JP6906732B1 - 移動体撮像システム、運用計画設定装置および移動体撮像方法 - Google Patents

Abstract

地上システム（１）は、移動体（２）の反射効率を算出する反射効率算出部（１４２）と、反射効率を用いて軌道（Ｅ）上を移動する飛翔体（３）に搭載したカメラ（３ｂ）が移動体（２）を撮像したときの受信光量を予測し、予測したカメラ（３ｂ）の受信光量に基づいてカメラ（３ｂ）の露光条件を決定する条件決定部（１４３）と、露光条件を保ちながらカメラ（３ｂ）によって移動体（２）を撮像させる飛翔体（３）の運用計画を策定する運用計画策定部（１４４）とを備える。飛翔体（３）は、運用計画策定部（１４４）によって策定された運用計画に従ってカメラ（３ｂ）を用いた移動体（２）の撮像を行う。

Description

本開示は、移動体撮像システム、運用計画設定装置および移動体撮像方法に関する。

地球の周回軌道上を移動する移動体を撮像して観測することが行われている。移動体が恒星のように自ら光を放つ物体でない限り、移動体は、太陽光を反射または散乱することにより輝いてみえる。また、移動体を照らす太陽光が地球によって遮蔽されるか、移動体と太陽との位置関係によっては、移動体の表面に影が生じることがある。この場合、移動体の明るさが不足するため、移動体を正確に撮像できない。そこで、例えば、特許文献１には、ＣＣＤカメラを搭載した観測衛星と、パルス状のレーザ光を照射するレーザ送信装置を搭載した人工衛星とを備え、ＣＣＤカメラによる撮影画像を解析してスペースデブリを特定するシステムが記載されている。

特許文献１に記載されるシステムにおいて、人工衛星に搭載されたレーザ送信装置は、観測衛星が搭載するＣＣＤカメラの撮影範囲の空間に向けてレーザ光を出射させ、空間に存在するスペースデブリに照射させる。ＣＣＤカメラのレンズの手前には、レーザ光とは波長が異なる太陽光および恒星の光をカットする光学フィルタが配置され、光学フィルタは、スペースデブリで反射されたレーザ光のみを透過させる。ＣＣＤカメラは、スペースデブリで反射されたレーザ光を受光し、レーザ光が照射されたスペースデブリのみを撮影する。特許文献１に記載されるシステムは、スペースデブリの特定に太陽光を利用しないので、太陽が地球の陰になる空間または太陽光が逆光になる空間でも、スペースデブリの観測が可能である。

特開２０１１−２１８８３４号公報

移動体がレーザ光によって照明されるか否かは、レーザ送信装置と移動体との位置関係に基づいて確認することはできる。しかしながら、レーザ光が照射された移動体の明るさが不明であるため、移動体を撮像するカメラの露光条件を適切に決定できないという課題があった。例えば、レーザ光または太陽光のいずれで移動体を照明した場合であっても、照明された移動体の明るさが過剰であると、露光オーバーになる可能性がある。

本開示は上記課題を解決するものであり、軌道上を移動する移動体の明るさを考慮した露光条件で移動体を撮像することができる移動体撮像システム、運用計画設定装置および移動体撮像方法を得ることを目的とする。

本開示に係る移動体撮像システムは、大気による光の吸収分が補正された、地上側から撮像された光強度画像における移動体の明るさに基づいて、移動体の反射効率を算出する反射効率算出部と、反射効率算出部によって算出された反射効率を用いて、軌道上を移動する飛翔体に搭載したカメラが移動体を撮像したときの受信光量を予測し、予測したカメラの受信光量に基づいて当該カメラの露光条件を決定する条件決定部と、条件決定部によって決定された露光条件を保ちながらカメラによって移動体を撮像させる飛翔体の運用計画を策定する運用計画策定部を備え、飛翔体は、運用計画策定部によって策定された運用計画に従って、カメラを用いた移動体の撮像を行う。

本開示によれば、大気による光の吸収分が補正された、地上側から撮像された光強度画像における移動体の明るさに基づいて移動体の反射効率を算出し、反射効率を用いて、飛翔体に搭載したカメラが移動体を撮像したときの受信光量を予測し、予測したカメラの受信光量に基づいて当該カメラの露光条件を決定し、当該露光条件を保ちながらカメラによって移動体を撮像させる飛翔体の運用計画を策定する。飛翔体が、当該運用計画に従ってカメラを用いた移動体の撮像を行う。これにより、本開示に係る移動体撮像システムは、軌道上を移動する移動体の明るさを考慮した露光条件で移動体を撮像することができる。

実施の形態１に係る地上システムの構成例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る地上システムの概要を示すイメージ図である。 光度測定装置の構成例を示すブロック図である。 解析装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る運用計画設定装置の構成例を示すブロック図である。 地上局の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る地上システムにおける移動体、飛翔体および光度測定装置の位置関係を示すイメージ図である。 実施の形態１における解析装置の動作を示すフローチャートである。 光強度画像、明点リストおよび恒星リストの例を示す概要図である。 実施の形態１に係る移動体撮像方法を示すフローチャートである。 図１０のステップＳＴ１ａの詳細な処理を示すフローチャートである。 図１０のステップＳＴ２ａおよびステップＳＴ３ａの詳細な処理を示すフローチャートである。 図１３Ａは、実施の形態１に係る運用計画設定装置の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図であり、図１３Ｂは、実施の形態１に係る運用計画設定装置の機能を実現するソフトウェアを実現するハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る地上システムの構成例を示すブロック図である。 反射光測定装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態２に係る地上システムの概要を示すイメージ図である。 実施の形態２に係る地上システムの動作を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る運用計画設定装置の動作を示すフローチャートである。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る地上システム１の構成例を示すブロック図である。また、図２は、地上システム１の概要を示すイメージ図である。図１および図２において、地上システム１は、飛翔体３を用いて移動体２を撮像する移動体撮像システムである。地上システム１は、基準信号源４、恒星データベース５および軌道上物体データベース６を用いた情報処理を行う地上測定装置１１を備える。地上測定装置１１は、図１に示すように移動体２からの光（１）を地上側で受光することにより移動体２の光強度画像を生成し、生成した光強度画像における移動体２の明るさを解析する。地上測定装置１１は、光度測定装置１２および解析装置１３を備える。

地上システム１は、運用計画設定装置１４および地上局１５をさらに備える。運用計画設定装置１４は、地上測定装置１１によって解析された移動体２の明るさに基づいて、飛翔体３で移動体２を撮像する際のカメラ３ｂの露光条件を決定し、決定した露光条件を保ちながらカメラ３ｂによって移動体２を撮像させる飛翔体３の運用計画を策定する。地上局１５は、運用計画設定装置１４によって策定された運用計画情報（２ｂ）を飛翔体３へ送信し、カメラ３ｂによって撮像された移動体２の撮像画像（２ａ）を受信する。

移動体２は、自ら発光せず、特定の光源からの光が照射されて明るく輝く。特定の光源は、地球周辺の宇宙空間内の軌道上の物体を照明する光源であり、例えば、図２に示すように、恒星（Ａ）または太陽（Ｂ）である。特定の光源が太陽（Ｂ）である場合、移動体２は、太陽（Ｂ）の約５８００Ｋの黒体放射によって照明される。移動体２は、地球周辺の宇宙空間内の軌道（Ｃ）上を移動する物体であり、例えば、隕石、人工衛星、ロケットまたはスペースデブリである。

飛翔体３は、地球周辺の宇宙空間内の軌道でかつ移動体２と同じまたは異なる軌道上を移動し、移動体２からの光をカメラ３ｂに集光する光学系３ａと移動体２を撮像するためのカメラ３ｂとを備えている。飛翔体３は、地上局１５から送信されたコマンドに従って運用される。また、地上局１５は、飛翔体３によって撮像された移動体２の撮像画像を受信する。

基準信号源４は、解析装置１３および運用計画設定装置１４による各動作の基準信号（３）を発生する信号源であり、例えば、ＮＴＰ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｉｍｅ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）サーバである。図２において、基準信号源４は、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）信号を電波として配信するＧＰＳ衛星である。ここでは、ＧＰＳを例として記しているが、日本のみちびき、ロシアのＧＬＯＮＡＳＳ、欧州のＧａｌｉｌｅｏのようなＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）であってもよい。

恒星データベース５には、恒星（Ａ）または（Ｂ）の位置と、この恒星から発せられた光の特定の波長帯における明るさとの対応データ（４）が登録される。恒星データベース５に登録されるデータ（４）は、一般に公開されたデータであってもよい。図１および図２において、恒星データベース５は、地上システム１の外部に設けられている。ただし、恒星データベース５は、解析装置１３および運用計画設定装置１４の内部に設けられてもよい。また、恒星データベース５は、ネットワーク上に配置されたものでもよい。この場合、解析装置１３および運用計画設定装置１４は、ネットワークを介して恒星データベース５と通信接続される。

軌道上物体データベース６には、軌道が既知である複数の移動体２の各観測時刻における軌道上の位置を示すデータ（５）が登録されている。例えば、データ（５）は、互いに異なる複数の移動体２の観測時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・における位置を示すデータである。観測時刻Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・は、移動体２の軌道（Ｃ）上の位置を求めたときの元期である。図１および図２において、軌道上物体データベース６は、地上システム１の外部に設けられている。ただし、軌道上物体データベース６は、解析装置１３および運用計画設定装置１４の内部に設けられてもよい。また、軌道上物体データベース６は、ネットワーク上に配置されたものでもよい。この場合、解析装置１３および運用計画設定装置１４は、ネットワークを介して軌道上物体データベース６と通信接続される。

図２に示すように、地上測定装置１１が備える光度測定装置１２は、地球周辺の宇宙空間内の軌道（Ｃ）上を移動する移動体２を、地上側から撮像して光強度画像を生成する。図３は、光度測定装置１２の構成例を示すブロック図である。図３において、光度測定装置１２は、集光部１２１、指向部１２２、光選択部１２３、遮光部１２４、光検出部１２５、時刻校正部１２６、カウンタ１２７および制御部１２８を備える。

