JP7497727B2 - 衛星システムの撮像方法、および、送信装置 - Google Patents
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Description
1.衛星画像処理システムの構成例
2.単機の撮像シーケンス
3.撮像準備処理
4.フォーメーションフライトのフローチャート
5.画像処理の例
6.メタデータの詳細
7.流通管理処理の詳細
8.フォーメーションフライトの応用例
9.衛星画像処理システムの第2実施の形態
10.第2実施の形態の第1のイベント撮像シーケンス
11.第2実施の形態の第2のイベント撮像シーケンス
12.第2実施の形態の第3のイベント撮像シーケンス
13.送信装置の他の構成例
14.イベント検出センサを用いた衛星画像処理システムの適用例
15.コンピュータ構成例
図1は、本技術を適用した衛星画像処理システムの第1実施の形態の構成例を示すブロック図である。
次に、図6のフローチャートを参照して、フォーメーションフライトを行う衛星群31の所定の一つの衛星21に着目した撮像シーケンスについて説明する。
ところで、特に小型の衛星21においてはリソースが限られるため、特にバッテリ残量に留意する必要がり、これに応じた撮像制御が重要となる。
次に、一つの衛星群31を構成する複数の衛星21で実行されるフォーメーションフライトについて説明する。
図6のステップS18または図9のステップS107において、衛星群管理装置11または画像解析サーバ42が実行する画像処理の処理例について説明する。
衛星21から送信されてきた情報や、撮像を行った衛星21の情報に基づいて、メタデータを生成することができる。例えば、撮像対象位置の緯度経度の情報、衛星21の撮像時の姿勢制御や加速度の情報などを、メタデータとして生成することができる。
(2)撮像画像の補正処理
感度特性に関するラジオメトリック補正、衛星21の軌道位置や姿勢誤差などの幾何補正、地形の高低差に起因する幾何学的な歪みを補正するオルソ補正、地図投影面への射像を行う地図投影、などの補正処理を行うことができる。
(3)カラー合成処理
パンシャープン処理、トゥルーカラー合成処理、フォールスカラー合成処理、ナチュラルカラー合成処理、SAR画像合成処理、バンド毎の撮像画像に色を付加する処理、などのカラー合成処理を行うことができる。
(4)その他の画像合成
過去に自分(衛星21)が撮像した撮像画像、他の衛星21で撮像された撮像画像、何らかのベース画像との合成、異なるバンドで撮像された撮像画像どうしの合成、地図情報との合成などを行うこともできる。
(5)情報抽出
R(Red)とIR(Infrared)などの異なるバンドにより、NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)等の植生検出情報や、NDWI(Normalized Difference Water Index)等の水検出情報を算定することができる。車両や移動体、魚群などの特定被写体のハイライト処理、特定バンドの情報、前回撮像時からの変化点の抽出などを行うことができる。
複数の撮像画像を重ね合わせることで、分解能を向上させた撮像画像を生成することができる。また、モノクロ画像とカラー画像を合わせたパンシャープン画像や、例えば異なるダイナミックレンジやシャッタスピード、異なるバンド(波長帯域)、異なる解像度など、撮像条件の異なる撮像画像の合成によって、高解像化させた撮像画像を生成することができる。
(2)機能分担
R(Red)とIR(Infrared)などの異なるバンドにより、NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)等の指標を算定することができる。
(3)3次元計測
視差画像により、三次元情報を得ることができる。また、三次元情報により地上の物体認識の精度を高めることができる。たとえば、物体が車両であるか否かの判別を行うことができる(分解能的に画像から直ちには車両であるとはわからずとも、道路上にあるものが模様でなく立体物と分かれば、それが車両であると推定できる)。
(4)差分計測
