JP2890965B2

JP2890965B2 - 撮像装置

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Publication number: JP2890965B2
Application number: JP4064316A
Authority: JP
Inventors: 優平松
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1991-04-16
Filing date: 1992-03-23
Publication date: 1999-05-17
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: JPH0614250A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は撮像装置に関し、特に人
工衛星や航空機等の移動体に搭載され上空から地表等に
おける目標領域を帯状に撮像する撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の撮像装置は、移動体の飛行経路
すなわち軌道に沿った目標領域をリモートセンシング)
するために用いられるものであり、例えば、米国航空宇
宙局（ＮａｔｉｏｎａｌＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａ
ｎｄＳｐａｃｅＡｄｏｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ：
ＮＡＳＡ）のリモートセンシング用の人工衛星の一つで
あるランドサットに搭載される代表的な撮像装置である
マルチスペクトラルスキャナ（ＭＳＳ）や、セマチック
マッパ（ＴＭ）が良く知られている。また、最近のもの
としては、例えば、１９８４年東京で発行されたプロシ
ーデイングス・オブ・ザ・フオーティーンス・インター
ナショナル・シンポジウム・オン・スペース・テクノロ
ジ・アンド・サイエンス（ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳＯＦ
ＴＨＥＦＯＵＲＴＥＥＮＴＨＩＮＴＥＲＮＡＴＩ
ＯＮＡＬＳＹＭＰＯＳＩＵＭＯＮＳＰＡＣＥＴ
ＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＳＣＩＥＮＣＥ）第１３
１３頁〜第１３１９頁に所載の論文「ザ・デベロープメ
ント・オブ・マルチスペクトラル・セルフスキャンニン
グ・ラジオメータ・フオア・ＭＯＳ−１」（ＴＨＥＤ
ＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴＯＦＭＵＬＴＩ−ＳＰＥＣＴ
ＯＲＡＬＳＥＬＦＳＣＡＮＮＩＮＧＲＡＤＩＯＭＥ
ＴＥＲＦＯＲＭＯＳ−１）に記載されているＭＵＬ
ＴＩ−ＳＰＥＣＴＯＲＡＬＳＥＬＦＳＣＡＮＮＩＮＧ
ＲＡＤＩＯＭＥＴＥＲ（ＭＥＳＳＲ）がある。上記ＭＥ
ＳＳＲは、光電検出素子としてリニアアレイＣＣＤを用
いたこの種の撮像装置である。

【０００３】これらの撮像装置は地球表面の撮像対象領
域すなわち目標領域から放射あるいは反射される可視光
あるいは赤外光の強度、すなわち、放射輝度（radianc
e）を観測する。周知のように、この種の上記撮像装置
に入射する放射束Ｐと上記目標領域から放射される光等
の強度を示す放射輝度Ｎとは次式の関係がある。

【０００４】Ｎ＝Ｐ／（ωＳ）………………………………………………………………（１）ここでωは撮像装置の視野の立体角、Ｓは上記撮像装置
の上記光学系の受光面の面積である。（１）式のωＳ
は、撮像装置固有の定数であるから上記入射放射束Ｐは
上記放射輝度Ｎに比例することになる。上記撮像装置の
検出器は、上記光学系で受光した上記Ｐを電気信号Ａに
変換する光電管やＣＣＤ等の光電素子を用いて構成され
る。このようにして、上記入射放射束Ｐを検出した上記
電気信号Ａの振幅を測定することにより上記目標領域の
上記放射輝度Ｎを知ることができる。上記放射輝度のデ
ータの一例としては、陸域の平地における標準的な放射
輝度を０ｄＢとすると、山岳等のように明るく、すなわ
ち高放射輝度の領域から湿地等のように暗い、すなわち
低放射輝度の領域まで±１０ｄＢ程度の変動があり、ま
た、海域の標準的な放射輝度は−１０ｄＢ程度であると
いわれている。また、雲は極めて明るく放射輝度が＋２
０ｄＢを越えることも珍らしくない。さらに、上記放射
輝度は季節や天候や時刻等の撮像条件により変化する。
したがって、上記撮像装置がこれらの放射輝度データを
精度よく観測するためには、適切な感度設定を必要とす
る。また、一般に、この種の撮像装置では、上記移動体
上で収集した多量の上記放射輝度データを地上局に伝送
するために、通信品質の点で有利なデジィタル伝送方式
の無線データリンクを用いている。このときのディジタ
ル化データを６ビットとすれば、有効ダイナミックレン
ジは３６ｄＢとなる。上記適切な感度設定とは、上記目
標領域の最大および最小放射輝度のデータが歪なく収集
可能なように増幅器等のアナログ回路に対し入力信号に
より飽和しないように直線性を保証し、かつ、ディジタ
ル化データの有効ダイナミックレンジに十分収まるよう
にレベルを設定することである。例えば、上記放射輝度
データの例では、海域に対して上記感度を０ｄＢに設定
し、陸域に対してこれを−１０ｄＢに設定すれば、最大
のダイナミックレンジが得られる。上記撮像装置を搭載
する上記移動体である人工衛星は、地球上の地表のほぼ
全体を高解像度で観測するため、一般に極軌道あるいは
太陽同期準回帰軌道と呼ばれる比較的低高度の軌道を採
用する。上記軌道の一例は、軌道高度が９００Ｋｍ、軌
道傾斜角９９°、軌道周期１０３分である。また、上記
無線データリンクの伝送可能時間は上記地上局からの上
記人工衛星の可視時間に限られる。上記軌道の例では、
上記可視時間、すなわち上記伝送可能時間は１周回当り
約１５分である。従来の撮像装置は、上記ＭＳＳやＴＭ
やＭＥＳＳＲを含めて、上記目標領域が陸地から海面等
へのように変化するのに伴なって、その明るさすなわち
放射輝度等が変化する場合には、外部からの制御により
感度を切替える方式の撮像装置となっていた。すなわ
ち、自身で感度を調整する機能を備えておらず、地上か
らのコマンドにより感度を制御していた。上記撮像装置
は、地上の管制およびデータ収集局；以下地上局）にお
いて、予め設定されたスケジュールに従った人工衛星の
軌道上の位置情報と、その軌道位置における対象領域の
陸域における山岳地域や平地、あるいは海域等の種類の
情報とから予測される適切な感度の設定を行ない、無線
データリンクを用いてこれらの感度設定データをコマン
ドとして人工衛星に送信し、上記人工衛星では、これを
受信して撮像装置に対する制御信号としていた。