集光部１２１は、図２に示す大気（Ｄ）を伝播してきた移動体２からの光（１）を集光する。例えば、集光部１２１は、光の屈折を利用する屈折型の望遠鏡によって実現され、測定対象の移動体２からの放射光または反射光を集光する。移動体２からの放射光は、移動体２が自ら発した光を意味し、移動体２からの反射光は、例えば、恒星（Ａ）または太陽（Ｂ）から発せられ、移動体２において反射された光を意味する。なお、集光部１２１は、屈折型の望遠鏡に限定されるものではなく、例えば、光の反射を利用する反射型の望遠鏡で実現されてもよい。また、集光部１２１は、屈折型の望遠鏡と反射型の望遠鏡とを組み合わせたものでもよい。

指向部１２２は、制御部１２８から指示された指向方向に集光部１２１を向けるものである。例えば、指向部１２２は、回転ステージを駆動させる駆動制御装置であり、回転ステージ上に集光部１２１の光学系が設けられる。回転ステージは、少なくとも一軸以上の回転軸を有しており、例えば経緯台または赤道儀である。指向部１２２は、制御部１２８からの指令に応じて回転ステージを回転させるモータを駆動することにより、回転ステージ上の集光部１２１の指向方向を変更する。

光選択部１２３は、集光部１２１によって集光された光（１）の波長または偏光を選択する。例えば、光選択部１２３は、互いに異なる波長帯の光をそれぞれ通過させる複数の波長フィルタおよび互いに異なる偏光の光をそれぞれ通過させる複数の偏光フィルタを備えたフィルタホイールを備える。光選択部１２３は、制御部１２８からの指令に応じてフィルタホイールを回転させることにより、遮光部１２４側へ出力する光の波長および偏光を選択する。また、光選択部１２３は、集光部１２１により集光された光（１）のうち、遮光部１２４側へ出力させない光を部分的に吸収するＮＤフィルタ、または、遮光部１２４側へ出力させない光を選択的に取り除く波長フィルタを、遮光部１２４側への光路上に常に配置したものであってもよい。

遮光部１２４は、光選択部１２３と光検出部１２５との間の光路上に設けられ、光選択部１２３により選択された光の遮断と透過とを交互に繰り返し実施する。例えば、遮光部１２４は、機械的または電子的なシャッターである。遮光部１２４は、カメラのシャッターと同様に、露光時間に合わせてシャッターが開閉することにより、光の遮断と透過とを交互に繰り返し実施する。

光検出部１２５は、遮光部１２４を透過した光を検出することにより、移動体２が被写体となった光強度画像（６）を生成し、生成した光強度画像（６）を解析装置１３に出力する。例えば、光検出部１２５は、可視光線を検出する場合、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ、または、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサ等であり、赤外線を検出する場合ＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・ヒ素）検出器、等である。なお、光検出部１２５は、ＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサ、あるいはＩｎＧａＡｓイメージセンサの他に、読み出し回路およびメモリを備えていてもよい。

光検出部１２５がＣＣＤイメージセンサまたはＣＭＯＳイメージセンサ、あるいはＩｎＧａＡｓイメージセンサである場合に、光検出部１２５は、その視野内に移動体２が存在すれば、当該視野の中心位置からずれた位置に移動体２が存在しても、移動体２からの光を検出することができる。このため、集光部１２１の指向方向の制御が容易である。光検出部１２５によって撮像された光強度画像を参照することにより、光検出部１２５の視野の上下左右のいずれに向かって移動体２が移動しているかを知ることができ、移動体２の周辺に存在する恒星の位置とその明るさ（光量）を知ることができる。

時刻校正部１２６は、解析装置１３から出力された基準信号（８）に基づいて、カウンタ１２７によって計時される時刻を校正する。例えば、基準信号源４がＧＰＳ衛星である場合、解析装置１３が、複数のＧＰＳ衛星から配信されるＧＰＳ情報（３）を受信して、受信したＧＰＳ情報（３）を、基準信号（８）として時刻校正部１２６に出力する。時刻校正部１２６は、基準信号（８）であるＧＰＳ情報を解析することにより、光度測定装置１２の地球上の位置に加えて、現在の時刻を取得する。また、時刻校正部１２６は、電波時計が利用する標準電波またはＮＴＰに代表されるネットワーク機器の時刻同期のためのプロトコルを用いて時刻を取得するものであってもよい。

例えば、恒星は日周運動により、１秒間で１５秒角（＝１５／３６００°）ほど動く。このため、位置の決定に秒角の精度が必要な場合は、少なくともサブ秒で時刻を校正する必要がある。携帯電話に代表されるモバイル端末またはタブレット端末には、ＧＰＳ受信機が内蔵されているものが多い。そこで、時刻校正部１２６は、ネットワークを経由してモバイル端末またはタブレット端末と通信して時刻同期を行う機能を有していてもよい。なお、時刻には様々な定義があるが、以下では、協定世界時（ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｔｉｍｅ）とする。

時刻校正部１２６は、遮光部１２４であるシャッターがミリ秒程度の時間で開閉されるので、マイクロ秒程度の精度で時刻合わせができればよい。また、時刻校正部１２６は、カウンタ１２７の時刻が、基準信号（８）が示す時刻とのずれが大きい場合、カウンタ１２７の時刻を校正する必要があるため、校正処理は、光度測定装置１２による移動体２の撮像前に行うことが望ましい。

カウンタ１２７は、ある時刻からの経過時間を計時し、計時した時刻情報（７）を解析装置１３および制御部１２８に出力する。例えば、カウンタ１２７は、時計に代表される計時手段である。カウンタ１２７が計時する時刻情報（７）は、時刻校正部１２６により校正される。

制御部１２８は、カウンタ１２７によって計時される時刻情報（７）に基づいて、指向部１２２による集光部１２１の指向調整処理、光選択部１２３による光の選択処理、遮光部１２４の遮光と透過の切り替え処理、および、光検出部１２５による光強度画像（６）の撮像処理を制御する。また、制御部１２８は、運用計画設定装置１４から受信した指向情報（８ａ）に従って、集光部１２１の指向調整処理を制御する。例えば、制御部１２８は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を実装した半導体集積回路またはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）により実現される。

地上測定装置１１が備える解析装置１３は、光度測定装置１２によって撮像された光強度画像における移動体２の明るさを解析する。図４は、解析装置１３の構成例を示すブロック図である。図４において、解析装置１３は、記憶部１３１、解析処理部１３２および通信部１３３を備える。

記憶部１３１は、光検出部１２５によって生成された光強度画像（６）に加えて、カウンタ１２７からの時刻情報（７）、解析処理部１３２により算出された移動体２の軌道上の位置と光強度画像（６）における移動体２の明るさを示す光量（エネルギー）とを含むデータ、および、当該データの時系列データ（ログ）を記憶する。

解析処理部１３２は、光強度画像（６）における特定の光源（Ａ）の明るさに基づいて、大気（Ｄ）による光の吸収分が補正された光強度画像（６）を作成することで、同じ光強度画像（６）に写る移動体２の大気（Ｄ）による光の吸収分も補正される。これにより、大気（Ｄ）による光の吸収が補正された、光源（Ｂ）により照らされて光る、軌道（Ｃ）における移動体２の明るさを解析する。特定の光源（Ａ）は、恒星データベース５に登録されている恒星である。地球の大気圏外での恒星の明るさ、すなわち、大気（Ｄ）による光の吸収が補正された明るさを示すデータは、恒星データベース５に登録されている。恒星データベース５から取得されたデータ（４）は、恒星の位置と、この恒星から発せられた光の特定の波長帯における明るさとの対応データ（４）である。

解析処理部１３２は、基準信号源４から受信された基準信号（３）、恒星データベース５から取得されたデータ（４）、および軌道上物体データベース６から取得されたデータ（５）を用いて、光強度画像（６）を解析する。解析処理部１３２は、光強度画像（６）を解析することにより、光強度画像（６）上の移動体２の位置を算出し、光検出部１２５により受光された光量を算出する。光選択部１２３において特定の波長帯の光を選択可能な波長フィルタが設定された場合、光検出部１２５は、光選択部１２３によって選択された特定の波長帯の信号光を受光し、受光した特定の波長帯の光の強度を示す光強度画像（６）を生成する。例えば、解析処理部１３２は、ＣＰＵを実装した半導体集積回路またはＦＰＧＡにより実現される。

通信部１３３は、基準信号源４と、恒星データベース５と、軌道上物体データベース６と、運用計画設定装置１４との間で通信を行う。例えば、通信部１３３は、基準信号源４からの基準信号（３）を受信し、恒星データベース５からデータ（４）を受信し、軌道上物体データベース６からデータ（５）を受信して解析処理部１３２に出力し、解析結果（９）を運用計画設定装置１４に送信する。

図５は、運用計画設定装置１４の構成例を示すブロック図である。図５に示すように、運用計画設定装置１４は、通信部１４１、反射効率算出部１４２、条件決定部１４３および運用計画策定部１４４を備える。通信部１４１は、基準信号源４と、恒星データベース５と、軌道上物体データベース６と、地上局１５との間で通信を行う。例えば、通信部１４１は、基準信号源４からの基準信号（３）を受信し、恒星データベース５からデータ（４）を受信し、軌道上物体データベース６からデータ（５）を受信し、解析装置１３から解析結果（９）を受信して反射効率算出部１４２に出力して、運用計画情報（１０）を地上局１５に送信する。

反射効率算出部１４２は、大気（Ｄ）による光の吸収分が補正された、地上側から撮像された光強度画像における移動体２の明るさに基づいて、移動体２の見かけの反射効率を算出する。例えば、反射効率算出部１４２は、基準信号源４から受信した基準信号（３）と、恒星データベース５から受信したデータ（４）と、軌道上物体データベース６から受信したデータ（５）と、解析装置１３による解析結果（９）に含まれる光強度画像（６）における移動体２の位置および受光光量とを用いて、移動体２の見かけの反射効率を算出する。移動体２の見かけの反射効率は、特定の光源から発せられた光によって照らされて光っている移動体２の見かけの面積と移動体２の単位面積当たりの反射率との積である。