同一位置から時間差で撮像した複数の撮像画像を用いて、第1の時刻と第2の時刻との変化を抽出することができる。また、変化した対象のみを抽出して着色するような画像化を行ってもよい。また例えば、複数の撮像画像を用いて、船舶や車両の移動速度を算定したり、雲等の移動から風速を算出することができる。
(5)その他の画像合成
過去の撮像画像や、他の衛星21で撮像された撮像画像との合成、異なるバンドで撮像された撮像画像どうしの合成、地図情報との合成などを行うこともできる。
画像処理後の処理画像、および、撮像画像は、例えば、以下のような画像フォーマットを用いて、記憶部に格納され、顧客等へ提供される。
(1)CEOS
CEOSは、地球観測衛星委員会 (committee on Earth Observation Satellites)で標準化されたフォーマットである。CEOSには、バンドごとにファイルが分割される「CEOS-BSQ」と、複数のバンドが多重化された「CEOS-BIL」とがある。
(2)HDF
イリノイ大学のNCSA (National Center for Supercomputing Applications) で開発されたフォーマットである。多様なコンピュータ環境で容易にデータの相互交換を行えるように複数のバンドが一つのファイルにまとめられている。
(3)Geo TIFF
TIFF(Tagged Image File Format)に、リモートセンシング用の情報を付加したフォーマットである。TIFF形式であるので、一般的な画像ビューア等で開くことが可能である。
(4)JPEG2000
Joint Photographic Experts Groupにより規格化された画像フォーマットである。JPEG 2000は単に圧縮率を高めるだけではなく、注目領域の画像を向上させる技術や、電子透かしなどの著作権保護技術が採用されている。
図10は、撮像画像または処理画像にメタデータとして付される情報の例を示している。
次に、図6のステップS19および図9のステップS108において衛星群管理装置11または画像解析サーバ42により実行される、撮像画像または処理画像の流通管理処理について説明する。
(1)利用制限処理
許可なく撮像画像および処理画像のダウンロードや表示を行うことができないように処理を施したり、有効期限やコピー回数、表示回数など所定の条件を満たした場合に、撮像画像および処理画像のダウンロードや表示を行うことができなくなるような処理を施すことができる。また、撮像画像および処理画像に対して、画像合成などの2次的な処理を行うことができないように施すことができる。
(2)ウォーターマーク
撮像画像および処理画像に対して、著作権があることを示すウォーターマーク(電子透かし)を入れる処理を施すことができる。また、流出経路を判別することができる情報をウォーターマークとして入れる処理を施すことができる。
撮像画像および処理画像に対してプライバシー保護を求めるユーザの要請がある場合や、軍事施設や公共施設など、各国の法律等により開示が制限される地域(開示制限地域)や禁止されている地域(禁止地域)が写っている画像については、衛星群管理装置11または画像解析サーバ42は、所定の保護方法によって、画像を保護する処理を施すことができる。保護対象地域か否かは、メタデータの撮像対象位置情報を用いて判断すればよい。
以下では、フォーメーションフライトにより衛星群31を構成する複数の衛星21で撮像された撮像画像を用いた画像解析処理例について説明する。
農作物の発芽確認のための観測には数cmの解像度が必要とされる。フォーメーションフライトによる複数衛星の撮像画像の合成により、単機での分解能を超える分解能を実現でき、発芽の検出が可能になる。
衛星群31は、農地の同一地点を撮像対象位置として、撮像を行う。各衛星21は、異なる位置から同時に撮像しても良いし、時間差で同じ位置から撮像してもよい。各衛星21の撮像対象位置を同一地点に向けさせるために、衛星位置の事前把握が必要になる。
画像の合成処理では、それぞれの撮像画像がどの衛星21によって撮像されたかの把握はできなくともよいが、どの衛星21による撮像であるかを把握できれば、撮像時の角度や時刻が判別できるため、より効率的な画像合成が可能となる。