【０００５】図７を参照すると、人工衛星１０に搭載さ
れた従来の撮像装置１１は、地表を帯状に、例えば走査
幅１００Ｋｍで観測し目標領域３０のデータを収集す
る。収集されたデータは、撮像装置１１のデータ処理部
で処理され無線データリンク送信機により、地上局２１
に伝送される。また、地上局２１からは、予め設定され
たスケジュールに従った人工衛星１０の軌道上の位置情
報と、その軌道位置における上記目標領域３０の陸域に
おける山岳地域や平地、あるいは海域等の種類の情報と
から、予測される適切な撮像装置１１の感度設定を行な
い、無線データリンクを通じこれらの感度設定データを
コマンドとして人工衛星１０に供給する。人工衛星１０
では、これを受信して撮像装置１１に対する制御信号と
している。人工衛星１０は、前述のように、太陽同期準
回帰軌道をとるものとし軌道要素として、軌道高度が９
００Ｋｍ、軌道傾斜角９９°、軌道周期１０３分とす
る。また、上記無線データリンクの伝送可能時間は地上
局２１からの人工衛星１０の可視時間に限られ、１周回
当り約１５分である。

【０００６】図８を参照すると、従来の撮像装置１１
は、光学系１２１および検出器１２２から成るカメラ部
１２と、カメラ部１２から出力されるデータを地上局２
１に伝送するためにＡ／Ｄ変換等の処理をする信号処理
部１３と、地上局２１に上記処理データを伝送する無線
データリンク送信機１４と、地上局２１からのコマンド
を受信するデータリンク受信機１５と、データリンク受
信機１５から入力されたコマンドにしたがってカメラ部
１２と信号処理部１３に対する制御を行なう制御部１６
とを備えて構成されている。カメラ部１２の検出器１２
２は、一般的に複数の観測対象バンド例えば１〜４に対
応してそれぞれ十分な地表分解能を与える例えば２００
０素子のリニアアレイＣＣＤ４個を備えて構成されてい
るが、ここでは、説明の便のためそのうちの１個分につ
いてのみ説明し他は本発明に直接関連するもの以外は説
明を省略する。目標領域３０の走査幅１００Ｋｍから、
上記２０００素子のリニアアレイＣＣＤを用いることに
より、地表分解能は５０ｍとなる。信号処理部１３は、
カメラ部１２からの信号を増幅するとともに制御部１６
の制御により例えば周知の抵抗分圧回路の分圧抵抗を切
替える論理スイッチ回路で構成され＋１０ｄＢ、０ｄＢ
および−１０ｄＢの３段階で感度を調整するための利得
設定機能付の増幅器１３１と、この増幅器１３１で増幅
された信号を例えば６ビットでディジタル化するＡ／Ｄ
変換器１３２と、上記ディジタル化データに撮像装置YS
TEM １１全体を含む人工衛星１０の動作状態等をモニタ
するハウスキーピング用のテレメータ信号等を重畳する
等のフオーマッテイングを行なうフオーマッタ１３３と
を備えて構成されている。また制御部１６は、データリ
ンク受信機１５から入力した上記地上局２１からのコマ
ンドを信号処理部１３に対する制御コマンドと他の人工
衛星１０全体の各種制御コマンド等の分離等を行なうデ
フオーマッタ１６１と、このデフオーマッタ１６１から
入力した感度制御コマンドの指示により信号処理部１３
の増幅器１３１の利得制御を行なう感度制御部１６２と
を備えて構成されている。