条件決定部１４３は、反射効率算出部１４２によって算出された反射効率を用いて、飛翔体３に搭載されたカメラ３ｂが移動体２を撮像したときの受信光量を予測し、予測したカメラ３ｂの受信光量に基づいて、カメラ３ｂの露光条件を決定する。例えば、条件決定部１４３は、将来の時刻における移動体２、飛翔体３および太陽の幾何学的な位置関係を求め、求めた位置関係に基づいて将来の時刻における飛翔体３のカメラ３ｂの受信光量を予測する。条件決定部１４３は、飛翔体３のカメラ３ｂの受信光量の予測値に基づいて、カメラ３ｂの露光条件、例えば、カメラ３ｂのゲイン（電子的に信号を増幅する割合）、シャッター速度（露光時間）および光学系３ａの絞り度合いを決定する。

なお、条件決定部１４３は、将来の時刻における移動体２、飛翔体３および太陽の幾何学的な位置関係を求める際に、移動体２、飛翔体３、地球、月および太陽の任意の時刻における位置ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）、ｚ（ｔ）およびこれらの相対速度を求めて、幾何学的な配値条件、例えば、太陽が月の裏側に隠れる蝕などの時刻を求める場合もある。

運用計画策定部１４４は、条件決定部１４３によって決定されたカメラ３ｂの露光条件を保ちながらカメラ３ｂによって移動体２を撮像させる飛翔体３の運用計画を策定する。
例えば、運用計画策定部１４４は、カメラ３ｂの露光条件を保って移動体２を撮像し、かつ、飛翔体３に対する移動体２の相対運動が減るように飛翔体３が移動体２を追跡する運用計画を策定する。運用計画策定部１４４によって策定された飛翔体３の運用計画は、将来の時刻においてカメラ３ｂが移動体２を撮像するための運用計画である。このため、運用計画に従って飛翔体３を運用するための一連のコマンドは、将来の時刻に至る前に、地上局１５から飛翔体３へ送信される。なお、運用計画策定部１４４は、飛翔体３を模擬するエミュレータにおいて上記一連のコマンドを再生することにより、コマンドに不具合がないかを確かめてもよい。飛翔体３を模擬するエミュレータは、例えば、衛星エミュレータであってもよい。

図６は、地上局１５の構成例を示すブロック図である。図６に示すように、地上局１５は、アンテナ１５１、信号送信部１５２、信号受信部１５３、記憶部１５４、通信部１５５、指向部１５６および制御部１５７を備える。アンテナ１５１は、飛翔体３との通信に用いられるアンテナであり、例えば、図２に示すようなパラボラアンテナである。アンテナ１５１は、信号送信部１５２から出力された信号を電波として飛翔体３へ送信し、飛翔体３からの信号を受信して信号受信部１５３に出力する。

一般に、人工衛星との通信には、ＸバンドまたはＳバンドといった波長帯が決められて使われており、電波の届き易さと通信速度で使い分けられている。以下の説明では、電波を使った飛翔体３との通信を想定している。ただし、電波の代わりに、光を使っても同様に、飛翔体３に運用計画情報を送信し、飛翔体３からの撮像データを受信することが可能である。なお、光通信を行う場合には、アンテナ１５１の代わりに、図３に示した集光部１２１と同様な構成の光学系が設けられる。

信号送信部１５２は、飛翔体３へ送信する信号をアンテナ１５１に出力する。信号送信部１５２から出力される信号は、信号送信部１５２によって符号化されたものでもよい。信号受信部１５３は、アンテナ１５１によって受信された信号を取得し、取得した信号を記憶部１５４に記憶する。信号受信部１５３によって受信された信号は、復号および増幅されてもよい。

記憶部１５４は、信号受信部１５３によって外部から受信されたデータを一時的に記憶する。通信部１５５は、運用計画設定装置１４が備える通信部１４１との間で通信を行うものであり、例えば、運用計画設定装置１４から運用計画情報（１０）を受信する。通信部１５５による通信の波長帯は、モバイル通信の波長帯を想定しているが、通信の波長帯については限定するものではなく、光通信を用いてもよい。

指向部１５６は、制御部１５７から指示された指向方向にアンテナ１５１を向けるものである。例えば、指向部１５６は、回転ステージを駆動させる駆動制御装置であり、回転ステージ上にアンテナ１５１が設けられる。回転ステージは、少なくとも一軸以上の回転軸を有しており、例えば経緯台または赤道儀である。指向部１５６は、制御部１５７からの指令に応じて回転ステージを回転させるモータを駆動することにより、回転ステージ上のアンテナ１５１の指向方向を変更する。

制御部１５７は、運用計画情報（１０）に基づいて、指向部１５６によるアンテナ１５１の指向調整処理を制御し、信号送信部１５２による信号の送信タイミングを制御し、信号受信部１５３による信号の受信タイミングを制御する。例えば、制御部１５７は、ＣＰＵを実装した半導体集積回路またはＦＰＧＡにより実現される。

図７は、地上システム１における、移動体２、飛翔体３および光度測定装置１２の位置関係を示すイメージ図である。軌道（Ｅ）上を移動する飛翔体３のカメラ３ｂで移動体２を撮像する場合、飛翔体３に対する移動体２との相対速度が異なると、シャッター速度が長くなるにつれて、撮像画像は、手振れのようなぼやけた像になる。さらに、飛翔体３に対する移動体２との相対速度が大きい場合、飛翔体３から移動体２が遠ざかるのも早い。このため、飛翔体３は、軌道（Ｅ）上でカメラ３ｂの露光条件を試行錯誤することなく、地上側から撮像された光強度画像を用いてカメラ３ｂの露光条件を決定する必要がある。

飛翔体３のカメラ３ｂで移動体２を撮像する際の露光条件を決定するために、光度測定装置１２は、図７に示すように、大気（Ｄ）を介して地上側から移動体２を撮像し、移動体２の光強度画像を解析装置１３に出力する。移動体２は、軌道（Ｃ）上を移動し、飛翔体３は、軌道（Ｃ）とは異なる軌道（Ｅ）上を移動する。解析装置１３は、大気（Ｄ）による光の吸収が補正された太陽光による移動体２の軌道（Ｃ）における明るさを示すデータと太陽光による光強度画像における移動体２の明るさとに基づいて、大気（Ｄ）による光の吸収量を算出する。

運用計画設定装置１４は、大気（Ｄ）による光の吸収分が補正された、地上側から撮像された光強度画像（６）における移動体２の明るさに基づいて、時刻ｔ_１における移動体２の見かけの反射効率を算出する。運用計画設定装置１４は、時刻ｔ_１における移動体２の見かけの反射効率を用いて、飛翔体３が実際に撮影する時刻ｔ_３における太陽（Ｂ）と移動体２との位置関係から軌道（Ｃ）における移動体２の明るさを求め、求めた明るさに基づいて飛翔体３のカメラ３ｂの露光条件を反映した運用計画を策定する。地上局１５は、運用計画設定装置１４によって策定された運用計画情報を、図７に示すように、時刻ｔ_３よりも前の時刻ｔ_２に飛翔体３に送信する。飛翔体３のカメラ３ｂは、運用計画設定装置１４から時刻ｔ_２に受信した運用計画情報に従って、時刻ｔ_３に移動体２を撮像する。

移動体２に対して太陽（Ｂ）と飛翔体３とがなす角を位相角とした場合、位相角が０に近い、すなわち、太陽（Ｂ）と移動体２と飛翔体３が一列に並ぶと、移動体２における太陽光の反射が多くなり、移動体２が明るく観測される。ただし、例えば地球によって太陽光が遮蔽されると、太陽光によって移動体２が照明されない可能性がある。
そこで、運用計画設定装置１４は、軌道上物体データベース６に登録されている移動体２の軌道情報を用いて、地球が太陽光を遮蔽しない移動体２の軌道（Ｃ）上の位置を求める。そして、地球が太陽光を遮蔽しない軌道（Ｃ）上の位置に移動体２が存在するとき、すなわち、移動体２が太陽光によって照明される時刻ｔ_１に、光度測定装置１２は、移動体２を撮像する。

移動体２と光度測定装置１２との間で相対運動がある場合、光度測定装置１２は、集光部１２１に運動する移動体２を追尾させることで、光検出部１２５の視野内に移動体２を捉え続けることができる。集光部１２１が移動体２を追尾するためには、移動体２が光検出部１２５の視野範囲から外に出ないように、集光部１２１の指向方向の制御を継続する必要がある。

運用計画設定装置１４は、移動体２の撮像前に、通信部１４１を経由して軌道上物体データベース６から取得した移動体２の過去の軌道情報を用いて、移動体２を撮像する時刻ｔ_１からの各時刻の移動体２の位置を予測する。そして、運用計画設定装置１４は、各時刻における移動体２と光度測定装置１２との相対位置を特定し、各時刻における相対位置に従って集光部１２１の指向情報（８ａ）を生成する。光度測定装置１２が備える制御部１２８は、解析装置１３を介して指向情報（８ａ）を取得し、指向情報（８ａ）に従って集光部１２１の指向方向を指向部１２２に指示する。

光選択部１２３は、集光部１２１によって集光された移動体２からの反射光または散乱光のうちから選択した波長の光を透過する。光選択部１２３は、例えば、恒星データベース５に登録されている恒星のある波長帯と同じ波長を透過するように波長フィルタを選択することで、選択した波長帯の光量を正確に求めることが可能である。波長フィルタは、Ｊｏｈｎｓｏｎフィルタ、または、ＳＤＳＳ（Ｓｌｏａｎ Ｄｉｇｉｔｉｚｅｄ Ｓｋｙ Ｓｕｒｖｅｙ）フィルタであってもよい。

