JP7486696B1 - データ処理装置、データ処理方法及びデータ処理プログラム - Google Patents

Abstract

撮像領域指定部（１０１）は、１つ以上の走査鏡とラインセンサとが同一光路上に設けられた宇宙空間にある撮像装置に撮像させる２つの撮像領域として、宇宙空間において一様な輝度温度を有すると推定され、赤外放射輝度値が既知であり、１つ以上の走査鏡のうちの少なくとも１つの走査鏡の撮像時ごとの回転角度が異なる２つの領域を指定する。画像取得部（１０２）は、撮像装置が２つの撮像領域を撮像して得られた２つの撮像画像を取得する。モニタデータ取得部（１０３）は、各走査鏡の前記２つの撮像領域の撮像での撮影時ごとの回転角度が示される角度データが含まれるモニタデータを取得する。係数算出部（１０４）は、２つの撮像画像と、モニタデータとを用いて、１つ以上の走査鏡の各走査鏡について赤外放射率関数の係数を算出する。

Description

本開示は、宇宙空間にある撮像装置に設けられた走査鏡の赤外放射率の校正に関する。

撮像装置では、環境の変化による特性変化が生じやすい。適切な補正処理を行い、より高品質な撮像画像を得るためには、撮像時点での撮像装置の特性を正確に把握する必要がある。このため、撮像装置を稼動させながら特定の対象を撮像する、あるいは、特殊な撮像手法を用いることで、撮像装置の特性評価の更新が行われる。
走査鏡が設けられた撮像装置では、赤外画像の撮像時の走査鏡の角度によって観測放射輝度に変化が生じる。これは、走査鏡の表面に施されたコーティングの赤外放射率が角度に依存するためである。このため、撮像装置が撮像した被写体の赤外放射輝度を正確に推定するには、走査鏡の赤外放射率を走査鏡の角度に対して適切に校正する必要がある。

なお、本開示に関連する技術として、非特許文献１に開示の技術がある。

Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ＧＯＥＳ－１６ ＡＢＩ ｉｎｆｒａｒｅｄ ｓｐａｔｉａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ，Ｆａｎｇｆａｎｇ Ｙｕ，Ｘｉａｎｇｑｉａｎ Ｗｕ，Ｈａｉｆｅｎｇ Ｑｉａｎ，Ｊｏｈｎ Ｖａｎ Ｎａａｒｄｅｎ，Ｍｉｃｈａｅｌ Ｒａｍｉｒｅｚ，ｅｔ ａｌ．

コーティングが施された走査鏡の赤外放射率は、走査鏡への光の入射角度に依存する。人工衛星に搭載された撮像装置に設けられた走査鏡の赤外放射率は、打上げ前の地上と打上げ後の宇宙との環境の変化によって変化することが確認されている。つまり、打上げ後の宇宙空間にある走査鏡の赤外放射率は、打ち上げ前に地上で計測された赤外放射率と一致しない。赤外放射率は被写体の赤外放射輝度の算出に用いられる。このため、打ち上げ後の走査鏡の赤外放射率を正確に把握できていないと、撮像時の走査鏡の角度の違いによって、算出された赤外放射輝度に誤差が生じる。

本開示は、このような赤外放射輝度に含まれる誤差を低減することを主な目的とする。

本開示に係るデータ処理装置は、
１つ以上の走査鏡とラインセンサとが同一光路上に設けられた宇宙空間にある撮像装置に撮像させる２つの撮像領域として、前記宇宙空間において一様な輝度温度を有すると推定され、赤外放射輝度値が既知であり、前記１つ以上の走査鏡のうちの少なくとも１つの走査鏡の撮像時ごとの回転角度が異なる２つの領域を指定する撮像領域指定部と、
前記撮像装置が前記２つの撮像領域を撮像して得られた２つの撮像画像を取得する画像取得部と、
各走査鏡の前記２つの撮像領域の撮像での撮影時ごとの回転角度が示される角度データが含まれるモニタデータを取得するモニタデータ取得部と、
前記２つの撮像画像と、前記モニタデータとを用いて、前記１つ以上の走査鏡の各走査鏡について赤外放射率関数の係数を算出する係数算出部とを有する。

本開示によれば、赤外放射輝度に含まれる誤差を低減することができる。

実施の形態１に係るシステム構成例を示す図。 実施の形態１に係る人工衛星の内部構成例を示す図。 実施の形態１に係る撮像装置の内部構成例を示す図。 実施の形態１に係る放射率校正装置のハードウェア構成例を示す図。 実施の形態１に係る放射率校正装置の機能構成例を示す図。 実施の形態１に係る放射率校正装置の動作例を示すフローチャート。 実施の形態１に係る撮像領域の指定例を示す図。 実施の形態１に係る撮像領域の指定例を示す図。 実施の形態１に係る撮像領域の指定例を示す図。

実施の形態１．
以下、実施の形態を、図を用いて説明する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１は、本実施の形態に係るシステム構成例を示す。
図１において、放射率校正装置１００は地上に配置されている。一方、撮像装置２００は人工衛星３００に搭載されている。つまり、撮像装置２００は宇宙空間に存在する。

図２は、人工衛星３００の内部構成の概要を示す。
人工衛星３００では、撮像装置２００と撮像制御装置４００とモニタ装置５００が存在する。
なお、図２では、本実施の形態を説明するのに必要な内部構成のみを示している。つまり、図２では、人工衛星３００の運行を制御する機構等の図示は省略している。
図２において、撮像制御装置４００は、撮像装置２００の撮像の制御を行う。
モニタ装置５００は、撮像装置２００に搭載されている走査鏡の状態をモニタする。
なお、図２では、撮像装置２００と撮像制御装置４００とモニタ装置５００を別個の装置としているが、撮像装置２００と撮像制御装置４００とモニタ装置５００が一体となっていてもよい。