【０００７】地上局２１は、図９に示すように、感度設
定コマンドを含む管制コマンドを設定するコンソール２
１１と、設定した上記管制コマンドを送信用の信号に生
成する送信プロセッサ２１２と、送信機２１３と、上記
送信および受信の重畳および分離（デユープレキシン
グ）を行なうデユープレクサ２１４と、人工衛星１０を
追跡し上記管制コマンドの送信を行なうとともに上記デ
ータの受信を行なうアンテナ２１５と、受信機２１６
と、受信データを処理し画像データを出力するするデー
タ処理装置２１７と、画像データを画像化して出力する
画像出力装置２１８とを備えて構成されている。

【０００８】次に、図７〜図９および図１０を参照して
動作を説明すると、まず、地上局２１では、コンソール
２１１により、目標領域３０の撮像スケジュール（ステ
ップＰ１）に基ずき、人工衛星１０の軌道上の位置情報
と、その軌道位置における目標領域３０の陸域における
山岳地域や平地、あるいは海域等の種類の情報とから予
測される適切な撮像装置１１の感度の設定（ステップＰ
２）を行なう。上記感度設定は、増幅器１３１の利得設
定機能に対応して＋１０ｄＢ、０ｄＢおよび−１０ｄＢ
のいずれか一つを選択することにより行なわれる。ここ
では、一例として感度を０ｄＢに設定したとする。上記
感度設定データは、送信プロセッサ２１２において、感
度設定コマンドＣＳとして人工衛星１０の他の制御コマ
ンドと統合され、データ伝送用にフオーマッテイングさ
れた管制コマンドとして送信機２１３に入力される。送
信機２１３は上記管制コマンドをデユープレクサ２１
３，アンテナ２１５を経由して人工衛星１０に送信する
（ステップＰ３）。人工衛星１０のデータリンク受信機
１５では、これを受信して制御部１６に対する制御信号
ＣＳＡとして入力する（ステップＰ４）。制御部１６
は、デフオーマッタ１６１において、信号処理部１３に
対する制御コマンドを抽出し、このうちの感度設定コマ
ンドＣＳが感度制御部１６２に入力する。感度制御部１
６２は、感度設定コマンドＣＳをデコードして感度制御
信号ＳＳとして増幅器１３１に入力する。増幅器１３１
は上述のように感度０ｄＢを指定する感度信号ＳＳによ
り感度０ｄＢに対応する利得Ｈに設定される（ステップ
Ｐ５）。次に、カメラ部１２の検出器１２２からのアナ
ログデータＡは、信号処理部１３の感度０ｄＢに利得設
定された増幅器１３１で増幅される（ステップＰ６）。
増幅器１３１の出力はＡ／Ｄ変換部１３２においてＡ／
Ｄ変換され、６ビットのディジタルデータＤとなる。次
に、このディジタルデータＤは上記フオーマッタ１３３
においてパラレルシリアル変換され、さらに、上記ハウ
スキーピング用の各部の動作状況や各部電圧や姿勢デー
タ等の上記テレメータ信号を重畳されて伝送用にフオー
マッテイングされる。フオーマッテイングされたデータ
は、データリンク送信機１４により、地上局２１に伝送
される（ステップＰ７）。

【０００９】地上局２１では、アンテナ２１５，デユー
プレクサ２１３を経由してデータ受信機２１６で受信さ
れた受信データは、データ処理装置２１７に入力され処
理される。データ処理装置２１７は、受信データを走査
歪や検出器等の感度ばらつき等所定の補正を行なって画
像データを生成する。データ処理装置２１７からの出力
データは高密度フィルムレコーダ等を用いた画像出力装
置２１８により画像化される（ステップＰ８）。この出
力画像により、画像全体の放射輝度、雲等の分布状況、
陸域あるいは海域の目標分布状況等が予測範囲内であ
り、画像に明部の飽和や暗部の切捨て等の非直線歪が発
生していないか等を評価する（ステップＰ９）。この評
価結果ＮＯの場合、例えば明るすぎて明部の飽和が認め
られ感度を低減する必要がある場合には、ステップＰ２
に戻り、コンソール２１１にて感度設定コマンドＣＳを
再設定する。この例では、再設定値は−１０ｄＢであ
る。再設定された感度設定コマンドＣＳは再度送信プロ
セッサ２１２，送信機２１３，デユープレクサ２１３，
アンテナ２１５を経由して人工衛星１０に送信する。ス
テップＰ５により、増幅器１３１は感度−１０ｄＢに対
応する利得Ｌに設定される。以下同様にステップＰ６〜
Ｐ９のフローで進行する。ステップＰ９の評価結果ＹＥ
Ｓの場合、感度設定は終了する。なお、上述の管制デー
タの送信および撮像データの受信は上記無線データリン
クの約１５分の伝送可能時間に行れる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の撮像装
置は、自身で感度を調整する機能を備えておらず外部か
らの制御データにより設定された感度に固定されている
ので、撮像対象が海域から陸域、あるいは、天候が晴天
から雨天等と大幅に変化する場合には、その放射輝度変
化に対応するダイナミックレンジが大きくなり、従って
データの伝送のため量子化した場合のビット長が大きく
なる。すなわち、データ伝送量が多くなるという欠点が
あった。