集光部１２１はその指向方向が一定位置に到達すると、光度測定装置１２は、移動体２の撮像を開始する。なお、移動体２が暗い場合、この段階では、移動体２がノイズに埋もれて見えていない可能性がある。光選択部１２３が相対的に動いている移動体２を撮像し続けると、移動体２の像が流れてしまう。このため、遮光部１２４は、露光する時間で光を遮る必要がある。光度測定装置１２には、露光時間中に光を遮るために、遮光部１２４が設けられている。制御部１２８は、遮光部１２４であるシャッターの開閉時刻を指示する。遮光部１２４は、制御部１２８に指示された開閉時刻に、集光部１２１によって集光（結像）された光の遮断と透過を交互に繰り返す。

光度測定装置１２が移動体２を撮像する際に、移動体２の明るさは、不明である。このため、光検出部１２５に入射される光の強度（光度）が飽和しないように、遮光部１２４は、光検出部１２５へ入射される光を適切な時間だけ透過させる。光度測定装置１２は、集光部１２１が移動体２を追尾するため、光度測定装置１２の光検出部１２５で見たとき、移動体２に対する相対速度を十分に小さくすることができる。具体的には、地球の大気（Ｄ）の揺らぎによる１〜３秒角と同等以下にできるので、光検出部１２５に入射する光の強度に飽和がみられても、遮光部１２４におけるシャッターの開閉パラメータを適切に設定し、シャッターの開放時間を調整することで、光検出部１２５に入射する光の強度が飽和しない露光条件を調整することができる。

例えば、制御部１２８は、遮光部１２４であるシャッターの開放時間が短いフレームと長いフレームとの光検出部１２５における光量を比較して、光検出部１２５において光の強度が飽和していないフレームの露光時間を採用する。移動体２と光度測定装置１２との相対速度に依存するが、移動体２の結像がノイズに埋もれていなければ、露光時間が短い分には、光検出部１２５が光を検出する処理以降の処理は可能であり、露光時間が長い方であっても、数秒から１０秒程度であればよい。

光検出部１２５は、入射光の強度が飽和しない範囲で必要に応じてゲイン倍率（増幅）が調整される。なお、光検出部１２５が、ＣＣＤのような半導体検出器である場合、受信光量は、入射光によって活性化した電子の数を数えることで得られる。光検出部１２５の検出面が光に曝される時間は、シャッターの開放時間によって決定されるため、光量の精度は、シャッターの開放時間の精度に依存する。さらに、シャッターの開閉時刻は、移動体２の位置を特定する精度に依存する。

光検出部１２５による光強度画像（６）の撮像時間は、遮光部１２４であるシャッターの開放時間と同期している。制御部１２８は、シャッターの開放時刻を観測の開始時刻として求める。すなわち、光検出部１２５は、シャッターの開放時刻に対してシャッターの開閉時間の半分の時間を加えた時刻（シャッターが開放される時間）を、撮像時刻として光強度画像（６）を撮像する。

解析装置１３は、光度測定装置１２により撮像された光強度画像（６）を入力すると、入力した光強度画像（６）を下記のように解析する。
図８は、解析装置１３の動作を示すフローチャートである。解析処理部１３２は、光検出部１２５によって撮像された光強度画像（６）を取得する（ステップＳＴ１）。また、解析処理部１３２は、移動体２の撮像開始時刻、遮光部１２４であるシャッターの開放時間および集光部１２１の指向方向情報を含む情報（以下、ステータス情報と記載する。）についても、通信部１３３を介して制御部１２８から取得する。なお、解析処理部１３２は、記憶部１３１に一時保存した光強度画像を取得してもよい。

解析処理部１３２は、光強度画像（６）から、暗電流ノイズを除去し、背景光ノイズを除去し、移動体２の周辺光量の減衰を補正した後に、集光部１２１の指向方向が光検出部１２５の視野の中心であると仮定して、光検出部１２５の視野の中心位置と視野角を算出する（ステップＳＴ２）。視野角は、光強度画像の１画素の大きさｐと、集光部１２１の焦点距離ｆとに基づいて、１画素の視野角θ（＝ａｔａｎ（ｐ／ｆ））を求めて画素数倍することで算出可能である。

解析処理部１３２は、光強度画像から背景光を除去し、光検出部１２５のノイズを除去することにより、光強度画像において、画素値が閾値以上の画素が集まっている画素群である点像（以下、明点と記載する。）を抽出し、光強度画像における画素群の位置および光量を求める（ステップＳＴ３）。明点または明点の集まりは、光強度画像における移動体２のみに存在する訳でなく、光強度画像における移動体２の背景の恒星にも同時に存在する。解析処理部１３２は、各々のフレームの光強度画像における明点の位置および光量を算出する。上記閾値は、０値より大きく、画素値の最大値より小さい値の範囲から設定される。光強度画像における明点の広がりは、集光部１２１の大きさが有限である場合、回折限界で広がりを有する。実際には、大気（Ｄ）の揺らぎに起因した広がりまたはシーイングの影響もあり、明点は回折限界よりも広がる。明点は広がりを有するので、広がりの代表的な位置である重心位置と、および、広がり内に含まれる光量の和を求める。

図９は、光強度画像（６）、明点リスト（６Ａ）および恒星リスト（５Ａ）の例を示す概要図である。図９において、光強度画像（６）における番号ｎ_１，ｎ_２，ｎ_３，ｎ_４，ｎ_５，・・・の明点は、移動体２、恒星およびノイズから構成される。すなわち、光強度画像（６）には、複数の明点が写っており、各明点は、回折または大気（Ｄ）の揺らぎにより広がりを有する。ステップＳＴ３において、解析処理部１３２は、光強度画像（６）における明点の位置と、光量の和をリストアップした明点リスト（６Ａ）を生成する。

解析処理部１３２は、光検出部１２５の視野の中心位置および視野角を用いて、集光部１２１の指向方向と見かけの大きさが求まる。さらに、解析処理部１３２は、光強度画像（６）に設定した座標と、宇宙空間の恒星の位置を示す天球座標の位置関係とを求める。天球座標には、天の赤道を基準とした赤道座標系、観測者の地平線を基準とした地平座標系、または、銀河面を基準とした銀河座標系がある。これらの座標系は、基準がどこであるかの違いであり、いずれを用いてもよい。光強度画像（６）上の位置は、天球座標の位置、赤経または赤緯、あるいは、方位角または仰角といった角度に応じて表すことが可能である。

そこで、解析処理部１３２は、一般的な天球座標と光強度画像との座標変換を確認するため、恒星データベース５から、光強度画像（６）において光検出部１２５の視野の中心位置および視野角が示す範囲よりも広い範囲内にある恒星の位置および明るさ（等級）を示す情報を取得する（ステップＳＴ４）。例えば、解析処理部１３２は、光検出部１２５の視野の中心位置および視野角が示す範囲よりも若干広い範囲内（例えば、２倍広い）に存在する恒星の位置および明るさを恒星データベース５から取得し、取得した恒星の位置および明るさを用いて、図９に示す恒星リスト５Ａを生成する。

続いて、解析処理部１３２は、光強度画像における画素位置と天球座標との対応付けを行う（ステップＳＴ５）。例えば、解析処理部１３２は、明点リスト６Ａにリストアップした明点と恒星リスト５Ａにリストアップした恒星との幾何的な位置および明るさを比較することにより、天球座標（または方位角および仰角）と光強度画像（６）の画素位置とを対応付けたリスト６Ｂを生成する。

位置の相対関係を求めるためのパターンマッチングとして、例えば、ＳＳＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ｓｑｕａｒｅｄ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）法、ＳＡＤ（Ｓｕｍ ｏｆ Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）法、相互相関法（Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）、正規化相互相関（ＮＣＣ；Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）法、零平均正規化相互相関（ＺＮＣＣ；Ｚｅｒｏ ｍｅａｎｓ Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ Ｃｒｏｓｓ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）法、位相限定相関（ＰＯＣ；Ｐｈａｓｅ−Ｏｎｌｙ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）法がある。天球座標と光強度画像（６）とは、配列の並進、回転、拡大および縮小のパラメータを与えたパターンマッチング処理によって対応付けることができる。

明点リスト６Ａにおいては、例えば明点が明るさの順に並んでおり、恒星リスト５Ａは、例えば、恒星の位置が赤経の順に並んでいるものとする。また、以降の説明の簡単のため、光強度画像の横軸が赤経方向に沿っており、縦軸が赤緯方向に沿っているものとする。光強度画像（６）における明点の横軸ｘの座標は、小さい順にｘ_１，ｘ_５，ｘ_３，ｘ_２，ｘ_４となる。恒星リスト５Ａにおける恒星との対応付けられていない明点は、移動体２またはノイズとみなされる。

図９において、恒星リスト５Ａにおける番号１０５５の恒星と、明点リスト６Ａにおける番号ｎ_１の明点とが対応付けられ、番号１０５６の恒星と番号ｎ_５の明点とが対応付けられ、番号１０５７の恒星と番号ｎ_２の明点とが対応付けられ、番号１０５８の恒星と番号ｎ_４の明点とが対応付けられる。恒星リスト５Ａにおいて、明点リスト６Ａにおける番号ｎ_３の明点と対応する恒星はない。このため、番号ｎ_３の明点は、移動体２またはノイズとみなされる。ただし、上記の対応付けを用いて座標（ｘ，ｙ）と座標（ａ，ｂ）との座標変換を行うことにより、恒星リスト５Ａにない明点についても座標変換することが可能である。なお、相対速度による像の広がりを明示するために、番号ｎ_３の明点は、楕円状に図示されている。番号ｎ_３との相対運動が小さい場合、番号ｎ_３の明点の像の広がりは相対的に小さくなる。この場合、番号ｎ_３の明点の周囲に見られる恒星との相対速度は反対に大きくなるため、恒星の像の広がりは相対的に大きくなる。

解析処理部１３２は、恒星のカタログ等級に基づいて、光強度画像（６）における全ての明点の光量を求める（ステップＳＴ６）。例えば、解析処理部１３２は、光強度画像（６）における明点のうち、恒星データベース５に明るさが設定されている恒星に対応する明点を抽出し、光量を求める。恒星データベース５に設定された恒星のカタログ等級と、光強度画像（６）における明点の光量とは、変換係数と光検出部１２５のゼロ点の明るさとを与えることで、互いに対応付けることが可能である。等級は明るさが１００倍になると−５等級と定義されている。このため、明点の光量をＦとし、等級をｍとし、露光時間をＴとした場合、等級ｍは、下記式（１）に従って算出することができる。
ｍ＝−２．５ｌｏｇ_１０（Ｆ／Ｔ）＋ｍ_ｚｅｒｏ ・・・（１）