次に、撮像装置２００の内部構成例を概説する。
図３は、撮像装置２００の内部構造の概要を示す。なお、図３は、本実施の形態を説明するのに必要な内部構成のみを示している。
図３に示すように、撮像装置２００は、同一光路上に１つ以上の走査鏡とラインセンサを備える。各走査鏡は１軸駆動式の走査鏡である。
図３では、撮像装置２００が１次走査鏡である走査鏡βと２次走査鏡である走査鏡αを備える例を示す。走査鏡αと走査鏡βは回転軸を中心として回転することができる。つまり、走査鏡αと走査鏡βは回転角度を変化させることができる。走査鏡の回転角度は、走査鏡の基準角（基準位置）からの変位量（角度）である。走査鏡αと走査鏡βの回転軸は平行でなくても良い。例えば、垂直であっても良い。
ラインセンサは、放射率校正装置１００により撮像領域として指定された宇宙空間の領域を撮像する。
なお、図３に示す矢印は光路を示す。
図２に示すモニタ装置５００は、各走査鏡の状態として、撮像時の各走査鏡の回転角度と温度をモニタする。

前述したように、打上げ前の走査鏡の赤外放射率と打ち上げ後の赤外放射率とは一致しない。そして、打ち上げ後の走査鏡の赤外放射率を正確に把握できていないと、撮像時の走査鏡の角度の違いによって、被写体の赤外放射輝度に誤差が生じる。
このため、本実施の形態では、放射率校正装置１００が、撮像時ごとの走査鏡の回転角度が異なる２つの領域を指定し、撮像装置２００に当該２つの領域を撮像させ、２つの撮像画像の差分から、走査鏡の回転角度の違いに基づき走査鏡の赤外放射率の推定を行う。

より具体的には、放射率校正装置１００は、撮像装置２００に撮像させる２つの撮像領域を指定し、図２に示すように、２つの撮像領域が示される撮像領域データ１５０を撮像制御装置４００に送信する。撮像領域の指定方法の詳細は後述する。
撮像制御装置４００は、撮像領域データ１５０を撮像装置２００に転送する。
そして、撮像装置２００は、撮像領域データ１５０で指定された２つの撮像領域を撮像し、２つの撮像画像２５０を放射率校正装置１００に送信する。
また、モニタ装置５００は、撮像時に各走査鏡の回転角度と温度をモニタし、モニタ結果が示されるモニタデータ５５０を放射率校正装置１００に送信する。モニタデータ５５０には、各走査鏡の撮影時ごとの角度データと温度データが含まれる。
そして、放射率校正装置１００は、２つの撮像画像２５０とモニタデータ５５０を用いて、走査鏡の回転角度の違いに基づき走査鏡の赤外放射率の推定を行う。

図４は、本実施の形態に係る放射率校正装置１００のハードウェア構成例を示す。
また、図５は、本実施の形態に係る放射率校正装置１００の機能構成例を示す。
放射率校正装置１００はコンピュータである。放射率校正装置１００はデータ処理装置に相当する。また、放射率校正装置１００の動作手順は、データ処理方法に相当する。また、放射率校正装置１００の動作を実現するプログラムは、データ処理プログラムに相当する。

図４に示すように、放射率校正装置１００は、ハードウェアとして、プロセッサ９０１、主記憶装置９０２、補助記憶装置９０３、通信装置９０４及び入出力装置９０５を備える。
また、放射率校正装置１００は、図５に示すように、機能構成として、撮像領域指定部１０１、画像取得部１０２、モニタデータ取得部１０３、係数算出部１０４、係数出力部１０５、撮像領域データベース１０６及び装置特性データベース１０７を備える。撮像領域指定部１０１、画像取得部１０２、モニタデータ取得部１０３、係数算出部１０４及び係数出力部１０５の機能は、例えば、プログラムにより実現される。
補助記憶装置９０３には、撮像領域指定部１０１、画像取得部１０２、モニタデータ取得部１０３、係数算出部１０４及び係数出力部１０５の機能を実現するプログラムが記憶されている。
これらプログラムは、補助記憶装置９０３から主記憶装置９０２にロードされる。そして、プロセッサ９０１がこれらプログラムを実行して、後述する撮像領域指定部１０１、画像取得部１０２、モニタデータ取得部１０３、係数算出部１０４及び係数出力部１０５の動作を行う。
図４は、プロセッサ９０１が撮像領域指定部１０１、画像取得部１０２、モニタデータ取得部１０３、係数算出部１０４及び係数出力部１０５の機能を実現するプログラムを実行している状態、すなわち、プロセッサ９０１が撮像領域指定部１０１、画像取得部１０２、モニタデータ取得部１０３、係数算出部１０４及び係数出力部１０５として動作している状態を模式的に表している。
また、図４に示す撮像領域データベース１０６及び装置特性データベース１０７は、主記憶装置９０２又は／及び補助記憶装置９０３で実現される。