【００１１】また、上記ビット長を固定、すなわちデー
タ伝送量を固定した場合には、撮像領域の放射輝度変化
に対応する実効的なダイナミックレンジが小さくなり、
明部では飽和し、暗部は切捨てられる等の非直線歪を発
生することにより上記撮像領域の識別度が低下する等の
欠点があった。

【００１２】また、地上から感度を制御する場合には、
上記撮像領域の放射輝度とその継続時間とを事前に予測
する必要があり、さらに、上記感度の制御は限られた伝
送可能時間内に行なうので、制御結果の確認および評価
を実時間で行なうことが困難であるため、精度よく適切
に制御できないという欠点があった。

【００１３】本発明の目的は、自己感度制御機能として
撮像領域の放射輝度の分布を事前に検出する制御用撮像
装置を備える撮像装置を提供することである。本発明の
他の目的は、自蔵する制御用撮像装置にて、撮像条件を
常に最適に自律制御することにより、人工衛星から地上
局へのデータ伝送量を増加させることなく良好なデータ
を送出できる撮像装置を提供することである。

【００１４】本発明のさらに他の目的は、制御用撮像装
置にて実時間で撮像領域の放射輝度とその継続時間とを
観測することにより事前に撮像条件を予測する必要がな
く、精度よく適切に制御できる撮像装置を提供すること
である。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の撮像装置は、撮
像対象領域の上にありその領域と所定の位置関係にある
軌道に沿って航行する移動体に搭載され前記撮像対象領
域の予め定めた観測幅と前記移動体進行方向距離とで定
義される単位撮像領域を順次撮像する主撮像装置と、前
記移動体の進行にともない前記主撮像装置の視野に順次
入る前記単位撮像領域の前方の放射輝度の分布をその単
位撮像領域の前記視野への入来の前に検出する制御用撮
像装置とを備えて構成されている。

【００１６】

【実施例】次に、図１、図２、図３、図４及び図５を参
照して本発明の第１の実施例を説明する。図１を参照す
ると、本実施例の撮像装置６１は、人工衛星１０に搭載
され、目標領域３０における人工衛星１０の直下領域３
１を撮像する主撮像装置１７と、目標領域３０における
人工衛星１０の進行方向前方の前方領域３２を撮像する
制御用撮像装置１８と、地上局２１に撮像データを伝送
する無線データリンク送信機１４と、地上局２１からの
コマンドを受信するデータリンク受信機１５とを備えて
構成されている。制御用撮像装置１８は、一例として主
撮像装置１７に対して２５°前方を撮像するように設定
されている。

【００１７】図２を参照すると、主撮像装置１７は、図
８に示す従来例の撮像装置１１と同様の光学系１２１と
検出器１２２とから成るカメラ部７１と、カメラ部７１
から出力されるデータを地上局２１に伝送するためにＡ
／Ｄ変換等の処理をする信号処理部７２と、制御用撮像
装置１８からの制御信号およびデータリンク受信機１４
からの制御コマンドによりカメラ部７１および信号処理
部７３を制御する制御部７３とを備えて構成されてい
る。したがって、走査幅は従来例と同様に１００Ｋｍで
ある。制御用撮像装置１８は、光学系８１１および検出
器８１２から成るカメラ部８１と、カメラ部８１から出
力されるデータを処理し主撮像装置１７に対する制御信
号を生成するデータ処理部８２とを備えて構成されてい
る。主撮像装置１７のカメラ部７１の検出器１２１は、
複数の観測対象バンド例えば１〜４に対応してそれぞれ
十分な地表分解能を与える例えば２０００素子のリニア
アレイＣＣＤ４個を備えて構成されているが、ここで
は、前述の従来例と同様に、説明の便のためそのうちの
１個分についてのみ説明し他は本発明に直接関連するも
の以外は説明を省略する。また、分解能も従来例と同様
５０ｍである。

【００１８】制御用撮像装置１８は、観測対象物の放射
輝度を観測することが主目的であるので、放射輝度を代
表する単一の観測バンドとする。地表分解能について
は、当然主撮像装置１７と同一が理想的であるが、その
場合はカメラ部８１の規模も当然主撮像装置１７と同一
のものが必要になる。また、データ処理も大がかりとな
る。また、地表分解能が非常に低い場合は、その分解能
の範囲の地表の放射輝度が平均化され直下領域３１の放
射輝度のピークレベルの検出が困難になる。したがっ
て、ここでは両者のトレードオフとして主撮像装置１７
の約１／２の地表分解能としている。また、撮像対象の
直下領域３１を十分余裕を持ってカバーするよう走査幅
を３０％程広くしている。したがって、カメラ部８１の
検出器８１２は、約１３００素子のリニアアレイＣＣＤ
１個を用いる。この場合光学系８１１の口径は、主撮像
装置１７の光学系１２１の約１／２となる。