合成後の処理画像のフォーマットには、例えば、Geo TIFFフォーマットを用いることができ、フォーメーションフライトによる合成画像である旨、及び、合成元の撮像画像それぞれの撮像位置、撮像時刻および撮像条件などをメタデータとして付すことができる。撮像位置情報は、合成元のいずれかの撮像画像(代表となる撮像画像)の撮像位置情報を用いることができる。
農作物の生育状況の確認はNDVI等の指標により行われるが、三次元計測により高さ情報を正確に取得することでも可能である。
衛星群31の各衛星21は、農地である同一地点を撮像対象位置として、同時に撮像を行い、視差画像を得る。基線長である衛星間の距離を得るため、衛星21の相対位置情報が必要になる。この相対位置情報は事前ではなく、撮像画像のダウンリンクと同時に得られてもよい。
画像の合成処理では、それぞれの撮像画像がどの衛星21によって撮像されたかの把握はできなくともよいが、どの衛星21による撮像であるかを把握できれば、撮像時の角度や時刻が判別できるため、より効率的な画像合成が可能となる。
合成後の処理画像は、例えば、L画像とR画像の組からなる3次元画像のフォーマットを用いることができ、フォーメーションフライトによる合成画像である旨、及び、合成元の撮像画像それぞれの撮像位置、撮像時刻および撮像条件などをメタデータとして付すことができる。撮像位置情報は、合成元のいずれかの撮像画像(代表となる撮像画像)の撮像位置情報を用いることができる。三次元計測の情報に加えて、NDVI等の植生指標や、他の情報がさらに付加されてもよい。
例えば、農地の耕耘後の水平確認のための高さ情報を三次元計測により正確に取得することが可能である。
魚群の探知と、魚群の移動方向および移動速度の情報を得ることができる。
衛星群31は、海洋の同一地点を撮像対象位置として、撮像を行う。各衛星21は、時間差で同じ位置から撮像する。各衛星21の撮像対象位置を同一地点に向けさせるために、衛星位置の事前把握が必要になる。特に、リファレンスとなる目標の存在しない海洋を撮像対象位置とする撮像では、各衛星21の撮像画像の位置合わせを精密に行う必要があるため、各衛星21の相対位置や移動速度情報の事前把握が重要になる。
撮像画像の解析処理では、撮像位置(角度情報を含む)と撮像時刻とに基づき、各衛星21の撮像画像の位置合わせと、魚群の比較処理とを行う。比較処理により、2以上の衛星21の撮像時刻の時間差と魚群の移動距離から、魚群の移動速度を算出することができる。
解析処理画像として提示される画像としては、例えば、ベースとなる魚群の撮像画像(所定の衛星21の撮像画像)に対して、魚群の移動方向および移動速度を示す情報が重畳表示された画像を採用することができる。メタデータには、ベースとなる撮像画像の諸情報が付加される。
解析処理の結果として、魚群の移動方向および移動速度を算出した際の算出方法を説明する情報、例えば、魚群を捉えた複数枚の撮像画像と、それらの撮像時刻、魚群の位置などの情報を提示してもよい。
(5)その他の海洋観測リモートセンシング
例えば、船舶の移動方向および移動速度の情報や、海流の観測情報も得ることができる。
駐車場の車両台数や、道路の走行台数を調べることで、経済指標(景気動向や特定店舗の売上予測)を算出することが行われている。フォーメーションフライトによる複数衛星の撮像画像の合成により、高解像の撮像画像を生成し、車両台数や走行台数をより正確に検出することができる。
衛星群31は、同一地点を撮像対象位置として、同時に撮像を行う。各衛星21の撮像対象位置を同一地点に向けさせるために、衛星位置の事前把握が必要になる。同時撮像された複数枚の撮像画像により、画像の高解像度化、視差画像に基づく3次元情報の取得が可能である。
画像の合成処理では、それぞれの撮像画像がどの衛星21によって撮像されたかの把握はできなくともよいが、どの衛星21による撮像であるかを把握できれば、撮像時の角度や時刻が判別できるため、より効率的な画像合成が可能となる。2以上の撮像画像の合成では、画像内の道路や建物からリファレンスとなる対象物を抽出し、これに基づいて2以上の画像の位置合わせを行ってもよい。リファレンスとなる対象物は、高さ情報に基づいて選んでもよい。