図５において、撮像領域指定部１０１は、２つの撮像領域を指定する。撮像領域は撮像装置２００に撮像させる領域である。２つの撮像領域は１組として扱われる。撮像領域指定部１０１は、複数の領域組を指定する。
具体的には、撮像領域指定部１０１は、２つの撮像領域として、宇宙空間において一様な輝度温度を有すると推定され、赤外放射輝度値が既知であり、各走査鏡の撮像時ごとの回転角度が異なる２つの領域を指定する。
例えば、撮像領域指定部１０１は、２つの深宇宙領域を撮像領域として指定する。
また、撮像領域指定部１０１は、宇宙空間における任意の領域を基準として対称の位置にある２つの領域を撮像領域として指定してもよい。
また、撮像領域指定部１０１は、宇宙空間における任意の領域を基準として対称の位置にある２つの深宇宙領域を撮像領域として指定してもよい。
なお、深宇宙領域とは、地球からの距離が２００万キロメートル以上である宇宙領域である。
撮像領域指定部１０１は、２つの撮像領域が示される撮像領域データ１５０を通信装置９０４を介して撮像制御装置４００に送信する。
また、撮像領域指定部１０１は、撮像領域データ１５０を係数出力部１０５に格納する。
撮像領域指定部１０１により行われる処理は撮像領域指定処理に相当する。

画像取得部１０２は、通信装置９０４を介して、撮像装置２００から撮像画像２５０を取得する。撮像画像２５０は、撮像領域指定部１０１により撮像領域として指定された領域を撮影して得られた画像である。画像取得部１０２は、複数の領域組の撮像画像２５０を取得する。
画像取得部１０２は、取得した撮像画像２５０を係数算出部１０４に転送する。
画像取得部１０２により行われる処理は画像取得処理に相当する。

モニタデータ取得部１０３は、通信装置９０４を介して、モニタ装置５００からモニタデータ５５０を取得する。モニタデータ取得部１０３は、複数の領域組のモニタデータ５５０を取得する。モニタデータ取得部１０３は、複数の領域組の撮像におけるモニタデータ５５０を取得する。
モニタデータ取得部１０３は、取得したモニタデータ５５０を係数算出部１０４に転送する。モニタデータ５５０には、撮像領域指定部１０１により２つの撮像領域の撮影での撮影時ごとの各走査鏡の角度データと温度データが含まれる。
例えば、図２に示すように、撮像装置２００に２つの走査鏡（走査鏡αと走査鏡β）がある場合を想定する。この場合に、撮像画像Ｎ_１の撮影時の走査鏡αの回転角度をθ_１、走査鏡βの回転角度をφ_１、走査鏡αの温度をＴ_１、走査鏡βの温度をτ_１とする。同様に、撮像画像Ｎ_２の撮像時の走査鏡αの回転角度をθ_２、走査鏡βの回転角度をφ_２、走査鏡αの温度をＴ_２、走査鏡βの温度をτ_２とする。
このとき、モニタデータ取得部１０３は、１組の撮像画像（Ｎ_１，Ｎ_２）に対応する角度データ及び温度データとして、（θ_１，φ_１，Ｔ_１，τ_１，θ_２，φ_２，Ｔ_２，τ_２）を取得する。なお、１組の撮像画像（Ｎ_１，Ｎ_２）は同時刻に撮像されていてもよいし、異なる時刻に撮像されていてもよい。
モニタデータ取得部１０３により行われる処理はモニタデータ取得処理に相当する。

係数算出部１０４は、組になる２つの撮像画像２５０を画像取得部１０２から取得する。また、係数算出部１０４は、モニタデータ取得部１０３から対応するモニタデータ５５０を取得する。
更に、係数算出部１０４は装置特性データベース１０７から装置特性データ１６０を取得する。装置特性データ１６０は、撮像装置２００の特性が示されるデータである。具体的には、装置特性データ１６０には、撮像装置２００のラインセンサのチャネルごとの赤外線波長と赤外校正係数が示される。
係数算出部１０４は、撮像画像２５０とモニタデータ５５０と装置特性データ１６０を用いて、各走査鏡について赤外放射率関数の係数１７０を算出する。具体的には、２つの撮像画像２５０の間の赤外放射輝度の差が低減する赤外放射率関数の係数１７０を算出する。撮像装置２００の同一光路上に設けられた全走査鏡の走査鏡ごとの赤外放射率関数の係数１７０は全て、２つの撮像画像２５０と画像撮像時ごとの走査鏡の回転角度データと温度データを含むモニタデータ５５０と装置特性データ１６０とを用いて、同一の物理モデルによって算出される。
そして、係数算出部１０４は、算出した各走査鏡の赤外放射率関数の係数１７０を係数出力部１０５に出力する。
なお、赤外放射率関数の係数及び物理モデルの詳細は後述する。
係数算出部１０４により行われる処理は係数算出処理に相当する。

係数出力部１０５は、各走査鏡の赤外放射率関数の係数１７０を入出力装置９０５を用いて出力する。例えば、係数出力部１０５は、各走査鏡の赤外放射率関数の係数１７０を入出力装置９０５に含まれるディスプレイに表示する。

撮像領域データベース１０６は、撮像領域データ１５０を記憶する。
また、装置特性データベース１０７は、装置特性データ１６０を記憶する。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
次に、図６を参照して、本実施の形態に係る放射率校正装置１００の動作例を説明する。

ＳＴＥＰ１において、撮像領域指定部１０１が２つの撮像領域を指定する。
前述したように、撮像領域指定部１０１は、撮像領域として、宇宙空間において一様な輝度温度を有すると推定され、赤外放射輝度値が既知であり、少なくとも１つの走査鏡の撮像時ごとの回転角度が異なる２つの領域を指定する。
撮像領域指定部１０１は、複数の領域組を指定する。