【００１９】図３を参照すると、主撮像装置１７の信号
処理部７２は、カメラ部１２からの信号を増幅するとと
もに制御部７３の制御により例えば周知の抵抗分圧回路
の分圧抵抗を切替る論理スイッチ回路で構成され＋１２
ｄＢ〜０ｄＢ〜−１２ｄＢを３ｄＢステップで感度を調
整するための利得設定機能付の増幅器７２１と、従来例
と同様の振幅サンプル当り６ビットのＡ／Ｄ変換器１３
２と、フオーマッタ１３３とを備えて構成されている。
制御部７３は、従来例と同様のデフオーマッタ１６１
と、このデフオーマッタ１６１から入力した感度設定コ
マンドと制御用撮像装置１８のデータ処理部８２からの
感度制御信号とを切替えるマルチプレクサ７３２と、こ
のマルチプレクサ７３２の出力により信号処理部７２の
増幅器７２１の利得制御を行なう感度制御器７３３とを
備えて構成されている。カメラ制御部７３は、データリ
ンク受信機１５から入力されたコマンドおよびデータ処
理部８２からの制御信号にしたがってカメラ部７１とデ
ータ処理部７２に対する制御を行なう。制御用撮像装置
１８のデータ処理部８２は、カメラ部８１からの信号を
増幅する増幅器８２１と、増幅器８２１で増幅された信
号を例えば振幅サンプル当り６ビットでディジタル化す
るＡ／Ｄ変換器８２２と、Ａ／Ｄ変換器８２２からの出
力データを処理し主撮像装置１７に対する制御信号を出
力するオンボードコンピュータ８３とを備えて構成され
ている。オンボードコンピュータ８３は、処理速度１Ｍ
ＩＰＳ（１ＭＩｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓＰｅｒＳ
ｅｃｏｎｄ）で３２ビットのＣＰＵ８３１と、Ａ／Ｄ変
換器８２２出力データおよびデータ処理に必要な参照デ
ータ等を格納する１５Ｍビットの容量のデータメモリ８
３２と、プログラム実行に必要な命令等を格納したプロ
グラムメモリ８２３と、コンピュータ外部と内部のイン
タフエース用のＩ／Ｏユニット８３４とを含んで構成さ
れている。地上局２１は、図９に示す従来例と共通のも
のである。

【００２０】図４を参照すると、本実施例の撮像装置６
１は、基板６１２の取付け面に平行に主撮像装置１７の
カメラ部７１が取付けられ、上記取付け面と２５°の角
度を成すように制御用撮像装置１８のカメラ部８１が取
付けられている。さらに、主および制御用撮像装置１
７，１８の電子回路部分である信号処理部７２と、制御
部７３と、データ処理部８２とが基板６１２に取付けら
れている。基板６１２は人工衛星１０の構体の前方側に
カメラ部７１の開口が地球、すなわち直下方向を指向す
るように取付けられる。この結果、制御用撮像装置１８
は、前述のように、主撮像装置１７の指向方向に対して
２５°前方を指向することになる。