画像の解析処理では、高解像化された撮像画像に基づいて、車両台数や走行台数が算出される。撮像画像内の特定の領域のみを高解像度化することにより、効率良く車両台数や走行台数を算出してもよい。2次元画像では車両か否かの判別ができない場合、高さを含めた3次元情報に基づいて車両か否かの判別を行ってもよい。
解析処理画像として提示される画像としては、例えば、ベースとなる撮像画像(所定の衛星21の撮像画像)に、検出対象エリアやカウント対象(車両や人)ごとに色を変えて着色し、カウント数を重畳表示した画像を採用することができる。メタデータには、ベースとなる画像の諸情報が付与される。
解析処理の結果として、画像の撮像条件や、検出対象物の算出方法などの情報をユーザに提示してもよい。
なお、上述した例は、同時撮像による高解像度化の例であるが、時間差で撮像した撮像画像に基づき、車両の移動速度を計測し、撮像時間前後の交通量情報を推定して提示してもよい。
(7)その他
フォーメーションフライトによる複数衛星の撮像画像の合成により、視差画像に基づく3次元情報を取得し、建設現場や邸宅の3次元地図を作成することができる。
(8)変形例
フォーメーションフライトのコンステレーションでもよい。すなわち、フォーメーションフライトを行う衛星群31を単一もしくは複数の軌道面に投入することで、主に全球に均一にサービスを展開する運用を行うことができる。
フォーメーションフライトによる撮像画像と、他の衛星の撮像画像の画像合成を行ってもよい。例えば、静止衛星により撮像された高解像画像に対して、フォーメーションフライトで得られた移動体情報を重畳表示するような画像処理を行うことができる。
図11は、本技術を適用した衛星画像処理システムの第2実施の形態の構成例を示している。
次に、図13のフローチャートを参照して、第2実施の形態の衛星画像処理システム1が行う第1のイベント撮像シーケンスを説明する。
次に、図14のフローチャートを参照して、第2実施の形態の衛星画像処理システム1が行う第2のイベント撮像シーケンスを説明する。
次に、図15のフローチャートを参照して、第2実施の形態の衛星画像処理システム1が行う第3のイベント撮像シーケンスを説明する。
図12に示した送信装置251は、イベントの発生を検出するセンサが組み込まれ、撮像指示を送信する送信部と一体とされていた。しかしながら、イベントの発生を検出するセンサと、撮像指示を送信する送信装置は、別個の装置で構成することができる。
以下では、第2実施の形態のイベント検出センサを用いた衛星画像処理システムの適用例について説明する。
農地の所定の観測領域に複数のセンサ(センサ部273を含む送信装置251、または、センサ293)が一定間隔で設置され、複数のセンサそれぞれは、害虫発生や病気発生等の異常を検出する。送信装置251または291は、イベントとしての農地の異常の検出結果に応じて、撮像指示を衛星21へ送信する。衛星21は、例えば、RGBの撮像や、NDVI等の植生指標のためのR(Red)とIR(Infrared)の撮像などを行う。撮像指示に付加される要求撮像対象位置には、異常を検出したセンサのセンサ検出範囲が割り当てられる。撮像指示を受信した衛星21は、複数のセンサが配置された観測領域のうち、異常が発生したセンサのセンサ検出範囲のみを撮像してもよいし、観測領域全体を広域撮像してもよい。また、ズーム等の撮像条件を変更し、異常を検出したセンサのセンサ検出範囲の撮像と観測領域全体の広域撮像の両方を行ってもよい。
異常の検出ではなく、育成状況確認のための所定状況の発生、例えば地表が所定の環境状態になったこと(例えば、地表の温度が所定の温度となったこと)や、植物の光合成量や生育状況が所定状態になったこと、発芽を検出したこと等をトリガとして、衛星21に撮影指示を行うこともできる。
