JP2020082830A - 人工衛星、観測システム、情報処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送信容量や時間が限られた状態において観測結果をより分かり易くする人工衛星、観測システム、情報処理装置を提供する。【解決手段】本発明の人工衛星１００は、観測エリア内の広域画像を撮像する広域カメラ部１２５と、広域画像内の複数の領域を撮像する望遠カメラ部１２４と、広域画像の広域画像データに基づいて、広域画像内の指定領域が含まれる望遠画像データの撮影を望遠カメラ部１２４に指示する指示を受け付ける受付手段１０１と、受付手段が受け付けた指示に基づいて、望遠カメラ部１２４が撮像した指定領域を立体視するための望遠画像データを送信する送信手段１０４とを有することを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は人工衛星、観測システム、情報処理装置に関する。

近年、災害時には、人工衛星等の飛翔体が撮影した画像を解析して、災害状況を把握することが行われている。

衛星の撮影デ−タを複数用いて高さを求める方法も知られている。（特許文献１）

特開２００７−０３３１５７号公報

特許文献１には、同じ地域を同じ時期に異なる撮影方向から撮影して得られる衛星デ−タのペアを利用することが記載されているが、送信容量や時間が限られた状態において観測結果をより分かり易くするものではない。

本発明は、送信容量や時間が限られた状態において観測結果をより分かり易くする人工衛星、観測システム、情報処理装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明の人工衛星は、
観測エリア内の広域画像を撮像する広域撮像手段と、
前記広域画像内の複数の領域を撮像する望遠撮像手段と、
前記広域画像の広域画像データに基づいて、前記広域画像内の指定領域が含まれる望遠画像データの撮影を前記望遠撮像手段に指示する指示を受け付ける受付手段と、
前記受付手段が受け付けた指示に基づいて、前記望遠撮像手段が撮像した前記指定領域を立体視するための望遠画像データを送信する送信手段と、
を備えたことを特徴とする。

送信容量や時間が限られた状態でも、優れた観測結果を得やすくなり、画像解析を行えば３次元のわかりやすい画像を提供することができる。

実施例１における人工衛星１００の斜視図である。 実施例１における人工衛星１００の制御ブロック図である。 望遠カメラ部１３４、広域カメラ部１３５、の撮像範囲の例を表わす図である。 実施例１における画像処理の対象となる画像の例である。 衛星の姿勢を示す図である。 実施例２におけるフローチャートである。 実施例３における人工衛星２００の制御ブロック図である。

以下、撮像手段としてカメラを備えた本実施形態に係る人工衛星について説明する。

（実施例１）
図１は本発明の実施例の斜視図である。図１に示すように、人工衛星１００は、衛星本体１３１に通信アンテナ１３２、太陽電池パネル１３３、望遠光学系１３４、広角光学系１３５、スラスタ１３６等が搭載されている。人工衛星１００は、観測エリアの上空を周回するように飛行している。

その他に、太陽や星などの光源を基準として光源に対する角度と予め記憶された測定対象に関する位置情報に基づいて、人工衛星の観測対象に対する位置や向きを測定する光源角度測定装置を搭載してもよい。光源角度測定装置としてサンセンサ、スタ−トラッカを人工衛星（ここでは衛星本体１３１）に対して搭載する際には、光源角度測定装置の基準面を人工衛星の基準面と一致するようにして搭載することによって、光源角度測定装置の検出角度を良好に保つことができる。人工衛星の基準面としては、人工衛星に搭載される他のセンサにおける基準面と一致していても良い。

図２は、人工衛星１００のハ−ドウェア構成を示す構成図である。人工衛星１００には、望遠撮像手段として、望遠光学系１３４を利用した望遠カメラ部１２４、広域撮像手段として、広角光学系１３５を利用した広角カメラ部１２５が搭載されている。望遠カメラ部１２４、広角カメラ部１２５で撮像した画像を、制御部１０１に入力しメモリ部１１０に保存にする。位置検出部１２１は、サンセンサ、スタ−トトラッカ、ジャイロ、ＧＰＳ等を利用して人工衛星１００の現在位置を把握する。姿勢制御部１２６は、位置検出部１２１の位置検出結果を利用して、制御部１０１の制御に基づいて、スラスタ−１３６や不図示の磁気トルカやリアクションホイ−ルを用いて地表面の撮影に適した姿勢に制御する。送受信部１２２は、地上局１０のサ−バ等の情報処理装置と通信し、デ−タの送受信を行い、指示を受け付ける受付手段として機能する。人工衛星１００に、判定手段や指定手段を備える場合には、制御部１０１が指示を受け付けて受付手段として機能してもよい。