図７は、撮像領域指定部１０１による撮像領域の指定方法の一例を示す。
図７において、地球の周りにある矩形はそれぞれ深宇宙領域を表している。
撮像領域指定部１０１は、例えば、地球のＹ軸方向の中心線を基準としてＸ軸方向に対称の位置にある２つの深宇宙領域を撮像領域として指定してもよい。
また、図８に示すように、撮像領域指定部１０１は、例えば、地球のＸ軸方向の中心線を基準としてＹ軸方向に対称の位置にある２つの深宇宙領域を撮像領域として指定してもよい。
図７及び図８のように対称の位置にある２つの深宇宙領域を撮像した場合は、撮像時の走査鏡の回転角度と温度以外のパラメータが撮像画像間で共通していると考えられる。このため、図７及び図８のように対称の位置にある２つの深宇宙領域を撮像した場合は、モニタデータ取得部１０３による赤外放射率関数の係数の算出精度が向上すると考えられる。

但し、撮像領域指定部１０１による撮像領域の指定方法は図７及び図８の方法には限定されない。撮像領域指定部１０１は、例えば、図９に示すように、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向のいずれの方向でも対称の位置にない２つの深宇宙領域を撮像領域として指定してもよい。また、地球の周りのいずれかの深宇宙領域と地球の周りにないいずれかの深宇宙領域とを２つの撮像領域として指定してもよい。また、地球の周りにない２つの深宇宙領域を撮像領域として指定してもよい。
また、撮像領域指定部１０１は、「一様な輝度温度を有すると推定され、赤外放射輝度値が既知であり、各走査鏡の撮像時ごとの回転角度が異なる」という条件を満たす限り、深宇宙領域以外の領域を撮像領域に指定してもよい。
なお、撮像領域指定部１０１は、放射率校正装置１００の利用者（以下、設計者ともいう）の指示に従って、撮像領域を指定することができる。また、撮像領域指定部１０１は、撮像装置２００において過去に撮像された撮像画像を解析して「一様な輝度温度を有すると推定され、赤外放射輝度値が既知であり、各走査鏡の撮像時ごとの回転角度が異なる」領域を探索して、撮像領域を指定してもよい。

ＳＴＥＰ２において、画像取得部１０２が撮像装置２００から撮像画像２５０を取得する。
本実施の形態では、画像取得部１０２が取得する撮像画像２５０は、輝度画像でもよいし、輝度画像を生成するために必要なデータ一式でもよい。

ＳＴＥＰ３において、モニタデータ取得部１０３が、モニタ装置５００からモニタデータ５５０を取得する。つまり、モニタデータ取得部１０３は、ＳＴＥＰ２で取得された撮像画像２５０の撮影時の各走査鏡の角度データと温度データを取得する。
モニタデータ取得部１０３は、複数の領域組の撮像におけるモニタデータ５５０を取得する。
画像取得部１０２は、複数の領域組の撮像画像２５０を取得する。

ＳＴＥＰ４において、係数算出部１０４が、撮像画像２５０とモニタデータ５５０と装置特性データ１６０を用いて、赤外放射率関数の係数１７０を算出する。
本実施の形態では、撮像装置２００の光路と赤外放射輝度の関係を表す物理モデルＭに、撮像画像２５０とモニタデータ５５０と装置特性データ１６０を入力として与え、同一の物理モデルＭから全ての走査鏡について各走査鏡の赤外放射率関数の係数１７０を算出する。物理モデルＭは、撮像装置２００における赤外放射輝度に関する物理的関係を数理的に表現した方程式である。物理モデルＭの詳細は後述する。

最後に、ＳＴＥＰ５において、係数出力部１０５が赤外放射率関数の係数１７０を出力する。

放射率校正装置１００の利用者（設計者）は、係数出力部１０５から出力された赤外放射率関数の係数１７０を確認し、例えば、走査鏡の角度依存性に係わる輝度誤差低減効果が得られているか否かを判断する。具体的には、設計者は、全ての走査鏡の赤外放射率関数の係数１７０を用いて、撮像画像２５０の赤外放射輝度を算出する。そして、設計者は、領域組ごとに２領域の撮像画像２５０の間で赤外放射輝度を比較し、走査鏡の回転角度の違いによる輝度誤差が低減しているかどうかを判断する。
輝度誤差低減効果が得られていると判断した場合は、設計者は、出力された赤外放射率関数の係数１７０を用いて赤外放射輝度を校正することができる。
一方、輝度誤差低減効果が得られていないと判断した場合は、設計者は、例えば、赤外放射率関数の係数１７０の再計算を放射率校正装置１００に指示する。設計者から赤外放射率関数の係数１７０の再計算を指示された場合は、放射率校正装置１００はＳＴＥＰ４以降の処理を繰り返す。
この場合に、ＳＴＥＰ４において、係数算出部１０４は、計算に未使用である新たな撮像画像２５０と対応する未使用のモニタデータ５５０を用いて、赤外放射率関数の係数１７０の再計算を行う。

なお、撮像領域指定部１０１が１組の撮像領域のみを指定し、画像取得部１０２が１組の撮像領域の撮像画像２５０のみを取得し、モニタデータ取得部１０３が１組の撮像領域のモニタデータ５５０のみを取得するようにしてもよい。
この場合に、設計者から赤外放射率関数の係数１７０の再計算を指示された場合は、ＳＴＥＰ１以降の処理が繰り返される。

ここで、ＳＴＥＰ４で係数算出部１０４により行われる赤外放射率関数の係数１７０の計算の詳細を説明する。
係数算出部１０４は、撮像装置２００の光路と赤外放射輝度の関係を表す物理モデルＭに、撮像画像２５０とモニタデータ５５０と装置特性データ１６０を入力として与え、同一光路上の全ての走査鏡の赤外放射率関数の係数を算出する。ここで、係数とは赤外放射率関数の内部パラメータを指す。この内部パラメータを決定する手法として参考文献１又は参考文献２に開示の技術を用いる。