【００２１】次に、図９，図１〜図４および図５を参照
して本実施例の動作を説明すると、まず、制御用撮像装
置１８のオンボードコンピュータ８３の上記プログラム
メモリに感度制御プログラムを入力する（ステップＳ
１）。この感度制御プログラムは、一例として、撮像対
象の標準的な放射輝度Ｎ０に対する制御用撮像装置１８
の出力ＡＣのレベルａｃ０により設定される主撮像装置
１７の適正感度Ｓ０を０ｄＢとし、この放射輝度Ｎの変
化に対応する制御用撮像装置１８の出力ＡＣのレベル変
化の３ｄＢ毎に、主撮像装置１７の感度を−１２ｄＢか
ら＋１２ｄＢの範囲で切替えるというものである。さら
に、画素単位の上記放射輝度データの最大値ＮＭおよび
最小値ＮＮを検出し、対応する撮像装置のダイナミック
レンジに許容される上限値ＤＭおよび下限値ＤＮを設定
し、処理画像内の一定数の画素の上記放射輝度データが
これらの上下限値を越えた場合にその越えた分を補償す
るように上記切替を行なう。例えば、ある処理画像内の
１００画素で放射輝度が上記最大値ＮＭを３ｄＢ越えた
場合、制御用撮像装置の撮像画像全体の平均値では制御
不要の場合でも、利得を３ｄＢ低下させるように制御す
る。次に、上記制御の基準値を設定し、この基準値関連
データをデータメモリ８３２に格納する。（ステップＳ
２）。この基準値は標準値である制御用撮像装置１８の
出力ＡＣのレベルａｃ０、上記最大値ＮＭおよび最小値
ＮＮを用いる。次に、制御用撮像装置１８で収集したア
ナログデータ出力ＡＣは（ステップＳ３）、データ処理
部８２の増幅器８２１で増幅されＡ／Ｄ変換器８２２で
ディジタルデータＤＣに変換される（ステップＳ４）。
このディジタルデータＤＣは、オンボードコンピュータ
８３のＣＰＵ８３１でデータ処理され画像データＩＣ０
となりデータメモリ８３２に一旦格納される（ステップ
Ｓ５）。例えば、海域から陸域に移行途中の場合には、
アナログデータＡＣのレベルが増大し始め上記画像デー
タＩＣ０の平均的なレベルが上昇してくる。ＣＰＵ８３
１はこの画像データＩＣ０と上記基準値とを比較する
（ステップＳ６）。比較の結果（ステップＳ７）両者間
に±３ｄＢ以上の差がある場合は、ＮＯとなり、その差
に対応する感度制御信号ＣＳＩをＩ／Ｏユニット８３４
を経由して主撮像装置１７の制御部７３に出力する（ス
テップＳ８）。制御部７３の感度制御器７３３は、感度
制御信号ＣＳＩの指定する感度に信号処理部７２の増幅
器７２１の利得を設定する（ステップＳ９）。ステップ
Ｓ７の比較結果両者が±３ｄＢ以内で一致していればＹ
ＥＳとなり、感度設定を終了する。

【００２２】ここで、制御用撮像装置１８の出力データ
を画像化することにより、その画像の画素単位、すなわ
ち、制御用撮像装置１８の地表分解能単位での放射輝度
の観測が可能となる。したがって、適切な感度設定プロ
グラムにより、その画像データ内の放射輝度の最大およ
び最小値が十分上記ダイナミックレンジ内に収まるよう
に、上記感度を設定することができる。

【００２３】また、撮像対象領域の大部分が雲に覆われ
るような場合は、一般的にその領域の撮像データは無効
になるので、主撮像装置１７による撮像を中止した方が
望ましい。本実施例によれば、このような場合には、制
御用撮像装置１８の出力画像は雲による太陽光の反射に
より極めて明るく、すなわち放射輝度が極めて大きく例
えば＋２０ｄＢ以上になり、予め設定した上記最小の感
度を越えるレベルが検出される。上記レベルが検出され
た場合、オンボードコンピュータ８３は主撮像装置１７
に対する撮像停止信号ＣＳＳを出力し、制御部７３のマ
ルチプレクサ７３２を経由して、信号処理部７２のフオ
ーマッタ７２３の撮像データ出力動作を停止させる。

【００２４】また、上記放射輝度Ｎが上記Ｎ０である場
合には陸域と判別でき、上記放射輝度ＮがＮ０−１０ｄ
Ｂの場合は海域と判別できる。さらに、上記放射輝度Ｎ
がＮ０＋２０ｄＢの場合は雲であると判別して、対応す
る適切な感度を設定することもできる。

【００２５】ここで、オンボードコンピュータ８３の性
能について説明する。オンボードコンピュータ８３の入
力データは１分解能セル、すなわち１画素当り６ビット
であり、これが衛星１０が１００ｍ進行する毎に１００
０画素分入力する。衛星の軌道速度は約７Ｋｍ／Ｓであ
るから、７０×１０００×６＝４２００００（０．４２
Ｍ）ビット／Ｓのデータレートとなる。また、画面１フ
レームの範囲を１００Ｋｍ×１００Ｋｍ、すなわち、１
０００×１０００画素とすると、１フレーム分のデータ
量は６００００００（６Ｍ）ビットとなる。このデータ
収集には上述の諸元から約７秒要する。一方、制御用撮
像装置１８は、前述のように２５°前方を指向している
から、地表を平面と仮定すれば直下点より軌道高度９０
０Ｋｍにｔａｎ２５°を乗じた距離、すなわち、約４２
０Ｋｍ前方を撮像していることなになる。すなわち、主
撮像装置１７の視野に対し約６０秒先行している。した
がって、オンボードコンピュータ８３は、上記データ収
集後の残り５３秒以内に制御用撮像データの画像化を行
ない、上記基準値と比較し、必要な制御を行なえばよ
い。このうち、制御用撮像データの画像化が処理時間の
大半を占めるので、たとえば５０秒以内に画像化を完了
すればよい。画像処理の内容はデータの配列変更が主で
あり、乗加算は定数の乗算等全データに対し数回のオー
ダである。したがって、ＣＰＵ８３１の命令実行数、す
なわち、インストラクションは上記１フレーム分のデー
タ６Ｍビットをたとえば５回一様に、すなわち、３０Ｍ
ビットを３２ビットでアクセスすると仮定すれば十分で
ある。したがって、画像処理に要するインストラクショ
ンの総数は約９３７５００となる。これは、１ＭＩＰＳ
程度のＣＰＵならば、１秒以内に画像処理が可能である
ことになる。