制御部１０１は、ＣＰＵなどで構成される。メモリ部１１０は、プログラムなどを格納したＲＯＭ、処理の一時保存を行うＲＡＭ、不揮発性記憶媒体であるＨＤＤ、小型軽量性に優れたフラッシュメモリや、ＳＳＤなどが特に好ましく用いられる。

メモリ部１１０は、制御部１０１の処理に関する様々な記憶を行い、制御部１０１に対するプログラムの格納や、処理の一時保存などを行う。アプリケ−ションプログラム（アプリ）もメモリ部１１０に格納され、必要によって読み出され制御部１０１によって人工衛星１００の各機能を動作させている。位置検出部１２１で検出された位置情報は、メモリ部１１０に格納され、望遠カメラ部１２４、広角カメラ部１２５で撮像された画像と位置情報を関連づけて、制御部１０１がメモリ部１１０に記憶する。

図３は衛星に備えられた望遠カメラ部１２４と広角カメラ部１２５の撮像範囲を示す。

図３（ａ）においては、広角カメラ部１２５が望遠カメラ部１２４に対して進行方向において前方を撮影範囲であることを表す図である。望遠カメラ部１２４の撮影範囲１１２Ａは、広角カメラ部撮影範囲１１３Ｂに比べるとその範囲は小さい。しかし、望遠カメラ部１２４の地上分解能は、広角カメラ部１２５に比べ良い。これは、広角カメラで撮影対象の全体を把握し、その後、地上分解能が高い詳細な画像の撮影範囲を指定して撮影するためである。

図３（ｂ）は望遠カメラ部１３４と広角カメラ部１３５が直下方向の撮影を表す図である。
望遠カメラ部１３４と広角カメラ部１３５が直下方向の撮影を表す図である。望遠カメラ部１３４の撮影範囲Ｂが望遠カメラ部１３５の撮影範囲Ａを包含しているが、包含しない場合もあることは、言うまでもない。

図４には地上局１０において、表示される広角カメラ部１３５で撮影された広角画像データ１１３が示されている。

図４において、より詳細で立体画像を撮影したい領域を指定領域として異常画像データ１１３が含まれる画像を指定画像として指定する。図４の指定された領域の経度／緯度情報が地上局１０にて計算され、衛星１００へ送信される。

図５では、衛星では受信した経度／緯度情報に基づき、現位置情報から指定された領域の経度／緯度情報からの距離を測定する。

図５は衛星１００により、立体画像を撮影する場合における衛星と指定領域の位置関係を表した図である。

θは指定領域を２点から撮影する場合の傾斜角度である。ｘは衛星高度における指定領域から撮影時の距離であり、衛星高度をｙで表わすと、
ｘ＝ｔａｎθ＊ｙで表される。

衛星１００は、現在位置からポイントＡまでの時間を衛星の速度から計算し、ポイントＡでの撮影タイミングを決定するとともに、衛星をポイントＡで指定領域に向くように姿勢を制御する。ポイントＡでの撮影が終了すると、ポイントＢに到達しうる時間を計算し、ポイントＢでの撮影タイミングを決定するとともに、ポイントＢで指定領域に向くように、姿勢を制御する。ポイントＢでの撮影が完了すると、ポイントＡ、Ｂでの撮影画像を地上局に送信する。

画像処理の機能は、制御部１０１の演算能力を使用し、メモリ部１１０の記憶領域を利用して処理を行う。送受信部１２２は、人工衛星の外部の情報処理装置や地上に設けられた情他の報処理装置へ撮影した情報を送信し、他の情報処理装置からの情報を受信し姿勢制御等の動作を行う。

図４に広角カメラ部１２５で撮像された広域画像デ−タ１１３と、望遠カメラ部１２４で撮像された画像デ−タ１１２ａ〜ｋを示す。本実施例では、広角カメラ部１２５が軌道の回転方向に対して先回りするように配置されている。そのため、まず、広角カメラ部１２５で撮像した領域を含むように、人工衛星１００が軌道を周回して移動しながら望遠カメラ部１２４で複数回連続して撮像を行った。望遠カメラ部１２４と広角カメラ部１２５の配置は移動機構、姿勢制御機構によっては、望遠カメラ部１２４が撮像を始めた領域を後から、広域カメラ１２５で撮影を行っても、望遠カメラ部１２４が撮像している領域を途中から広域カメラ１２５で撮影を行ってもよい。

本実施例では、広域画像デ−タ１１３と、立体視用の望遠画像デ−タ１１２ａ〜ｋはそれぞれ同等の画素数が割り当てられ、図５で示した１１２ａ〜ｋは、広域画像デ−タ１１３の解像度に対して１０倍の解像度の画像を得ることができる。

このとき、望遠画像デ−タ１１２ｉ、１１２ｊには、木が倒れて地面がむき出しになっている指定される望遠画像データとされる立体視の対象となる異常画像１１１が撮影されている。人工衛星１００は、異常画像データ１１１が含まれたこの広域画像デ−タ１１３と、望遠画像デ−タ１１２ｉ、１１２ｊと、受信手段を有する地上局１０のサ−バ等の情報処理装置へ送信する。