［参考文献１］：Ａｄａｐｔｉｎｇ Ａｒｂｉｔｒａｒｙ Ｎｏｒｍａｌ Ｍｕｔａｔｉｏｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ ｉｎ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ：Ｔｈｅ Ｃｏｖａｒｉａｎｃｅ Ｍａｔｒｉｘ Ａｄａｐｔａｔｉｏｎ（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｒｙ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ， １９９６， ｐｐ． ３１２－３１７）
［参考文献２］：Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ；Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ，Ｊ． Ｋａｃｐｒｚｙｋ
ａｎｄ Ｗ．Ｐｅｄｒｙｃｚ，ｅｄｉｔｏｒｓ，ｐｐ．８７１－８９８，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ（２０１５）

より具体的には、係数算出部１０４は、以下の方法にて赤外放射率関数の係数１７０を算出する。
なお、以下では、図３に示すように、撮像装置２００が１次走査鏡である走査鏡βと２次走査鏡である走査鏡αを備える構成を前提として説明を進める。

本実施の形態では、走査鏡αの赤外放射率関数をε_α（θ_α）＝ａ_０＋ａ_１θ_α＋ａ_２θ_α ^２と定義する。
ここで、θ_αは走査鏡αへ入射する光の入射角を示す。θ_αは走査鏡αの回転角度ｘに依存することからｘの関数（θ_α（ｘ））である。θ_α（ｘ）の内部パラメータはハードウェアによる。
同様に、走査鏡βの赤外放射率関数をε_β（θ_β）＝ｂ_０＋ｂ_１θ_β＋ｂ_２θ_β ^２と定義する。
ここで、θ_βは走査鏡βへ入射する光の入射角を示す。θ_βは走査鏡βの回転角度ｙに依存することからｙの関数（θ_β（ｙ））である。θ_β（ｙ）の内部パラメータはハードウェアによる。

また、ラインセンサ（検出素子）のデジタル出力をＣとする。
また、ラインセンサ（検出素子）の観測輝度をＲ_ｄ＝ｑＣ^２＋ｍＣ＋ｂと表す。
ここで、ｑ、ｍ及びｂはラインセンサの赤外校正係数である。ｑ、ｍ及びｂは、装置特性データ１６０に含まれる。

走査鏡αの温度をＴ_α、走査鏡βの温度をＴ_βと表す。
被観測対象物の赤外放射輝度をＲと表す。
走査鏡αの黒体放射輝度をＲ_α（Ｔ_α）と表す。Ｒ_α（Ｔ_α）はＴ_αの関数であり、値は装置特性データ１６０に含まれる赤外線波長の値を用いて計算される。
走査鏡βの黒体放射輝度をＲ_β（Ｔ_β）と表す。Ｒ_β（Ｔ_β）はＴ_βの関数であり、値は装置特性データ１６０に含まれる赤外線波長の値を用いて計算される。

以上から、同一光路上に二つの走査鏡（走査鏡α、走査鏡β）とラインセンサを備えた撮像装置２００において、赤外放射輝度（以下、観測放射輝度ともいう）は次の式（１）、式（２）、式（３）の物理モデルＭで表される。
Ｒ_ｄ＝Ｍ 式（１）
Ｒ_ｄ＝ｑＣ^２＋ｍＣ＋ｂ 式（２）
Ｍ＝（１－ε_α（θ_α））（１－ε_β（θ_β））Ｒ＋ε_α（θ）Ｒ_α（Ｔ_α）＋ε_β（θ_β）（１－ε_α（θ））Ｒ_β（Ｔ_β） 式（３）
前述したように、走査鏡αは２次走査鏡、走査鏡βは１次走査鏡である。
撮像装置２００の内部の光路は次のように構成されている。
被写体（光源）→１次走査鏡β→２次走査鏡α→ラインセンサ

続いて、この撮像装置２００によって撮像される２領域１組の撮像領域を考える。
ある撮像画像ｉ（赤外放射輝度：Ｒ_ｉ）を撮像したときの走査鏡αの回転角度をｘ_ｉ、走査鏡αの温度をＴ_α，ｉと表す。また、撮像画像ｉを撮像したときの走査鏡βの回転角度をｙ_ｉ、走査鏡βの温度をＴ_β，ｉと表す。
また、θ_α，ｉは撮像画像ｉを撮像したときの走査鏡αへ入射する光の入射角を示す。θ_α，ｉは走査鏡αの回転角度ｘ_ｉに依存することからｘ_ｉの関数（θ_α，ｉ（ｘ_ｉ））である。更に、θ_β，ｉは撮像画像ｉを撮像したときの走査鏡βへ入射する光の入射角を示す。θ_β，ｉは走査鏡βの回転角度ｙ_ｉに依存することからｙ_ｉの関数（θ_β，ｉ（ｙ_ｉ））である。
同様にして、ある撮像画像ｊ（赤外放射輝度：Ｒ_ｊ）を撮像したときの走査鏡αの回転角度をｘ_ｊ、走査鏡αの温度をＴ_α，ｊと表す。また、撮像画像ｊを撮像したときの走査鏡βの走査鏡βの回転角度をｙ_ｊ、走査鏡βの温度をＴ_β，ｊと表す。
また、θ_α，ｊは撮像画像ｊを撮像したときの走査鏡αへ入射する光の入射角を示す。θ_α，ｊは走査鏡αの回転角度ｘ_ｊに依存することからｘ_ｊの関数（θ_α，ｊ（ｘ_ｊ））である。更に、θ_β，ｊは撮像画像ｊを撮像したときの走査鏡βへ入射する光の入射角を示す。θ_β，ｊは走査鏡βの回転角度ｙ_ｊに依存することからｙ_ｊの関数（θ_β，ｊ（ｙ_ｊ））である。