露光時間Ｔに影響を受けた等級ｍは、上記式（１）におけるｌｏｇを展開して変形した下記式（２）によって表される。下記式（２）から、露光時間Ｔの影響を受けると、等級ｍは、ゼロ点がシフトする。下記式（２）において、ｍ_ｚｅｒｏは一般に機械等級と呼ばれている。
ｍ＝−２．５ｌｏｇ_１０（Ｆ）＋ｍ_ｚｅｒｏ’
ｍ_ｚｅｒｏ’＝ｍ_ｚｅｒｏ＋２．５ｌｏｇ_１０（Ｔ） ・・・（２）

解析処理部１３２は、恒星データベース５に設定されたカタログ等級と光強度画像（６）における明点の光量とを対応付けると、光強度画像における明点の光量から機械等級を求める。恒星リスト５Ａにおける等級ｖと明点リスト６Ａにおける明点の光量Ｆとのペアは、大気（Ｄ）による光の吸収がない場合に、単位時間当たりの光度が同じになるので、下記式（３）に従って、機械等級ｍ_ｚｅｒｏは、複数の恒星に対応づいた明点の光量の平均として求めると、露光時間Ｔのゼロ点シフト分も考慮された形で求めることができる。下記式（３）において、＜ ＞は平均値を表す。
ｍ_ｚｅｒｏ＝＜ｖ−２．５ｌｏｇ_１０（Ｆ）＞ または、
ｍ_ｚｅｒｏ＝＜ｖ−ｍ＞ ・・・（３）

機械等級ｍ_ｚｅｒｏの算出には、明点の光量の平均値の他に、中央値を用いてもよいし、標準偏差σ以上離れたデータを棄却するといった統計的な処理を用いてもよい。機械等級を求めることにより、ゼロ点における明るさが求められる。ゼロ点における明るさを用いることにより、光強度画像（６）における全ての明点、恒星、移動体２およびノイズの等級ｍを求めることができる。

続いて、解析処理部１３２は、大気（Ｄ）による光の吸収量を求める（ステップＳＴ７）。恒星データベース５に設定されたカタログ等級は、地球の大気（Ｄ）による光の吸収を受けていない明るさであり、光強度画像における明点の光量は、地球の大気（Ｄ）による光の吸収を受けたものである。解析処理部１３２は、恒星データベース５に対応する恒星が存在しない移動体２の光量を、前述の機械等級を補正することによって、大気（Ｄ）による光の吸収分が補正された軌道（Ｃ）上の明るさとして求める。

光強度画像における明点の光量は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳといった半導体検出器では、入射光によって生じた電子の数で計測される。このため、集光部１２１の開口面積Ａまたは光選択部１２３における光の透過率τを事前に計測しておくことで、実測した天体の光量（観測値）とカタログ等級とを比較することができる。これにより、大気（Ｄ）による光の吸収量εを求めることができる。ただし、実施の形態１は、移動体２の軌道（Ｃ）上での明るさを、大気（Ｄ）による光の吸収分で補正できればよく、大気（Ｄ）による光の吸収量εを求める必要はない。このため、ステップＳＴ７の処理は省略されてもよい。

解析処理部１３２は、光強度画像（６）を、明点の光量および大気による光の吸収量を含むヘッダ情報付きの画像データとして記憶部１３１に保存する（ステップＳＴ８）。
なお、ヘッダ情報付きの画像データを示したが、解析処理部１３２は、光強度画像（６）を、ステップＳＴ１からステップＳＴ７までの一連の処理で得られたデータと対応付けることが可能な別のデータフォーマットに変換してもよい。

実施の形態１に係る移動体撮像方法については、以下の通りである。
図１０は、実施の形態１に係る移動体撮像方法を示すフローチャートであり、運用計画設定装置１４の動作を示している。反射効率算出部１４２は、地上側から撮像された光強度画像（６）における、大気（Ｄ）による光の吸収分が補正された移動体（２）の明るさに基づいて、移動体（２）の見かけの反射効率αを算出する（ステップＳＴ１ａ）。

条件決定部１４３は、反射効率算出部１４２によって算出された反射効率αを用いて、軌道（Ｅ）上を移動する飛翔体３に搭載したカメラ３ｂが移動体２を撮像したときの受信光量を予測し、予測したカメラ３ｂの受信光量に基づいて、カメラ３ｂの露光条件を決定する（ステップＳＴ２ａ）。カメラ３ｂの露光条件は、カメラ３ｂ内の光検出部に入射した光の強度が飽和しない範囲内のカメラ３ｂのゲイン（電子的に信号を増幅する割合）、シャッター速度（露光時間）および光学系３ａの絞り度合いである。

運用計画策定部１４４は、条件決定部１４３によって決定された露光条件を保ちながらカメラ３ｂによって移動体２を撮像させる飛翔体３の運用計画を策定する（ステップＳＴ３ａ）。次に、運用計画策定部１４４は、策定した運用計画情報（１０）を地上局１５へ送信し、地上局１５が運用計画情報を飛翔体３へ送信することで、飛翔体３のカメラ３ｂを用いて、移動体２を撮像させる（ステップＳＴ４ａ）。カメラ３ｂによって撮像された移動体２の撮像画像は、飛翔体３から地上局１５へ送信される。これにより、軌道（Ｃ）上を移動する移動体２の明るさを考慮した露光条件で移動体２を撮像することができる。

図１１は、図１０のステップＳＴ１ａの詳細な処理を示すフローチャートであり、移動体２の見かけの反射効率を求める一連の処理を示している。
反射効率算出部１４２は、解析装置１３が備える記憶部１３１に保存されているヘッダ情報付きの画像データ（９）を、通信部１４１を用いて取得する（ステップＳＴ１ｂ）。
続いて、反射効率算出部１４２は、画像データ（９）のヘッダ情報から、大気（Ｄ）による光の吸収量εを取得する（ステップＳＴ２ｂ）。

次に、反射効率算出部１４２は、大気（Ｄ）による光の吸収分を補正した軌道（Ｃ）上の移動体２の明るさを求める（ステップＳＴ３ｂ）。例えば、解析処理部１３２が、前述したように、地球の大気（Ｄ）による光の吸収を受けていない恒星データベース５に設定された恒星の光量と、大気（Ｄ）による光の吸収を受けた光強度画像（６）における恒星の光量とを用いて、大気（Ｄ）による光の吸収分を補正した光強度画像を作成し、この大気（Ｄ）による光の吸収分が補正された光強度画像から軌道（Ｃ）上の移動体２の明るさを算出する。反射効率算出部１４２は、解析処理部１３２によって大気（Ｄ）による光の吸収分が補正された軌道（Ｃ）上の移動体２の明るさを取得する。

反射効率算出部１４２は、移動体２の軌道（Ｃ）上の位置を求める（ステップＳＴ４ｂ）。例えば、反射効率算出部１４２は、軌道上物体データベース６から移動体２の軌道情報（５）を、通信部１４１を介して取得し、取得した軌道情報（５）に基づいて、時刻ｔにおける移動体２の軌道（Ｃ）上の位置を算出する。移動体２が地球の重力に従って運動していると仮定した場合、移動体２の軌道（Ｃ）は、二次曲線になるため、３点が決まれば一意に定まる。実際には、地球の重力異常または放射圧の影響があるため、必ずしも、このように簡単ではない。ただし、少なくとも３回以上の観測を行うことで、移動体２の運動の軌跡（軌道（Ｃ））である二次曲線を推定することができる。これにより、二次曲線の軌道（Ｃ）を特徴付けるパラメータと軌道要素とが求められる。

軌道要素は、離心率、長半径および軌道傾斜角に代表される要素で定められ、二行軌道要素形式（ＴＬＥ：Ｔｗｏ Ｌｉｎｅ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）として公開されているものもある。例えば、人工衛星、ロケット、およびそれらの破片等も調べられて、公開されている。移動体２の位置の軌跡、つまり軌道と位置の関係は、例えば公知のＳＧＰ４アルゴリズムを用いて求めることができる。反射効率算出部１４２は、通信部１４１を用いて、軌道上物体データベース６から軌道要素を取得し、取得した軌道要素を用いて、地球の中心を基準とした時刻ｔにおける移動体２の（ｘ、ｙ、ｚ）座標を求める。

続いて、反射効率算出部１４２は、光度測定装置１２が備える集光部１２１で得られる光量を求める（ステップＳＴ５ｂ）。例えば、図７に示すように、移動体２と、飛翔体３と、光源（例えば太陽（Ｂ））と、光度測定装置１２との間の相対位置は、時刻に応じて変化する。太陽（Ｂ）の光度Ｌ_ｓｕｎと太陽光によって照明される移動体２の面積Ｓとの間の距離をｄとした場合、太陽光の強度は、下記式（４）で表される。
Ｌ_ｓｕｎ／４π ・・・（４）

反射効率算出部１４２は、太陽光の強度を用いて、時刻ｔ_１において、太陽光によって照明されて光る移動体２の見かけの明るさ、すなわち、太陽光によって照明される物体の配光分布が完全拡散面で近似できると仮定した場合における、移動体２の被照面の明るさを、下記式（５）を用いて算出する。下記式（５）において、反射効率αは、移動体２の見かけの被照面の面積Ｓと、移動体２における被照面の単位面積当たりの反射率Ｒとの積である。移動体２の被照面（完全拡散面）の立体角をπとする。
（Ｌ_ｓｕｎ／４πｄ_ｔ１ ^２）×（α／π） ・・・（５）

