value h2, 38 in the image coordinate system of the second reference point, initial setting Geometry data table, 39: water level correction table, 41: origin of image coordinate system, 50: dam concrete wall, 51: water surface, 1
00: vertical plane including water mark 3 (ζ0 coordinate system), 101:
A horizontal line on the vertical plane passing through the intersection O of the camera line of sight and the vertical plane # 0 and the camera center C, 102 ... the line of sight of the camera (straight line CO),
105: water surface position (point A, surface of the water mark); 110: surface perpendicular to the camera line of sight assumed in front of the camera (ζ2 coordinate system); 112: line between camera center C and water surface position 105 and surface 110 Intersection point 113: Intersection point between a line connecting the camera center C and the first reference point 26 and the plane 110 forming the coordinate system ζ2, 1
14... Intersection (の 2 coordinate system) of a line connecting camera center C and second reference point 26 and plane 110 forming coordinate system ζ2, 120.
A plane passing through the point O and perpendicular to the line of sight ({1 coordinate system), 121 ...}
Vertical axis of one coordinate system, 123... Intersection of line connecting camera center C and first reference point 26 and plane 120 forming coordinate system ζ1;
4: Intersection of line connecting camera center C with second reference point 27 and plane 120 forming coordinate system ζ1 (ζ1 coordinate system) 125: Intersection of line connecting camera center C and water surface position 105 and plane 120 (B ).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高木 陽市 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 日 立プロセスコンピュータエンジニアリング 株式会社内 (72)発明者 辻川 秋雄 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株 式会社日立製作所大みか事業所内 (72)発明者 斎藤 健 東京都千代田区神田駿河台四丁目6番地 株式会社日立製作所内 (72)発明者 米丘 孝幸 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 日 立プロセスコンピュータエンジニアリング 株式会社内 Fターム(参考) 2F014 FA04 2F065 AA02 AA24 CC00 EE00 FF04 FF09 FF26 FF61 JJ03 PP01 QQ00 QQ23 QQ24 QQ28  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yoichi Takagi 5-2-1 Omikacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi Process Computer Engineering Co., Ltd. (72) Inventor Akio Tsujikawa 5-chome Omikamachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Inside Hitachi Ltd. Omika Works (72) Inventor Ken Saito 4-6 Kanda Surugadai, Chiyoda-ku, Tokyo Inside Hitachi Ltd. (72) Inventor Takayuki Yoneoka 5-chome Omikamachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Hitachi Process Computer Engineering Co., Ltd. F-term (reference) 2F014 FA04 2F065 AA02 AA24 CC00 EE00 FF04 FF09 FF26 FF61 JJ03 PP01 QQ00 QQ23 QQ24 QQ28

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水位の計測位置に設置された量水標の画
像をカメラで取り込み、画像処理によって検出した水面
との境界位置を画像の量水標目盛に対応づけて画像上の
水位を求め、さらに画像座標系から世界座標系へ座標変
換して地上の水位(標高)を算出する水位計測方法にお
いて、 前記量水標の表面とカメラ撮像面が平行でないために生
ずる計測誤差を、カメラ傾斜角の変わる量水標計測部の
カメラシーン毎に補正することを特徴とする水位計測方
法。
1. An image of a water mark set at a measurement position of a water level is captured by a camera, and a boundary position between the water surface detected by image processing and the water surface is associated with a scale of the water mark in the image to obtain a water level on the image. Further, in a water level measuring method for calculating a water level (elevation) on the ground by performing coordinate conversion from an image coordinate system to a world coordinate system, a measurement error caused by the fact that the surface of the water mark is not parallel to the camera imaging surface is determined by a camera tilt. A water level measuring method, wherein the correction is performed for each camera scene of a water mark measuring unit whose angle changes.
【請求項2】 請求項1において、 あらかじめ、カメラシーン毎に画像の量水標上に2つ以
上の基準点を設定するとともに前記量水標目盛に対応づ
けた各基準点の値を記憶し、少なくとも1つの基準点の
値から前記境界位置の水位を補間して求めることを特徴
とする水位計測方法。
2. The method according to claim 1, wherein two or more reference points are set in advance on the water mark of the image for each camera scene, and a value of each reference point associated with the water mark is stored. A water level measurement method, wherein a water level at the boundary position is obtained by interpolating from a value of at least one reference point.
【請求項3】 請求項2において、 あらかじめ、前記基準点での計測誤差が最小となる関係
に、画像座標上の計測誤差を示す補正データを求めて記
憶し、前記画像上の水位から前記地上の水位を算出する
際に、前記補正データを参照して補正することを特徴と
する水位計測方法。
3. The method according to claim 2, wherein correction data indicating a measurement error on image coordinates is obtained and stored in advance in such a relationship that the measurement error at the reference point is minimized, and the ground level is calculated from the water level on the image. A water level measurement method, wherein the water level is calculated with reference to the correction data when calculating the water level.
【請求項4】 請求項1、2または3において、 前記境界位置は、前記量水標と組み合わせた傾斜板の実
像と虚像の画像処理によって検出することを特徴とする
水位計測方法。
4. The water level measurement method according to claim 1, wherein the boundary position is detected by image processing of a real image and a virtual image of the inclined plate combined with the water mark.
【請求項5】 水位の計測位置に設置された量水標と、
量水標の画像を遠方から取り込むカメラと、画像の表示
装置と、取り込んだ画像の画像処理や水位計測処理を行
う水位計測装置と、カメラ姿勢を制御するカメラ制御装
置を備える水位計測システムにおいて、 前記水位計測装置は、前記カメラ制御装置により可変さ
れる量水標計測部のカメラシーン毎に、少なくとも2つ
の基準点を設定する基準水位設定機能と、画像座標系の
水位を世界座標系の地上の水位(標高)に変換するとき
にカメラ傾斜角に応じて生じる計測誤差を補正する水位
補正データ作成機能と、取り込み画像を画像処理して水
面との境界位置を検知し、この境界位置から前記基準点
を使用して画像上の水位を求め、さらに、この画像上の
水位を地上の水位(標高)に変換する際に前記水位補正
データ作成機能による補正データを用いて補正を行う水
位計測機能とを設けたことを特徴とする水位計測システ
ム。
5. A water mark installed at a water level measurement position,
In a water level measurement system including a camera that captures an image of a water mark from a distance, an image display device, a water level measurement device that performs image processing and a water level measurement process on the captured image, and a camera control device that controls a camera attitude, The water level measurement device has a reference water level setting function of setting at least two reference points for each camera scene of the water mark measurement unit that is changed by the camera control device, and a water level of the image coordinate system on the ground in the world coordinate system. A water level correction data generation function for correcting a measurement error generated according to the camera tilt angle when converting to a water level (elevation), and image processing of a captured image to detect a boundary position with the water surface, and from the boundary position, The water level on the image is obtained using the reference point, and when the water level on this image is converted into the water level (elevation) on the ground, the correction data by the water level correction data creation function is used. A water level measurement system, comprising: a water level measurement function for performing a correction using the water level.
【請求項6】 請求項5において、 前記水位補正データ作成機能は、前記基準点からの距離
に対応する補正値を計算して、参照可能に記憶した水位
補正テーブルからなることを特徴とする水位計測システ
ム。
6. The water level according to claim 5, wherein the water level correction data creating function is configured to calculate a correction value corresponding to a distance from the reference point and to store the correction value in a referable manner. Measurement system.
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