このとき、撮像領域の組（ｉ，ｊ）に関する赤外放射輝度の関係式は次の式（４）から式（９）で表せる。
Ｒ_ｄ，ｉ＝Ｍ_ｉ 式（４）
Ｒ_ｄ，ｉ＝ｑＣ_ｉ ^２＋ｍＣ_ｉ＋ｂ 式（５）
Ｍ_ｉ＝（１－ε_α（θ_α，ｉ））（１－ε_β（θ_β，ｉ））Ｒ_ｉ＋ε_α（θ_α，ｉ）Ｒ_α（Ｔ_α，ｉ）＋ε_β（θ_β，ｉ）（１－ε_α（θ_α，ｉ））Ｒ_β（Ｔ_β，ｉ） 式（６）
Ｒ_ｄ，ｊ＝Ｍ_ｊ 式（７）
Ｒ_ｄ，ｊ＝ｑＣ_ｊ ^２＋ｍＣ_ｊ＋ｂ 式（８）
Ｍ _ｊ＝（１－ε_α（θ_α，ｊ））（１－ε_β（θ_β，ｊ））Ｒ _ｊ ＋ε_α（θ_α，ｊ）Ｒ_α（Ｔ_α，ｊ）＋ε_β（θ_β，ｊ）（１－ε_α（θ_α，ｊ））Ｒ_β（Ｔ_β，ｊ） 式（９）
ここで、θ、Ｔ、Ｒ、Ｍのそれぞれの右下添え字ｉとｊは、撮像領域に対応する番号である。

次に、撮像領域ｉと撮像領域ｊについて観測放射輝度の差分ΔＲ_ｋおよび検出器への入力放射輝度の差分ΔＭ_ｋをそれぞれ式（１０）および式（１１）で表す。式（１０）と式（１１）の差分を式（１２）で表す。
ΔＲ_ｋ＝Ｒ_ｄ，ｉ－Ｒ_ｄ，ｊ 式（１０）
ΔＭ_ｋ＝Ｍ_ｉ－Ｍ_ｊ 式（１１）
Ｅ_ｋ＝ΔＲ_ｋ－ΔＭ_ｋ 式（１２）
ここで、ΔＲ_ｋ、ΔＭ_ｋ、Ｅ_ｋの右下添え字ｋは領域組の番号である。各領域組（ｉ，ｊ）に対して領域組の番号ｋが一意に定められる。
各領域組ｋに対するＥ_ｋの値は、物理モデルＭによって算出される観測放射輝度の理論値とモニタ装置５００で観測された回転角度及び温度から算出された値との差分を示す。この差分Ｅ_ｋの大きさが小さい程、領域組ｋの撮像領域ｉと撮像領域ｊの間の赤外放射輝度の差が小さいことになる。
係数算出部１０４は、この差分Ｅ_ｋの大きさを最小化する赤外放射率関数ε_α（θ_α）、ε_β（θ_β）の係数ａ_０、ａ_１、ａ_２、ｂ_０、ｂ_１及びｂ_２を算出する。換言すれば、係数算出部１０４は、撮像領域ｉと撮像領域ｊの間の赤外放射輝度の差の大きさを最小化する赤外放射率関数の係数１７０を算出する。

係数算出部１０４は、最適化アルゴリズムを用いて赤外放射率関数の係数１７０を算出することができる。係数算出部１０４は、以下のようにして、最適化アルゴリズムを用いて赤外放射率関数の係数１７０を算出する。
係数算出部１０４は、赤外放射率関数の係数１７０を算出するために次の式（１３）を用いる。

Ｆ＝Ｆ（｛Ｅ_ｋ｜１≦ｋ≦Ｎ｝） 式（１３）

ここで、Ｎは領域組の総数、Ｆは設計者によって任意に設計される関数であり、ｋは領域組の番号である。ｋには１からＮまでの自然数が割り当てられる。
式（１３）で定義されたＦを最小化させるための赤外放射率関数ε_α（θ_α）、ε_β（θ_β）の係数ａ_０、ａ_１、ａ_２、ｂ_０、ｂ_１及びｂ_２を求めることを考える。
ここで、式（１４）のように、目的関数ｆをＦで定義する。
ｆ＝Ｆ 式（１４）
最適化するパラメータｘは、式（１５）に示す通りである。

係数算出部１０４は、上記の参考文献１の「ＣＭＡ－ＥＳ」又は参考文献２の「（μ／μ_ｗ，λ）－ＣＭＡ－ＥＳ」に式（１４）及び式（１５）を適用し、式（１５）の最適解を得る。また、係数算出部１０４は、「ＣＭＡ－ＥＳ」又は「（μ／μ_ｗ，λ）－ＣＭＡ－ＥＳ」の一部或いは全てを含むアルゴリズムに式（１４）及び式（１５）を適用し、式（１５）の最適解を得てもよい。
式（１５）のパラメータｘの最適化された値が赤外放射率関数の係数１７０である。