本実施例においては、撮影漏れを少なくするように望遠画像デ−タ１１２ａ〜ｋがそれぞれ重なるように配置したが、それぞれ重ならないように撮影してもよい。また、広域画像デ−タ１１３に対して、一列に間隔を置いて並べて撮影しても、上端、下端含むようにジグザグ配置するようにするなど各種配置で撮影してもよい。また、望遠画像デ−タ１１２ａ〜ｆがそれぞれ部分的に重なるように撮影すると広域画像デ−タ１１３から災害が発生した部分を見逃しにくくなる。

（実施例２）
実施例１では、ポイントＡ、Ｂと異なる位置から望遠カメラ１２４で撮影した画像を用いて立体画像を合成したが、本実施例では、広角カメラ部１２５で撮影した広角画像データと望遠カメラ１２４で撮影した望遠画像データを用いて立体視する例を示す。

図５に示すＳ１１では、制御部１０１から広角カメラ部１２５に撮影開始の信号を送り、広域画像を撮影し、撮影時の位置検出部１０２の位置情報をメモリ部１１０に記憶する。Ｓ１２では、制御部１０１から望遠カメラ部１２４に撮影開始の信号を送り、望遠画像デ−タ１１２ａ〜ｋに対応する広域画像内の異なる位置を１０点撮影し、撮影時の位置検出部１０２の位置情報をメモリ部１１０に記憶する。

そして、Ｓ１３において、制御部１０１が送受信部１０４からデ−タを送信可能か不可か判定し、不可である場合は、Ｓ１４へ進み、可である場合には、Ｓ１５へ進む。Ｓ１５では、広域画像内に異常があるか否かを判定する。制御部１０１が、予め保存している比較用の画像と比べて地表面が露出していると判定することによって異常の判定を行い、異常がない場合には、Ｓ１６へ進み、撮影画像以外の人工衛星の航行に必要な情報や、予め決められた撮影像等を地上局１０に送信する。送受信する情報がない場合には、待機してもよい。Ｓ１５で広域画像内に異常が有ると判定された場合には、Ｓ１７へ進み、異常の有る領域、つまり、地滑りを起こして地表面が露出している異常画像デ−タ１１３を含む画像の領域を特定領域として特定する。Ｓ１８では、異常画像デ−タ１１３が撮影されている望遠画像デ−タ１１２ｉ、ｊが指定画像デ−タとして制御部１０１によって選択される。Ｓ１９で人工衛星１００は、広域画像デ−タ１１１と、望遠画像デ−タ１１２ｉ、ｊ（指定望遠画像デ−タ）を地上局１０のサ−バへ送信する。

この地上局１０の情報処理装置を用いて、異常画像デ−タ１１３が含まれる望遠画像デ−タ１１２ｉ、ｊと広域画像デ−タ１１１と、を用いて異常画像デ−タが、どのような状態となっているか判断しやすい。このように、多くの画像を全てダウンロ−ドをすることなく立体画像を得ることができるため災害時の安全把握が迅速に行い易くなる。本発明は、人工衛星１００が特定の地上局１０のみと通信可能とされており、限られた時間しか地上局と通信できない地球周回低軌道を周回する人口衛星に好適に用いられる。

Ｓ１５では、予め保存している比較用の画像と比べて異常の有無を判断したが、これには、前回撮影した同じ位置の画像を用いて比較を行ってもよいし、災害が発生した多くの画像からディープラーニングを行ったＡＩを用いて、判定してもよい。

本実施例では、２つの望遠画像デ−タ１１２に異常デ−タ１１３が含まれていたが、異常デ−タ１１３が含まれる望遠画像デ−タ１１２が一つであってもよく、異常デ−タ１１３が複数でさらに多くの望遠画像デ−タ１１２が該当してもよい。いずれにせよ、望遠画像デ−タ１１２が全て送信されないようにすれば、送信量を少なくすることができる。

立体画像の生成は、人工衛星で行っても地上局で行ってよく、地上局から画像データを移動された外部の情報処理装置で行ってもよい。すなわち、本発明は、人工衛星、観測システム、情報処理装置に適応できる。

（実施例３）
図７は、人工衛星２００のハ−ドウェア構成を示す構成図である。本実施例は、人工衛星１００に対して、望遠カメラ部１２６を搭載し、複数の望遠カメラ１２４、１２６によって、人工衛星２００内の処理でより鮮明な立体像を形成できるようにした。