反射効率算出部１４２は、光度測定装置１２が備える集光部１２１の開口面積Ａ、集光部１２１の透過率τ、大気（Ｄ）による光の吸収量ε（図８のステップＳＴ７で求めたもの）を用いて、時刻ｔ_１において集光部１２１で得られる光量を、下記式（６）に従って算出する。なお、説明の簡単のため、光検出部１２５の量子効率または光選択部１２３の透過率は含めていないが、実際には、これらも考慮される。
（Ｌ_ｓｕｎ／４πｄ_ｔ１ ^２）×（α／π）×（εＡτ／ｄ_２−１２ ^２） ・・・（６）

集光部１２１の開口面積Ａおよび集光部１２１の透過率τは、事前に測定されている。また、図７に示すように、太陽光の放射束、太陽（Ｂ）の軌道、時刻ｔ_１における移動体２と太陽（Ｂ）との距離ｄ_ｔ１、および移動体２と光度測定装置１２との距離ｄ_２−１２は、移動体２の軌道（Ｃ）上の位置を用いて求めることができる。反射効率算出部１４２は、求めた値を上記式（６）に代入することで、移動体２の見かけの反射効率αを算出する（ステップＳＴ６ｂ）。複数の移動体２が存在する場合は、同様に複数の移動体２について反射効率αを求める。

反射効率算出部１４２は、通信部１４１を用いて、反射効率αがヘッダ情報に追加された画像データを記憶部１５４に保存する（ステップＳＴ７ｂ）。移動体２の見かけの反射効率αを算出することにより、軌道（Ｃ）上の移動体２が太陽光に照明された際の明るさを予想できる。予想した移動体２の明るさを用いることにより、カメラ３ｂの露光条件を決定できる。

図１２は、図１０のステップＳＴ２ａおよびステップＳＴ３ａの詳細な処理を示すフローチャートである。条件決定部１４３は、図１１におけるステップＳＴ４ｂと同様な手順で、飛翔体３の軌道（Ｅ）上の位置を決定する（ステップＳＴ１ｃ）。例えば、飛翔体３は、地上局１５によって運用されるため、地上局１５において飛翔体３の軌道（Ｅ）は、既知である。条件決定部１４３は、通信部１４１を用いて地上局１５による飛翔体３の過去の運用履歴を取得し、取得した飛翔体３の過去の運用履歴に基づいて、飛翔体３の軌道（Ｅ）上の位置を決定する。

続いて、条件決定部１４３は、将来の時刻ｔ_３における移動体２、飛翔体３および太陽（Ｂ）の幾何学的な位置関係を求める（ステップＳＴ２ｃ）。例えば、条件決定部１４３は、軌道上物体データベース６から取得した移動体２の軌道情報と、ステップＳＴ２ｃにおいて決定した飛翔体３の軌道情報とを用いて、将来の時刻ｔ_３における移動体２の軌道（Ｃ）上の位置、飛翔体３の軌道（Ｅ）上の位置、および、太陽（Ｂ）の位置を求める。

太陽（Ｂ）は太陽系の重力源であり、地球の位置は、太陽（Ｂ）を焦点の位置とした楕円運動（ケプラー運動）によって近似的に求めることができる。移動体２、飛翔体３および太陽（Ｂ）の配置レイアウトによっては、地球が移動体２を照らす太陽光を妨げる位置にある場合もある。このようなレイアウトは、直感的には地球の重心を基準とした座標系において、移動体２、飛翔体３および太陽（Ｂ）が、地球を周回する軌道上に配置されるレイアウトと考える方がわかりやすい。図７は、地球を基準とした座標系で示している。なお、運用計画の立案時刻ｔに対して、飛翔体３のカメラ３ｂで移動体２を実際に撮像する将来の時刻ｔ_３が、例えば１日後とすると、移動体２の軌道、飛翔体３の軌道にもよるが、例えば太陽活動が活発になり、太陽（Ｂ）からの荷電粒子で、地球の大気（Ｄ）が暖められて膨らみ、摩擦等の影響で位置がずれる、というような不具合が予想される。あるいは、移動体２が軌道変更（マヌーバー）することも予想される。そこで、飛翔体３の運用計画の策定時刻は、飛翔体３のカメラ３ｂで移動体２を実際に撮像する将来の時刻ｔ_３と近い方が望ましい。

条件決定部１４３は、反射効率算出部１４２によって算出された反射効率αを取得する（ステップＳＴ３ｃ）。次に、条件決定部１４３は、将来の時刻ｔ_３における飛翔体３のカメラ３ｂの受信光量を求める（ステップＳＴ４ｃ）。例えば、条件決定部１４３は、反射効率α、完全拡散面の立体角π、飛翔体３が備える光学系３ａの開口面積Ａ’、および光学系３ａの透過率τ’を用いて、将来の時刻ｔ_３において光学系３ａで得られる光量、すなわち、カメラ３ｂの受信光量を、下記式（７）に従って算出する。なお、光学系３ａは、カメラ３ｂへ入射光を集光する集光部である。飛翔体３が備える光学系３ａで得られる光量は、大気（Ｄ）による光の吸収を受けていない。下記式（７）におけるｄ_２−３は、図７に示したように、移動体２と飛翔体３との間の距離である。
（Ｌ_ｓｕｎ／４πｄ_ｔ３ ^２）×（α／π）×（Ａ’τ’／ｄ_２−３ ^２） ・・・（７）

反射効率αは、移動体２における見かけの面積と反射率との積であるので、実際には、時刻ｔ_１において光度測定装置１２から移動体２を撮像したときと将来の時刻ｔ_３において飛翔体３から移動体２を撮像したときとでは、移動体２の姿勢が異なる。このため、移動体２の外形に異方性があり、外形上の縦と横とで長さが大きく異なる場合、移動体２の姿勢が異なるため、見かけの面積が異なり、反射効率αに違いが生じる。しかしながら、測定して初めて分かる量であり、測定しなければ何も分からない状態であるため、ここではよいことにする。

次に、条件決定部１４３は、飛翔体３が備える光学系３ａで得られる光量を求めると、光学系３ａの後段に配置されたカメラ３ｂの受信光量が飽和しないように、カメラ３ｂのゲイン、シャッター速度（露光時間）および光学系３ａの絞りといった撮像パラメータを含む露光条件を決定する（ステップＳＴ５ｃ）。

運用計画策定部１４４は、条件決定部１４３によって決定されたカメラ３ｂの露光条件を保ちながらカメラ３ｂによって移動体２を撮像させる飛翔体３の運用計画を策定する（ステップＳＴ６ｃ）。飛翔体３および光度測定装置１２は、移動体２の相対運動が減るように、移動体２を追尾しながら撮像を行う。運用計画策定部１４４は、移動体２の相対運動が減るように追跡しながら撮像する飛翔体３の運用計画を策定し、策定した運用計画を、飛翔体３の全体の運用計画に追加する。飛翔体３の全体の運用計画は、例えば、カメラ３ｂおよび充電機器の制御、温度または電圧のハウスキーピングデータの管理、衛星の姿勢または通信の運用の制御がある。

通信部１４１は、運用計画策定部１４４によって策定された運用計画情報を地上局１５に送信し、地上局１５は、時刻ｔ_１よりも後で時刻ｔ_３よりも前の時刻ｔ_２において、運用計画情報を、アンテナ１５１を用いて飛翔体３に送信する（ステップＳＴ７ｃ）。これにより、飛翔体３のカメラ３ｂは、運用計画情報に従って時刻ｔ３に移動体２を撮像する。

運用計画設定装置１４が備える、通信部１４１、反射効率算出部１４２、条件決定部１４３および運用計画策定部１４４の機能は、処理回路によって実現される。すなわち、運用計画設定装置１４は、図１０に示したステップＳＴ１ａからステップＳＴ４ａの処理を実行する処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。

図１３Ａは、運用計画設定装置１４の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。図１３Ｂは、運用計画設定装置１４の機能を実現するソフトウェアを実現するハードウェア構成を示すブロック図である。運用計画設定装置１４の機能が、図１３Ａに示す専用のハードウェアの処理回路１００によって実現される場合、処理回路１００は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、または、これらを組み合わせたものが該当する。運用計画設定装置１４が備える、通信部１４１、反射効率算出部１４２、条件決定部１４３および運用計画策定部１４４の機能は、別々の処理回路で実現されてもよいし、これらの機能がまとめて１つの処理回路で実現されてもよい。

運用計画設定装置１４の機能が、図１３Ｂに示すプロセッサ１０１によって実現される場合、運用計画設定装置１４が備える通信部１４１、反射効率算出部１４２、条件決定部１４３および運用計画策定部１４４の機能は、ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアの組み合わせによって実現される。なお、ソフトウェアまたはファームウェアは、プログラムとして記述されてメモリ１０２に記憶される。

プロセッサ１０１は、メモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、運用計画設定装置１４が備える通信部１４１、反射効率算出部１４２、条件決定部１４３および運用計画策定部１４４の機能を実現する。例えば、運用計画設定装置１４は、プロセッサ１０１によって実行されるときに、図１０に示すフローチャートにおけるステップＳＴ１ａからステップＳＴ４ａの処理が結果的に実行されるプログラムを記憶するためのメモリ１０２を備える。これらのプログラムは、通信部１４１、反射効率算出部１４２、条件決定部１４３および運用計画策定部１４４の手順または方法をコンピュータに実行させる。メモリ１０２は、コンピュータを、通信部１４１、反射効率算出部１４２、条件決定部１４３および運用計画策定部１４４として機能させるためのプログラムが記憶されたコンピュータ可読記憶媒体であってもよい。

メモリ１０２は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ−ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤなどが該当する。

運用計画設定装置１４が備える通信部１４１、反射効率算出部１４２、条件決定部１４３および運用計画策定部１４４の機能の一部は、専用ハードウェアによって実現され、残りの一部は、ソフトウェアまたはファームウェアによって実現されてもよい。例えば、通信部１４１は、専用のハードウェアである処理回路１００によって機能が実現され、反射効率算出部１４２、条件決定部１４３および運用計画策定部１４４は、プロセッサ１０１がメモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出し実行することによって機能が実現される。このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせによって上記機能を実現することができる。
なお、光度測定装置１２、解析装置１３および地上局１５についても、図１３Ａまたは図１３Ｂに示したハードウェア構成によって、これらの機能が実現される。