なお、以下の参考文献３の第１章に記載の「実ベクトル空間の部分集合Ｘ⊆Ｒ^ｄ上で定義される関数ｆ：Ｘ→Ｒの最適化（連続最適化）に対し、正規分布を用いた多点探索を行う進化計算手法である」の「ｆ」が上記の式（１４）にあたる。この「ｆ」は、参考文献３の２．１項に記載の「ＳＴＥＰ．２ 解候補の目的数値ｆ（ｘ_ｉ）」でも参照される。
また、上記の式（１５）は参考文献３の２．１項に記載のアルゴリズムによって最適化されてもよい。

［参考文献３］：Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ Ｓｔｒａｔｅｇｉｅｓ による連続最適化－ＣＭＡ－ＥＳの設計原理と理論的基盤、秋本洋平、システム／制御／情報、Ｖｏｌ．６０、Ｎｏ．７、ｐｐ．２９２―２９７、２０１６

なお、２つの走査鏡のうちの一方が、回転軸を持たない反射鏡である場合は、係数算出部１０４は、物理モデルＭ上でその反射鏡に対応する走査鏡の回転角の値（ｘ又はｙ）を定数として扱い、計算を行う。
また、２つの走査鏡のうちの一方が存在しない場合は、係数算出部１０４は、存在しない走査鏡の放射率関数と黒体放射輝度の値を０とし、計算を行う。

＊＊＊実施の形態の効果の説明＊＊＊
本実施の形態では、放射率校正装置１００は、領域組ｋの撮像領域ｉと撮像領域ｊの赤外放射輝度の差の大きさを最小化する赤外放射率関数の係数を算出する。設計者は、算出された赤外放射率関数の係数を用いて赤外放射率を校正することができる。このため、本実施の形態によれば、打ち上げ後の撮像装置からの撮像画像であっても、赤外放射輝度の誤差を低減することができる。

また、本実施の形態では、打上げ前と打上げ後の環境の変化に起因する走査鏡の赤外放射率の変化による赤外放射輝度の誤差に加えて、経年変化に起因する走査鏡の赤外放射率の変化による赤外放射輝度の誤差も低減することができる。つまり、経年変化により、人工衛星の打ち上げ当初の赤外放射率と打ち上げから長時間経過した後の赤外放射率とが一致しない場合がある。本実施の形態によれば、このような経年変化による赤外放射率の不一致に起因する赤外放射輝度の誤差も低減することができる。

また、撮像装置２００では、走査鏡とラインセンサが同一光路上に存在する。同一光路上に存在する全ての走査鏡とラインセンサを１つの系とし、物理モデルを用いて、走査鏡ごとの赤外放射率関数の係数を１つの系に対して算出するには、全ての走査鏡の赤外放射率関数の係数が同一の物理モデルから算出される必要がある。
本実施の形態では、放射率校正装置１００は、同一の物理モデルＭを適用して全ての走査鏡の赤外放射率の係数を算出する。このため、本実施の形態によれば、全ての走査鏡の赤外放射率を１つの系に対して校正することができる。

＊＊＊ハードウェア構成の補足説明＊＊＊
最後に、放射率校正装置１００のハードウェア構成の補足説明を行う。
図４に示すプロセッサ９０１は、プロセッシングを行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。
プロセッサ９０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）等である。
図４に示す主記憶装置９０２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）である。
図４に示す補助記憶装置９０３は、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等である。
図４に示す通信装置９０４は、データの通信処理を実行する電子回路である。
通信装置９０４は、例えば、通信チップ又はＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄ）である。
図４に示す入出力装置９０５は、例えば、マウス、キーボード及びディスプレイである。

また、補助記憶装置９０３には、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）も記憶されている。
そして、ＯＳの少なくとも一部がプロセッサ９０１により実行される。
プロセッサ９０１はＯＳの少なくとも一部を実行しながら、撮像領域指定部１０１、画像取得部１０２、モニタデータ取得部１０３、係数算出部１０４及び係数出力部１０５の機能を実現するプログラムを実行する。
プロセッサ９０１がＯＳを実行することで、タスク管理、メモリ管理、ファイル管理、通信制御等が行われる。
また、撮像領域指定部１０１、画像取得部１０２、モニタデータ取得部１０３、係数算出部１０４及び係数出力部１０５の処理の結果を示す情報、データ、信号値及び変数値の少なくともいずれかが、主記憶装置９０２、補助記憶装置９０３、プロセッサ９０１内のレジスタ及びキャッシュメモリの少なくともいずれかに記憶される。
また、撮像領域指定部１０１、画像取得部１０２、モニタデータ取得部１０３、係数算出部１０４及び係数出力部１０５の機能を実現するプログラムは、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、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤ等の可搬記録媒体に格納されていてもよい。そして、撮像領域指定部１０１、画像取得部１０２、モニタデータ取得部１０３、係数算出部１０４及び係数出力部１０５の機能を実現するプログラムが格納された可搬記録媒体を流通させてもよい。

また、撮像領域指定部１０１、画像取得部１０２、モニタデータ取得部１０３、係数算出部１０４及び係数出力部１０５の少なくともいずれかの「部」を、「回路」又は「工程」又は「手順」又は「処理」又は「サーキットリー」に読み替えてもよい。
また、放射率校正装置１００は、処理回路により実現されてもよい。処理回路は、例えば、ロジックＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＧＡ（Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）である。
この場合は、撮像領域指定部１０１、画像取得部１０２、モニタデータ取得部１０３、係数算出部１０４及び係数出力部１０５は、それぞれ処理回路の一部として実現される。
なお、本明細書では、プロセッサと処理回路との上位概念を、「プロセッシングサーキットリー」という。
つまり、プロセッサと処理回路とは、それぞれ「プロセッシングサーキットリー」の具体例である。