例えば、センサ部273を含む送信装置251を内蔵したブイが、海洋の調査対象海域に放流される。センサ部273は、魚群の探知、海水温、海流速度、または、風速などの所定条件を検出し、送信装置251が、イベントの検出結果に基づいて撮像指示を衛星21に送信する。撮像指示の撮像関連情報には、要求撮像条件、要求撮像対象位置、イベント発生時刻などが含まれる。夜間の状態を撮像可能な衛星21は限られるため、要求撮像条件に基づいて衛星21が選定され、撮像画像に基づいて、撮像対象海域の状況が分析される。
森林、山岳、砂漠等の無人地帯に、センサ(センサ部273を含む送信装置251、または、センサ293)が設置され、気候条件の変化、観測対象の生物の検出、森林火災などの異常が検出される。衛星21は、送信装置251または291からの撮像指示に基づいて、撮像を行う。撮像画像に基づいて、無人地帯の状況が分析される。
例えば、飛行機のブラックボックスや船舶に送信装置251が搭載され、飛行機の墜落、船舶の座礁、オイルタンカーの漏出などの有事の際に、送信装置251が撮像指示を送信する。衛星21は、有事発生場所を速やかに撮像し、地上局15へ送信する。
登山者等が送信装置251を携帯し、遭難時に、検出イベント種類として救難信号を含み、要求撮像対象位置として遭難発生場所を含む撮像関連情報を付加した撮像指示が、送信装置251から衛星21へ送信される。衛星21は、撮像指示に基づいて、遭難発生場所の撮像を行い、地上局15へ送信する。
パイプラインに所定の間隔でセンサが付され、漏出の発生が監視される。漏出が検出された場合には、衛星21に対して撮像指示が送信される。要求撮像条件として、例えばIRバンドによる熱検出が可能な衛星21など、漏出検出が可能な衛星21を指定する撮像関連情報が付加された撮像指示が送信され、要求を満たす衛星21が撮像を行う。撮像された撮像画像に基づき、漏出地域の漏出状況を速やかに観測することができる。特に、パイプラインからの流出が人的原因による場合、事象発生後の速やかな観測が有効である。
地上に配置されたセンサ293をトリガとした撮像画像はあくまで一次情報とし、その撮像画像と他の画像とを組み合わせて画像解析等が行われてもよい。例えば、センサ293からのトリガによる撮像画像は、撮像タイミングを優先して、低性能の衛星21が、速やかに撮像を行う。その後、衛星群管理装置11が、さらに撮像能力の高い衛星21のスケジューリングを行い、高解像かつ高精度の撮像を行う。衛星群管理装置11は、低性能の衛星21によって撮像された第1の撮像画像と、撮像能力の高い衛星21によって撮像された第2の撮像画像を用いて分析を行う。衛星群管理装置11は、例えば、差分情報に基づいて第1の撮像画像の高解像度化を行ったり、第1の撮像画像と第2の撮像画像の合成処理を行ってもよい。
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているマイクロコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
(1)
地球上に設置された送信装置と、撮像装置を有する人工衛星とを含む衛星システムの
前記送信装置が、地球上に設置されたセンサで検出された所定のイベントに応じて、上空を通過する前記人工衛星に対して撮像指示を送信し、
前記人工衛星が、前記撮像指示に基づいて、前記イベントの発生領域を撮像する
衛星システムの撮像方法。
(2)
前記人工衛星は、自身による撮像が可能ではない場合、他の人工衛星に前記撮像指示を送信する
前記(1)に記載の衛星システムの撮像方法。
(3)
前記人工衛星は、前記他の人工衛星に前記撮像指示を送信した場合、前記他の人工衛星に前記撮像指示を送信した旨を示すデータを地上局に送信する
前記(2)に記載の衛星システムの撮像方法。
(4)
前記人工衛星は、自身による撮像が可能ではない場合、前記他の人工衛星が撮像可能かどうかを判定し、前記他の人工衛星に前記撮像指示を送信する
前記(2)に記載の衛星システムの撮像方法。
(5)
前記人工衛星は、前記他の人工衛星が撮像可能ではない場合、地上局に前記撮像指示を送信する
前記(4)に記載の衛星システムの撮像方法。
(6)
前記人工衛星は、自身による撮像が可能ではない場合、地上局に前記撮像指示を送信する
前記(1)に記載の衛星システムの撮像方法。
(7)
前記撮像指示には、要求撮像条件を含む撮像関連情報が付加されている