以上のように、実施の形態１に係る地上システム１は、移動体２の反射効率を算出する反射効率算出部１４２と、反射効率を用いて軌道（Ｅ）上を移動する飛翔体３に搭載したカメラ３ｂが移動体２を撮像したときの受信光量を予測し、予測したカメラ３ｂの受信光量に基づいてカメラ３ｂの露光条件を決定する条件決定部１４３と、露光条件を保ちながらカメラ３ｂによって移動体２を撮像させる飛翔体３の運用計画を策定する運用計画策定部１４４とを備える。飛翔体３は、運用計画策定部１４４によって策定された運用計画に従ってカメラ３ｂを用いた移動体２の撮像を行う。移動体２の軌道（Ｃ）上の明るさを示す反射効率αを、撮像時刻ｔ_３よりも前の時刻ｔ_１において光度測定装置１２によって撮像された光強度画像（６）を用いて求めるので、地上システム１は、軌道（Ｃ）上を移動する移動体２の明るさを考慮した露光条件で移動体２を撮像することができる。

実施の形態１に係る地上システム１は、移動体２を地上側から撮像して移動体２の光強度画像（６）を出力する光度測定装置１２と、運用計画策定部１４４によって策定された運用計画を飛翔体３へ送信し、カメラ３ｂによって撮像された移動体２の撮像画像を受信する地上局１５を備える。軌道（Ｃ）上を移動する移動体２の明るさを考慮した露光条件で移動体２を撮像することができる。

実施の形態１に係る地上システム１は、光強度画像（６）における特定の光源（Ａ）の明るさに基づいて、大気（Ｄ）による光の吸収分が補正された光強度画像（６）を作成することで、同じ光強度画像（６）に写る移動体２の大気（Ｄ）による光の吸収分も補正する。これにより、大気（Ｄ）による光の吸収が補正された、光源（Ｂ）により照らされて光る軌道（Ｃ）における移動体２の明るさを解析する解析処理部１３２を備える。軌道（Ｃ）上を移動する移動体２の明るさを考慮した露光条件で移動体２を撮像することができる。

実施の形態２．
図１４は、実施の形態２に係る地上システム１Ａの構成例を示すブロック図である。図１４において、図１４において、図１と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。地上システム１Ａは、実施の形態１と同様に、飛翔体３を用いて移動体２を撮像する移動体撮像システムである。地上システム１Ａは、基準信号源４、恒星データベース５および軌道上物体データベース６を用いた情報処理を行う地上測定装置１１Ａを備える。地上測定装置１１Ａは、図１４に示すように、移動体２からの光（１）を地上側で受光することにより移動体２の光強度画像を生成し、生成した光強度画像における移動体２の明るさを解析する。さらに、地上測定装置１１Ａは、地上側から移動体２へ送信した光（１ａ）が、移動体２において反射した反射光（１ｂ）を受信し、その受信光量（６ａ）を解析する。地上測定装置１１Ａは、光度測定装置１２、解析装置１３Ａ、運用計画設定装置１４、地上局１５および反射光測定装置１６を備える。

図１５は、反射光測定装置１６の構成例を示すブロック図である。図１５において、反射光測定装置１６は、集光部１６１、指向部１６２、光送信部１６３、光受信部１６４、光量計測部１６５、時刻校正部１６６、カウンタ１６７および制御部１６８を備える。図１６は、地上システム１Ａの概要を示すイメージ図である。集光部１６１は、移動体２へ光（１ａ）を送信し、光（１ａ）が移動体２で反射して大気（Ｄ）を伝播してきた反射光（１ｂ）を集光する。また、反射光測定装置１６は、光送信部１６３からの送信光（１ａ）を送信するための第１の集光部および第１の指向部と、光受信部１６４が反射光（１ｂ）を受信するための第２の集光部および第２の指向部とを備えてもよい。

指向部１６２は、制御部１６８から指示された指向方向に集光部１６１を向けるものである。例えば、指向部１６２は、回転ステージを駆動させる駆動制御装置であり、回転ステージ上に集光部１６１の光学系が設けられる。回転ステージは、少なくとも一軸以上の回転軸を有しており、例えば経緯台または赤道儀である。指向部１６２は、制御部１６８からの指令に応じて回転ステージを回転させるモータを駆動することにより、回転ステージ上の集光部１６１の指向方向を変更する。

光送信部１６３は、移動体２へ送信する光信号を生成し、生成した光信号を集光部１６１に出力する。例えば、光送信部１６３は、指向性のよいレーザ光を送信光として集光部１６１に出力する。光受信部１６４は、集光部１６１により集光された反射光（１ｂ）を受信し、受信した光信号を光量計測部１６５に出力する。光量計測部１６５は、光受信部１６４によって受信された光信号の光量を計測し、受信光量（６ａ）を解析装置１３Ａに出力する。

時刻校正部１６６は、解析装置１３Ａから出力された基準信号（８ｂ）に基づいて、カウンタ１６７によって計時される時刻を校正する。例えば、基準信号源４がＧＰＳ衛星である場合、解析装置１３Ａが、複数のＧＰＳ衛星から配信されるＧＰＳ情報（３）を受信し、受信したＧＰＳ情報（３）を基準信号（８ｂ）として時刻校正部１６６に出力する。時刻校正部１６６は、基準信号（８ｂ）であるＧＰＳ情報を解析することにより、反射光測定装置１６の地球上の位置に加えて、現在の時刻を取得する。また、時刻校正部１６６は、電波時計が利用する標準電波またはＮＴＰに代表されるネットワーク機器の時刻同期のためのプロトコルを用いて時刻を取得するものであってもよい。

カウンタ１６７は、ある時刻からの経過時間を計時し、計時した時刻情報（７）を解析装置１３Ａおよび制御部１６８に出力する。例えば、カウンタ１６７は、時計に代表される計時手段である。カウンタ１６７が計時する時刻情報（７）は、時刻校正部１６６により校正される。

制御部１６８は、カウンタ１６７によって計時される時刻情報（７）に基づいて、指向部１６２による集光部１６１の指向調整処理、光送信部１６３による光の送信処理および光受信部１６４による反射光の受信処理を制御する。また、制御部１６８は、運用計画設定装置１４Ａから受信した指向情報（８ｃ）に従って、集光部１６１の指向調整処理を制御する。

解析装置１３Ａは、光度測定装置１２によって撮像された光強度画像における移動体２の明るさを解析し、反射光測定装置１６によって受信された移動体２の反射光の受信光量（６ａ）を解析する。解析装置１３Ａは、図４と同様に、記憶部１３１、解析処理部１３２および通信部１３３を備える。

解析装置１３Ａが備える記憶部１３１には、光検出部１２５によって生成された光強度画像（６）、反射光測定装置１６からの受信光量（６ａ）、カウンタ１２７および１６７からの時刻情報（７）、解析処理部１３２により算出された移動体２の軌道上の位置と光強度画像（６）における移動体２の明るさを示す光量とを含むデータおよび当該データの時系列データ（ログ）が記憶される。

解析装置１３Ａが備える解析処理部１３２は、基準信号源４から受信された基準信号（３）、恒星データベース５から取得されたデータ（４）、および軌道上物体データベース６から取得されたデータ（５）を用いて、光強度画像（６）を解析することによって、図８のステップＳＴ７に示すように、大気（Ｄ）による光の吸収量を算出する。

通信部１３３は、基準信号源４と、恒星データベース５と、軌道上物体データベース６と、運用計画設定装置１４Ａとの間で通信を行う。例えば、通信部１３３は、基準信号源４からの基準信号（３）を受信し、恒星データベース５からデータ（４）を受信し、軌道上物体データベース６からデータ（５）を受信して解析処理部１３２に出力し、解析結果（９）を運用計画設定装置１４Ａに送信する。

運用計画設定装置１４Ａは、図５と同様に、通信部１４１、反射効率算出部１４２、条件決定部１４３および運用計画策定部１４４を備える。運用計画設定装置１４Ａは、移動体２の撮像前に、通信部１４１を経由して軌道上物体データベース６から取得した移動体２の過去の軌道情報を用いて、移動体２を撮像する時刻ｔ_１からの各時刻の移動体２の位置を予測する。そして、運用計画設定装置１４Ａは、各時刻における移動体２と光度測定装置１２および反射光測定装置１６との相対位置を特定して、各時刻における相対位置に従って、集光部１２１の指向情報（８ａ）および集光部１６１の指向情報（８ｃ）を生成する。

地上システム１Ａにおいて、光度測定装置１２は、実施の形態１と同様に、地上側から移動体２を撮像して、光強度画像（６）を得る。解析装置１３Ａは、光強度画像（６）を用いて、移動体２の軌道（Ｃ）上の明るさを求める。また、反射光測定装置１６は、地上側から移動体２へ送信光（１ａ）を送信し、送信光（１ａ）が移動体２で反射した反射光（１ｂ）を受信することで、受信光量（６ａ）を解析装置１３Ａに出力する。受信光量（６ａ）は、大気（Ｄ）による光の吸収によって減光された反射光（１ｂ）の光量である。

運用計画設定装置１４Ａが備える反射効率算出部１４２は、反射光測定装置１６により受信された移動体２からの反射光（１ｂ）の受信光量（６ａ）を、大気（Ｄ）による光の吸収量を用いて補正する。そして、反射効率算出部１４２は、補正した受信光量（６ａ）と、反射光測定装置１６によって移動体２へ送信された送信光（１ａ）の送信光量とを用いることにより移動体２の反射効率αを算出する。運用計画設定装置１４Ａが備える条件決定部１４３は、実際に飛翔体３が移動体２の撮像を行う時刻ｔ_３における太陽（Ｂ）と移動体２との位置関係における明るさを求めて、求めた明るさに応じたカメラ３ｂの露光条件を決定する。