【００２６】データメモリ８３２は少なくとも基準用と
収集した制御用との２フレーム分のデータを格納する必
要があるので、１２Ｍビット以上の容量があればよく前
述のように１５Ｍビットとしている。

【００２７】次に、図６を参照して本発明の第二の実施
例について説明する。本実施例の撮像装置１９は、第１
の実施例において主撮像装置１７と制御用撮像装置１８
とにそれぞれ別々のカメラ部７１，８１を備えたのに対
し、主撮像用および制御用および立体視用に共用する光
学系９１１と、主撮像用の検出素子９２１と前方撮像用
の検出素子９２２と後方視用の検出素子９２３とを有す
る検出器９２とから成る単一のカメラ部９１とを有する
ものである。さらに、前方撮像用の検出素子９２２から
の信号を処理する前述の第一の実施例と同様のオンボー
ドコンピュータ８３を含むデータ処理部８２と、前述の
第一の実施例と同様の上記主撮像用の検出素子９２１か
らの信号を処理する信号処理部７２と、データ処理部８
２からの制御信号により信号処理部７２を制御する制御
部７３とを備えて構成されている。

【００２８】撮像装置１９は、米国特許第４６１３８９
９号に記載されている立体視用撮像装置における前方撮
像系を制御用撮像系として用いるものである。ここで
は、上記文献の図１０に示す実施例のように光学系を共
用し、検出器は主撮像系を中央に前方および後方撮像系
の３組の検出素子を配列して構成しているものである。

【００２９】次に、本実施例の動作について説明する。
本実施例では、カメラ部９１の光学部９１１を主撮像用
および制御用および立体視用に共用しているため、前方
視の指向方向は第一の実施例より小さくする必要があ
り、例えば、約５°とする。他のパラメータを上記第一
の実施例と同一とすると、上記制御用撮像系は軌道直下
点より約８０Ｋｍ前方を撮像することになる。すなわ
ち、約１１．４秒の処理時間がある。このうち、撮像に
７秒必要であるので、オンボードコンピュータ８３の処
理は、残りの約４．５秒以内に実行する必要がある。前
述のように、オンボードコンピュータ８３のＣＰＵ８３
１の処理速度は１ＭＩＰＳであるのでこの場合も十分対
応可能である。本実施例は、制御用撮像装置を立体視等
他の機能と共用することにより、光学系や信号処理部等
の規模を大きくすることなく実現できるという利点があ
る。なお、本実施例において、主および立体視および制
御用に光学系を共用していたが、それぞれ個別に光学系
を有するものでも勿論良い。

【００３０】以上、感度の制御を例に、本発明の実施例
を説明したが、本発明は上記実施例に限られることなく
種々の変形が可能である。たとえば、上記オンボードコ
ンピュータのプログラムを上記感度制御のほかに、バン
ド切替や解像度切替やモノクロームカラーの切替等に設
定することによりこれらの制御を行なうこともできる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の撮像装置
は、移動体の進行にともない主撮像装置の視野に順次入
る撮像領域の前方に位置する前方領域の放射輝度の分布
を事前に検出する好ましくは画像処理を行なうオンボー
ドコンピュータを含むデータ処理装置を有する制御用撮
像装置を備えることにより、主撮像装置の感度等の撮像
条件を自律的に最適制御することができるので、人工衛
星から地上局へのデータ伝送量を増加させることなく良
好なデータを送出できるという効果がある。

【００３２】また、実時間で撮像領域の放射輝度とその
継続時間とを観測することにより、地上側における事前
の撮像条件の予測が不要となり、主撮像装置を精度良く
適切に制御できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撮像装置の第一の実施例を示すシステ
ム概念図である。

【図２】本発明の撮像装置の第一の実施例を示すブロッ
ク図である。

【図３】図２のデータ処理部および制御部の一例を示す
ブロック図である。

【図４】図２の主カメラ部および制御用カメラ部の構造
の一例を示す外観図である。

【図５】第一の実施例における感度切替を示すフローチ
ャートである。

【図６】本発明の第二の実施例を示すブロック図であ
る。

【図７】従来の撮像装置を用いるリモートセンシングシ
ステムの一例を示す図である。

【図８】従来の撮像装置の一例を示すブロック図であ
る。

【図９】地上局の構成の一例を示すブロック図である。

【図１０】従来の撮像装置の制御および信号処理の一例
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０人工衛星１１，６１撮像装置１２，７１，８１，９１カメラ部１３，７２信号処理部１４データリンク送信機１５データリンク受信機１６，７３制御部１７主撮像装置１８制御用撮像装置２１地上局３０目標領域３１直下領域３２前方領域８２データ処理部８３オンボードコンピュータ９２，１２２，８１２検出器１２１，８１１，９１１光学系１３１，７２１，８２１増幅器１３２，８２２Ａ／Ｄ変換器１３３フオーマッタ１６１デフオーマッタ１６２感度制御部２１１コンソール２１２送信プロセッサ２１３送信機２１４デユープレクサ２１５アンテナ２１６受信機２１７データ処理装置２１８画像出力装置６１２基板７３２マルチプレクサ７３３感度制御器８３１ＣＰＵ８３２データメモリ８３３プログラムメモリ８３４Ｉ／Ｏユニット９２１〜９２３検出素子