なお、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本開示の範囲、本開示の適用物の範囲、および本開示の用途の範囲を制限することを意図するものではない。上述した実施の形態は、必要に応じて種々の変更が可能である。

１００ 放射率校正装置、１０１ 撮像領域指定部、１０２ 画像取得部、１０３ モニタデータ取得部、１０４ 係数算出部、１０５ 係数出力部、１０６ 撮像領域データベース、１０７ 装置特性データベース、１５０ 撮像領域データ、１６０ 装置特性データ、１７０ 赤外放射率関数の係数、２００ 撮像装置、２５０ 撮像画像、３００ 人工衛星、４００ 撮像制御装置、５００ モニタ装置、５５０ モニタデータ、９０１ プロセッサ、９０２ 主記憶装置、９０３ 補助記憶装置、９０４ 通信装置、９０５ 入出力装置。

Claims (12)

1. １つ以上の走査鏡とラインセンサとが同一光路上に設けられた宇宙空間にある撮像装置に撮像させる２つの撮像領域として、前記宇宙空間において一様な輝度温度を有すると推定され、赤外放射輝度値が既知であり、前記１つ以上の走査鏡のうちの少なくとも１つの走査鏡の撮像時ごとの回転角度が異なる２つの領域を指定する撮像領域指定部と、
   前記撮像装置が前記２つの撮像領域を撮像して得られた２つの撮像画像を取得する画像取得部と、
   各走査鏡の前記２つの撮像領域の撮像での撮影時ごとの回転角度が示される角度データが含まれるモニタデータを取得するモニタデータ取得部と、
   前記２つの撮像画像と、前記モニタデータとを用いて、前記１つ以上の走査鏡の各走査鏡について赤外放射率関数の係数を算出する係数算出部とを有するデータ処理装置。
2. 前記係数算出部は、
   各走査鏡の前記２つの撮像領域の撮像での撮影時ごとの回転角度と前記２つの撮像画像の間の赤外放射輝度とを用いて、前記赤外放射率関数の係数を算出する請求項１に記載のデータ処理装置。
3. 前記係数算出部は、
   前記２つの撮像画像の間の赤外放射輝度の差を最小化する係数を算出する請求項１に記載のデータ処理装置。
4. 前記撮像領域指定部は、
   前記２つの撮像領域として、２つの深宇宙領域を指定する請求項１に記載のデータ処理装置。
5. 前記撮像領域指定部は、
   前記宇宙空間における任意の領域を基準として対称の位置にある２つの領域を前記２つの撮像領域として指定する請求項１に記載のデータ処理装置。
6. 前記撮像装置には２つ以上の走査鏡とラインセンサとが同一光路上に設けられており、
   前記係数算出部は、
   前記２つ以上の走査鏡に同一の物理モデルを適用して、前記２つ以上の走査鏡の各走査鏡について前記赤外放射率関数の係数を算出する請求項１に記載のデータ処理装置。
7. 前記係数算出部は、
   最適化アルゴリズムを用いて、前記赤外放射率関数の係数を算出する請求項１に記載のデータ処理装置。
8. 前記モニタデータ取得部は、
   各走査鏡の前記２つの撮像領域の撮像での撮影時ごとの温度が示される温度データが含まれるモニタデータを取得する請求項１に記載のデータ処理装置。
9. 前記係数算出部は、
   前記ラインセンサのチャネルごとの赤外線波長と赤外校正係数が示される装置特性データを用いて、前記赤外放射率関数の係数を算出する請求項１に記載のデータ処理装置。
10. 前記画像取得部は、
    １軸駆動式の１つ以上の走査鏡が設けられた撮像装置から、前記２つの撮像画像を取得する請求項１に記載のデータ処理装置。
11. コンピュータが、１つ以上の走査鏡とラインセンサとが同一光路上に設けられた宇宙空間にある撮像装置に撮像させる２つの撮像領域として、前記宇宙空間において一様な輝度温度を有すると推定され、赤外放射輝度値が既知であり、前記１つ以上の走査鏡のうちの少なくとも１つの走査鏡の撮像時ごとの回転角度が異なる２つの領域を指定し、
    前記コンピュータが、前記撮像装置が前記２つの撮像領域を撮像して得られた２つの撮像画像を取得し、
    前記コンピュータが、各走査鏡の前記２つの撮像領域の撮像での撮影時ごとの回転角度が示される角度データが含まれるモニタデータを取得し、
    前記コンピュータが、前記２つの撮像画像と、前記モニタデータとを用いて、前記１つ以上の走査鏡の各走査鏡について赤外放射率関数の係数を算出するデータ処理方法。
12. １つ以上の走査鏡とラインセンサとが同一光路上に設けられた宇宙空間にある撮像装置に撮像させる２つの撮像領域として、前記宇宙空間において一様な輝度温度を有すると推定され、赤外放射輝度値が既知であり、前記１つ以上の走査鏡のうちの少なくとも１つの走査鏡の撮像時ごとの回転角度が異なる２つの領域を指定する撮像領域指定処理と、
    前記撮像装置が前記２つの撮像領域を撮像して得られた２つの撮像画像を取得する画像取得処理と、
    各走査鏡の前記２つの撮像領域の撮像での撮影時ごとの回転角度が示される角度データが含まれるモニタデータを取得するモニタデータ取得処理と、
    前記２つの撮像画像と、前記モニタデータとを用いて、前記１つ以上の走査鏡の各走査鏡について赤外放射率関数の係数を算出する係数算出処理とをコンピュータに実行させるデータ処理プログラム。

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