運用計画設定装置１４Ａが備える運用計画策定部１４４は、条件決定部１４３によって決定された露光条件を反映した運用計画を策定し、通信部１４１を用いて運用計画情報（１０）を地上局１５に送信する。地上局１５は、軌道（Ｃ）上の移動体２を実際に撮像する時刻ｔ_３より前の時刻ｔ_２に運用計画情報（１０）を飛翔体３に送信する。飛翔体３は、運用計画情報（１０）に従って、時刻ｔ_３に移動体２を撮像する。

図１７は、地上システム１Ａの動作を示すフローチャートである。
解析装置１３Ａが、時刻ｔ_１における移動体２の軌道（Ｃ）上の位置を求める（ステップＳＴ１ｄ）。例えば、解析装置１３Ａが備える解析処理部１３２が、図１１のステップＳＴ４ｂと同様の手順で、軌道上物体データベース６から移動体２の軌道情報（５）を、通信部１３３を介して取得して、取得した軌道情報（５）に基づいて、時刻ｔ_１における移動体２の軌道（Ｃ）上の位置を予測する。

続いて、反射光測定装置１６が備える光送信部１６３は、光源から発せられた光（送信光）の波長帯のみを透過する波長フィルタを設定する（ステップＳＴ２ｄ）。光送信部１６３における波長フィルタの設定は、時刻ｔ_１よりも前の時刻に行われる。

反射光測定装置１６は、時刻ｔ_１における移動体２の軌道（Ｃ）上の位置に基づいて、地上側から移動体２へ送信光（１ａ）を送信する（ステップＳＴ３ｄ）。例えば、指向性のよいレーザ光が、送信光（１ａ）として移動体２へ送信される。

続いて、反射光測定装置１６は、送信光（１ａ）が移動体２で反射した戻り光（１ｂ）を受光する（ステップＳＴ４ｄ）。送信光（１ａ）が指向性のよいレーザ光であっても、地上から軌道（Ｃ）に照射した場合、送信光（１ａ）が広がって、移動体２を十分に照明する。軌道（Ｃ）上の移動体２で送信光（１ａ）が反射または散乱した戻り光を、集光部１６１を介して光受信部１６４が受信する。光量計測部１６５は、戻り光の受信光量（６ａ）を計測する。受信光量（６ａ）は、解析装置１３Ａが備える記憶部１３１に保存される。記憶部１３１は、光強度画像（６）および受信光量（６ａ）が、同じ時刻に取得されたもの同士を対応付けて記憶してもよいし、それぞれ個別に記憶してもよい。

図１８は、運用計画設定装置１４Ａの動作を示すフローチャートである。
運用計画設定装置１４Ａは、図８のステップＳＴ１からステップＳＴ８の各処理が完了すると、図１８に示すステップＳＴ１ｅからステップＳＴ３ｅまでの各処理を実行する。運用計画設定装置１４Ａが備える反射効率算出部１４２は、図８のステップＳＴ７の処理で解析装置１３Ａによって算出された大気（Ｄ）による光の吸収量εを取得する（ステップＳＴ１ｅ）。反射光測定装置１６には、光源が発する光（送信光）の波長帯のみを透過する波長フィルタが設定されているので、大気（Ｄ）による光の吸収量εは、光源の波長帯における光の吸収量である。

反射効率算出部１４２は、反射光測定装置１６から、送信光（１ａ）が移動体２で反射または散乱した戻り光の受信光量（６ａ）と、送信光（１ａ）の送信光量とを取得する（ステップＳＴ２ｅ）。そして、反射効率算出部１４２は、大気（Ｄ）による光の吸収量εを用いて、大気（Ｄ）による光の吸収を受けた受信光量（６ａ）を補正し、補正後の受光光量と送信光量との比を、移動体２の反射効率αとして算出する（ステップＳＴ３ｅ）。反射効率算出部１４２は、通信部１４１を用いて、反射効率αがヘッダ情報に追加された画像データを記憶部１５４に保存する。この後、図１２のステップＳＴ１ｃからステップＳＴ７ｃまでの処理が実行される。

なお、運用計画設定装置１４Ａにおける通信部１４１、反射効率算出部１４２、条件決定部１４３および運用計画策定部１４４の機能は、処理回路によって実現される。すなわち、運用計画設定装置１４Ａは、図１３Ａまたは図１３Ｂに示した処理を実行するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいが、メモリに記憶されたプログラムを実行するＣＰＵであってもよい。

以上のように、実施の形態２に係る地上システム１Ａは、移動体２へ地上側から光（１ａ）を送信し移動体２からの反射光（１ｂ）を受信する反射光測定装置１６を備える。運用計画設定装置１４Ａが備える反射効率算出部１４２は、反射光測定装置１６によって受信された移動体２からの反射光（１ｂ）の受信光量（６ａ）を、大気（Ｄ）による光の吸収量を用いて補正し、補正した受信光量と移動体２へ送信された光（１ａ）の送信光量とを用いて、移動体２の反射効率を算出する。このように移動体２の軌道（Ｃ）上の明るさを示す反射効率αを事前に求めておくことで、地上システム１Ａは、軌道（Ｃ）上を移動する移動体２の明るさを考慮した露光条件で移動体２を撮像することができる。

なお、各実施の形態の組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれにおいて任意の構成要素の省略が可能である。

本開示に係る移動体撮像システムは、例えば、地球周回軌道を移動するスペースデブリの観測に利用可能である。

１，１Ａ 地上システム、２ 移動体、３ 飛翔体、３ａ 光学系、３ｂ カメラ、４ 基準信号源、５ 恒星データベース、５Ａ 恒星リスト、６ 軌道上物体データベース、６Ａ 明点リスト、６Ｂ リスト、１１，１１Ａ 地上測定装置、１２ 光度測定装置、１３，１３Ａ 解析装置、１４，１４Ａ 運用計画設定装置、１５ 地上局、１６ 反射光測定装置、１００ 処理回路、１０１ プロセッサ、１０２ メモリ、１２１，１６１ 集光部、１２２，１５６，１６２ 指向部、１２３ 光選択部、１２４ 遮光部、１２５ 光検出部、１２６，１６６ 時刻校正部、１２７，１６７ カウンタ、１２８，１５７，１６８ 制御部、１３１，１５４ 記憶部、１３２ 解析処理部、１３３，１４１，１５５ 通信部、１４２ 反射効率算出部、１４３ 条件決定部、１４４ 運用計画策定部、１５１ アンテナ、１５２ 信号送信部、１５３ 信号受信部、１６３ 光送信部、１６４ 光受信部、１６５ 光量計測部。

Claims (6)

1. 軌道上を移動する移動体の撮像を行う移動体撮像システムであって、
   地上側から撮像された光強度画像における、大気による光の吸収分が補正された前記移動体の明るさに基づいて、前記移動体の反射効率を算出する反射効率算出部と、
   前記反射効率算出部によって算出された反射効率を用いて、軌道上を移動する飛翔体に搭載したカメラが前記移動体を撮像したときの受信光量を予測し、予測した前記カメラの受信光量に基づいて当該カメラの露光条件を決定する条件決定部と、
   前記条件決定部によって決定された前記露光条件を保ちながら前記カメラによって前記移動体を撮像させる前記飛翔体の運用計画を策定する運用計画策定部と、
   を備え、
   前記飛翔体は、前記運用計画策定部によって策定された運用計画に従って、前記カメラを用いた前記移動体の撮像を行うこと
   を特徴とする移動体撮像システム。
2. 前記移動体を地上側から撮像して当該移動体の前記光強度画像を出力する光度測定装置と、
   前記運用計画策定部によって策定された運用計画を前記飛翔体へ送信し、前記カメラによって撮像された前記移動体の撮像画像を受信する地上局と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の移動体撮像システム。
3. 大気による光の吸収を受けていない特定の光源の明るさを示すデータと、前記光源から発せられ、大気による光の吸収を受けた光により作られる前記光強度画像における明点の明るさを比較して、大気による光の吸収が補正された前記光強度画像から、大気による光の吸収が補正された前記移動体の明るさを解析する解析処理部を備えたこと
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動体撮像システム。
4. 前記移動体へ地上側から光を送信し前記移動体からの反射光を受信する反射光測定装置を備え、
   前記反射効率算出部は、前記反射光測定装置によって受信された前記移動体からの反射光の受信光量を、大気による光の吸収量を用いて補正し、補正した受信光量と、前記反射光測定装置によって前記移動体へ送信された光の送信光量とを用いて、前記移動体の反射効率を算出すること
   を特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動体撮像システム。
5. 軌道上を移動する飛翔体に搭載したカメラを用いて、軌道上を移動する移動体を撮像する運用計画を策定する運用計画設定装置であって、
   地上側から撮像された光強度画像における、大気による光の吸収分が補正された前記移動体の明るさに基づいて、前記移動体の反射効率を算出する反射効率算出部と、
   前記反射効率算出部によって算出された反射効率を用いて、前記飛翔体に搭載した前記カメラが前記移動体を撮像したときの受信光量を予測し、予測した前記カメラの受信光量に基づいて当該カメラの露光条件を決定する条件決定部と、
   前記条件決定部によって決定された前記露光条件を保ちながら前記カメラによって前記移動体を撮像させる前記飛翔体の運用計画を策定する運用計画策定部と、
   を備えたことを特徴とする運用計画設定装置。
6. 軌道上を移動する移動体を撮像する移動体撮像方法であって、
   反射効率算出部が、地上側から撮像された光強度画像における、大気による光の吸収分が補正された前記移動体の明るさに基づいて、前記移動体の反射効率を算出するステップと、
   条件決定部が、前記反射効率算出部によって算出された反射効率を用いて、軌道上を移動する飛翔体に搭載したカメラが前記移動体を撮像したときの受信光量を予測し、予測した前記カメラの受信光量に基づいて当該カメラの露光条件を決定するステップと、
   運用計画策定部が、前記条件決定部によって決定された前記露光条件を保ちながら前記カメラによって前記移動体を撮像させる前記飛翔体の運用計画を策定するステップと、
   を備え、
   前記飛翔体は、前記運用計画策定部によって策定された運用計画に従って、前記カメラを用いた前記移動体の撮像を行うこと
   を特徴とする移動体撮像方法。

Images