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０４Ｎ 7/18 Ｇ０６Ｆ 15/62 ３８５

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像対象領域の上にありその領域と所定
の位置関係にある軌道に沿って航行する移動体に搭載さ
れ前記撮像対象領域の予め定めた観測幅と前記移動体進
行方向距離とで定義される単位撮像領域を順次撮像する
主撮像装置と、前記移動体の進行にともない前記主撮像
装置の視野に順次入る前記単位撮像領域の前方の放射輝
度の分布をその単位撮像領域の前記視野への入来の前に
検出する制御用撮像装置とを備えることを特徴とする撮
像装置。
【請求項２】前記制御用撮像装置が前記単位撮像領域
につき予め設定した放射輝度の分布である基準値と、前
記前方領域の放射輝度の分布の検出値とを比較する手段
と、この比較結果に応答して前記主撮像装置を制御する
データ処理部を備えることを特徴とする請求項１記載の
撮像装置。
【請求項３】前記データ処理部が前記主撮像装置によ
る前記単位撮像領域の撮像開始までに少なくとも前記単
位撮像領域と同一の範囲の前記前方領域を撮像した前記
制御用撮像装置の検出器の出力データを１フレームの画
像に生成する画像処理装置を備えることを特徴とする請
求項２記載の撮像装置。
【請求項４】前記主撮像装置が、前記単位撮像領域を
視野内に有する第一の光学系と前記単位撮像領域が結像
する前記第一の光学系の第一の焦点面に配置した予め定
めた光電検出手段から成る第一の検出器とを有する第一
のカメラ部と、利得制御手段を有し前記第一の検出器の
出力信号を増幅する増幅器と、制御信号により前記増幅
器の前記利得制御手段を制御する制御部と備えること
と、前記制御用撮像装置が、前記前方領域を視野内に有
する第二の光学系と前記前方領域が結像する前記第二の
光学系の第二の焦点面に配置した予め定めた光電検出手
段から成る第二の検出器とを有する第二のカメラ部と、
前記第二の検出器の出力信号を処理し前記制御部に前記
制御信号を出力する前記データ処理部とを備えることと
を特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項５】前記制御用撮像装置および前記主撮像装
置が、前記単位撮像領域と前記前方撮像領域とを同一視
野内に有する共通の単一光学系と、それぞれ光電検出素
子から成り前記単位撮像領域が結像するほぼ中央部に配
置した前記主撮像装置の検出器と前記前方領域が結像す
る前方領域結像部に配置した前記制御用線像装置の検出
器とを有する前記単一光学系の焦点面とを備えることを
特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項６】前記主撮像装置に対する前記制御が感度
の制御であることを特徴とする請求項２記載の撮像装
置。
【請求項７】前記感度の制御を行なうための前記デー
タ処理部の処理が、標準的な放射輝度に対応する前記制御用撮像装置の第一
の出力基準値と上限値に対応する第二の出力基準値と下
限値に対応する第三の出力基準値とを前記撮像領域の予
め定めた領域につきそれぞれ設定する処理と、前記前方領域の前記放射輝度データを画像処理して画像
を出力する処理と、前記画像を構成する画素における前記放射輝度の平均値
を前記第一の基準値と比較し前記比較結果により前記主
撮像装置の第一の感度を設定する処理と、前記画素の各々の前記放射輝度を前記第二の基準値と比
較し予め定めた数の前記画素が前記第二の基準値を越え
ているときは前記第一の感度を低下するよう設定し、前
記画像の予め定めた数の前記画素が前記第三の基準値未
満のときは前記第一の感度を上昇するよう設定する処理
と、から成ることを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
【請求項８】前記画像処理装置がＣＰＵと、前記検出
器の出力データを少なくとも前記１フレーム分格納する
メモリと、前記データ処理部の制御用プログラムを格納
したプログラムメモリとを備えることを特徴とする請求
項３記載の撮像装置。
【請求項９】前記第一の検出器が、第一および第二の
観測バンドにそれぞれ対応する第一および第二の前記光
電検出手段を有することを特徴とする請求項４記載の撮
像装置。
【請求項１０】前記第一および第二の検出器の前記光
電検出手段がリニアアレイＣＣＤであることを特徴とす
る請求項４記載の撮像装置。