複数の望遠カメラ１２４は、それぞれ異なる方向に向いて載置され、いずれか一方の望遠カメラで撮像した後、数秒後、（次回以降の同一観測エリア上を通過する時にであってもよい。）撮影時に同一地点を異なる角度で撮影し、望遠カメラ１２４、１２６の撮像画像から高精細な立体像を得てもよい。実施例３の場合でも、広域画像デ−タ１１１は、広角カメラ１２５で撮影する。

本発明の人工衛星は、観測エリア内の広域画像を撮像する広域カメラ部１２５と、広域画像内の複数の領域を撮像する望遠カメラ部１２４と、を備える。また、人工衛星１００は、広域画像の広域画像データ１１３に基づいて、広域画像１１３内の指定領域１１２が含まれる望遠画像データ１１２ａ〜ｋの撮影を望遠カメラ部１２６に指示する指示を受け付ける受付手段としての送受信部１０４と、を備える。そして、人工衛星１００は、送受信部１０４が受け付けた指示に基づいて、指定領域１１２を立体視するための望遠画像データ１１２ｈ、１１２ｊを送信する送信手段としての送受信部１０４と、を備える。立体画像の合成は、人工衛星に搭載した画像処理部でも、地上に設けられた外部の情報処理装置を用いてもよい。

また、本発明の人工衛星１００は、広域画像の広域画像データ１１１に基づいて、望遠カメラ部１２５の撮像する広域画像内の指定領域１１２が含まれる望遠画像データを指定する指示を受け付ける受付手段と、受付手段が受け付けた指示に基づいて、望遠撮像手段が撮像した前記指定領域を立体視するための望遠画像データを送信する送信手段と、を備えていてもよい。

１００ 人工衛星
１１１ 異常画像デ−タ
１１２ａ〜ｋ 望遠画像デ−タ
１１３ 広域画像デ−タ
１２４、１２６ 望遠カメラ部
１２５ 広角カメラ部

Claims (6)

1. 観測エリア内の広域画像を撮像する広域撮像手段と、
   前記広域画像内の複数の領域を撮像する望遠撮像手段と、
   前記広域画像の広域画像データに基づいて、前記広域画像内の指定領域が含まれる望遠画像データの撮影を前記望遠撮像手段に指示する指示を受け付ける受付手段と、
   前記受付手段が受け付けた指示に基づいて、前記望遠撮像手段が撮像した前記指定領域を立体視するための望遠画像データを送信する送信手段と、
   を備えることを特徴とする人工衛星。
2. 観測エリア内の広域画像を撮像する広域撮像手段と、
   前記広域画像内の複数の領域を撮像する望遠撮像手段と、
   前記広域画像の広域画像データに基づいて、前記望遠撮像手段の撮像する前記広域画像内の指定領域が含まれる望遠画像データを指定する指示を受け付ける受付手段と、
   前記受付手段が受け付けた指示に基づいて、前記望遠撮像手段が撮像した前記指定領域を立体視するための望遠画像データを送信する送信手段と、
   を備えることを特徴とする人工衛星。
3. 前記受付手段は、前記指示を地上に設けられた外部の情報処理装置から受け付けることを特徴とする請求項１または２に記載の人工衛星。
4. 周回する軌道は、地球周回低軌道であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の人工衛星。
5. 観測エリア上に人工衛星を飛行させて、前記観測エリアの地表の立体画像を合成する観測する観測システムであって、
   観測エリア内の広域画像を撮像する広域撮像手段と、
   前記広域画像内の複数の領域を撮像する望遠撮像手段と、
   前記広域画像の広域画像データに基づいて、前記望遠撮像手段の撮像する前記広域画像内の指定領域が含まれる望遠画像データを指定する指示を受け付ける受付手段と、
   前記受付手段が受け付けた指示に基づいて、前記望遠撮像手段が撮像した前記指定領域を立体視するための望遠画像データを送信する送信手段と、
   前記望遠画像データを用いて立体画像を合成する合成手段と、
   を備えたことを特徴とする観測システム。
6. 観測エリア上に人工衛星を飛行させて、前記観測エリアの地表を観測した画像データを受信する情報処理装置であって、
   前記人工衛星は、
   観測エリア内の広域画像を撮像する広域撮像手段と、
   前記広域画像内の複数の領域を撮像する望遠撮像手段と、
   前記広域画像の広域画像データに基づいて、前記望遠撮像手段の撮像する前記広域画像内の指定領域が含まれる望遠画像データを指定する指示を受け付ける受付手段と、
   前記受付手段が受け付けた指示に基づいて、前記望遠撮像手段が撮像した前記指定領域を立体視するための望遠画像データを送信する送信手段と、
   を備え、
   前記情報処理装置は、
   前記広域画像の広域画像デ−タと前記指定領域の望遠画像データを受信する受信手段と、
   前記望遠画像データを用いて立体画像を合成する合成手段と、を有することを特徴とする情報処理装置。
   
   

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