前記(1)乃至(6)のいずれかに記載の衛星システムの撮像方法。
(8)
前記人工衛星は、ダウンリンクポイントに到達した場合に、前記撮像指示に基づいて撮像された撮像画像を地上局へ送信する
前記(1)または(7)に記載の衛星システムの撮像方法。
(9)
前記人工衛星は、撮像により得られた撮像画像にメタデータを付加して地上局へ送信する
前記(1)、(7)、または、(8)に記載の衛星システムの撮像方法。
(10)
前記メタデータは、前記人工衛星を含む衛星群を識別する衛星群識別子、前記人工衛星を識別する衛星識別子、および、前記衛星群を構成する各人工衛星の相対位置情報を含む
前記(9)に記載の衛星システムの撮像方法。
(11)
地球上に設置されたセンサで検出された所定のイベントに応じて、上空を通過する人工衛星に対して撮像指示を送信する送信部を備える
送信装置。
(12)
前記所定のイベントを検出する前記センサをさらに備える
前記(11)に記載の送信装置。
(13)
所定の間隔で地球上に設置された複数の前記センサから前記イベントの検出結果を取得し、前記撮像指示を前記送信部に送信させる制御部をさらに備える
前記(11)に記載の送信装置。
Claims (13)
- 地球上に設置された送信装置と、人工衛星とを含む衛星システムの
前記送信装置が、地球上に設置されたセンサで検出された所定のイベントに応じて、上空を通過する前記人工衛星に対して撮像指示を送信し、
前記人工衛星は、自身による撮像が可能である場合、前記撮像指示に基づいて、前記イベントの発生領域を撮像し、自身による撮像が可能ではない場合、他の人工衛星に前記撮像指示を実行させる送信を行う
衛星システムの撮像方法。 - 前記他の人工衛星に前記撮像指示を実行させる送信は、前記他の人工衛星への前記撮像指示の送信である
請求項1に記載の衛星システムの撮像方法。 - 前記人工衛星は、前記他の人工衛星に前記撮像指示を送信した場合、前記他の人工衛星に前記撮像指示を送信した旨を示すデータを地上局に送信する
請求項2に記載の衛星システムの撮像方法。 - 前記人工衛星は、自身による撮像が可能ではない場合、前記他の人工衛星が撮像可能かどうかを判定し、前記他の人工衛星に前記撮像指示を送信する
請求項2に記載の衛星システムの撮像方法。 - 前記人工衛星は、前記他の人工衛星が撮像可能ではない場合、地上局に前記撮像指示を送信する
請求項4に記載の衛星システムの撮像方法。 - 前記他の人工衛星に前記撮像指示を実行させる送信は、地上局を介した前記他の人工衛星への前記撮像指示の送信である
請求項1に記載の衛星システムの撮像方法。 - 前記撮像指示には、要求撮像条件を含む撮像関連情報が付加されている
請求項1に記載の衛星システムの撮像方法。 - 前記人工衛星は、自身による撮像を行い、ダウンリンクポイントに到達した場合に、前記撮像指示に基づいて撮像された撮像画像を地上局へ送信する
請求項1に記載の衛星システムの撮像方法。 - 前記人工衛星は、撮像により得られた撮像画像にメタデータを付加して地上局へ送信する
請求項1に記載の衛星システムの撮像方法。 - 前記メタデータは、前記人工衛星を含む衛星群を識別する衛星群識別子、前記人工衛星を識別する衛星識別子、および、前記衛星群を構成する各人工衛星の相対位置情報を含む
請求項9に記載の衛星システムの撮像方法。 - 撮像指示を受信し、自身による撮像が可能である場合、自身による撮像を行い、自身による撮像が可能ではない場合、他の人工衛星に前記撮像指示を実行させる送信を行う人工衛星と通信を行う送信装置であって、
地球上に設置されたセンサで検出された所定のイベントに応じて、上空を通過する前記人工衛星に対して前記撮像指示を送信する送信部を備える
送信装置。 - 前記所定のイベントを検出する前記センサをさらに備える
請求項11に記載の送信装置。 - 所定の間隔で地球上に設置された複数の前記センサから前記イベントの検出結果を取得し、前記撮像指示を前記送信部に送信させる制御部をさらに備える
請求項11に記載の送信装置。
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