JPH04331700A - スピン安定型衛星の画像信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は人工衛星により撮像した
画像信号を処理するスピン安定型衛星の画像信号処理装
置に関し、特にスピン安定型衛星に搭載したスピン走査
型撮像器により取得する高精度地球画像を、衛星上にお
いて撮像（取得）処理し、又は地上受信処理局において
画像処理するスピン安定型衛星の画像信号処理装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の高精度地球画像の撮像方
法は、衛星スピン周期に比例しない一定レートで地球画
像をサンプリングし、これを衛星内で蓄積することなく
そのまま地上に伝送し、地上で衛星のスピンタイミング
に同期した再サンプリングを行う方法（図４、５）と、
衛星上でスピンに比例したサンプリングを行ってから地
上に伝送する方法（図６）とがある。このいずれかの方
法により、衛星１スピン当たりのサンプリング数（画素
数）が一定となる地球画像を得ていた。

【０００３】スピン安定型衛星（以下、スピン衛星と略
す）による高精度地球画像取得は、図３に示す衛星９に
搭載された精密太陽センサ１が太陽１０からの光を検知
するタイミングを基準として、同じく衛星に搭載された
画像センサ５が地球１１方向を走査する間に、画像セン
サ５が検知する方向の画像データを次々とサンプリング
して取得することにより行われる。

【０００４】衛星のスピンレートは短期的には安定して
いるが、長期的には外乱又は姿勢及び軌道の制御の影響
で変動する。また、衛星から見た太陽方向と地球方向と
がなす角度は、１日に３６０度回転するため、時々刻々
変化する。従って、一定サイズの安定した地球画像を取
得するためには、画像サンプリング周期（画素取得の周
期）を衛星スピン周期に比例させ、また画像サンプリン
グ開始タイミングをスピン毎に地球方向に合わせて精密
に制御する必要があるが、このための回路を衛星に搭載
することは、消費電力、寸法、重量及び信頼性等の面で
衛星に大きな負担となる。

【０００５】従来の高精度地球画像取得装置のうち、図
４、５に示すものは、衛星上の回路を簡単にして地上で
精度を補うように構成されており、画像センサ５が検出
する画像データを次々とサンプリングしてこれを地上に
伝送し、地上で画像を組み立てる（再生する）。地上で
は、予め衛星の起動と姿勢の予測値とを使用して太陽セ
ンサ１の太陽光検知タイミングに対する画像センサ５の
地球走査タイミング（位相）を正確に計算しておく。従
来、画像データ受信時に、この計算値と受信データ中の
太陽光検出信号を使用して、実時間で地球画像の精密な
切り出し（再サンプリング）を行うことにより、地球画
像を取得するようになっていた。

【０００６】精密太陽センサ１は太陽光を検知すると、
その検知信号をタイミング発生部３に出力する。タイミ
ング発生部３にはクロック発生部４からクロックが入力
されており、タイミング発生部３は前記太陽光検知タイ
ミングを基準として、およその地球撮像範囲に対して、
一定時間間隔で画素のサンプリングタイミング信号Ｓ５
を発生する。サンプリング部６はこのサンプリングタイ
ミング信号Ｓ５を使用して、画像センサ５からの画像信
号をサンプリングし、送信部８にサンプリングデータを
出力する。送信部８はサンプリング部６が取得した画像
データを実時間で地上に伝送する。

【０００７】地上では受信部１５が画像データを受信し
、受信データは受信復調部１６及びフレーム同期部１７
を経て再サンプリング部１８に入力されると共に、スピ
ン測定部１２にも入力される。スピン測定部１２は受信
する画像信号の時間関係（周期、位相等）を精密に測定
し、これを基にスピン再生部１３及びスピン比例タイミ
ング発生部１５が、クロック発生部１４からのクロック
を使用して、衛星スピン周期に比例した周期をもち、且
つ地球走査タイミングに同期した画像サンプリング信号
を発生する。

【０００８】また、衛星上の回路を複雑にしないために
、タイミング発生部３のサンプリングタイミング信号Ｓ
５はおよそのタイミングで発生する。図７に示すように
、走査線Ｌ１を基準とすると、開始位相が異なる走査線
Ｌ２があり、また衛星のスピン周期が変化してもサンプ
リング周期が固定であることから、地球に対するサンプ
リング間隔が異なる走査線Ｌ３もある。従って、地上に
伝送されたデータをそのまま並べて画像にすると、図８
に示すようになってしまう。

【０００９】そこで、スピン比例タイミング発生部１５
が伝送信号中の地球部分のデータに対して一定の開始位
相と画素間隔を持つタイミング信号を発生する。これに
より、再サンプリング部１８が地球画像の再サンプリン
グを行い、前述の一定サイズの地球画像を取得する。再
サンプリング部１８にて得られた地球画像の再サンプリ
ングデータは伸張バッファ部１９に入力される。この伸
張バッファ部１９は、再サンプリング画像を、後段で扱
い易くするために、約１／２０のデータレートに下げる
。具体的には、１スピンの約１／２０の地球走査時間に
取得したデータを１スピンの時間を使用して出力する。 そして、伸張バッファ部１９の出力は画像ファイル２０
に一旦格納した後、画像処理部２１で地図投影などの処
理が行われる。

【００１０】一方、図６に示す画像信号処理装置は、前
述の一定サイズの地球画像取得に必要なタイミング信号
を発生させるために、スピンレート測定部２、スピン再
生部１３及びスピン比例タイミング発生部１４を衛星上
に搭載するように構成されており、伸張バッファ部７に
より画像伝送時間をスピン全周に拡げて伝送できる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
図４、５に示す装置においては、衛星上に搭載すべき回
路が比較的簡単となる反面、画像センサが地球方向を走
査する間（１スピンの約１／２０の時間）に、取得した
画像を実時間で地上に伝送し、且つその信号から衛星上
の画像取得タイミングを地上で正確に把握（測定）する
必要があるため、信号伝送帯域が広く、高出力の送信部
８を使用する必要があるという欠点がある。また、一定
サイズの地球画像を切り出すために、画像センサ５が地
球を走査するタイミングを地上で精密に再生し、実時間
で画像の再サンプリングを行うことが必要であり、地上
の設備が複雑になるという欠点もある。更に、地上で再
サンプリングを行うことにより画質が劣化するという欠
点もある。

【００１２】一方、図６に示す装置においては、衛星上
に搭載すべき回路が複雑になるという欠点がある。

【００１３】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、衛星上に搭載する回路の簡素化が可能であ
ると共に、地上における実時間での画像再サンプリング
を不要とし、地上設備の簡素化も可能であるスピン安定
型衛星の画像信号処理装置を提供することを目的とする
。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願第１発明に係るスピ
ン安定型衛星の画像信号処理装置は、地球画像を走査し
て画像信号Ｓ４を出力する画像センサと、太陽光を検知
して太陽検知パルスＳ１を出力する太陽センサと、この
太陽センサの前記太陽検知パルスＳ１を基準としてスピ
ン周期を測定するスピン周期測定手段と、前記太陽検知
パルスＳ１と撮像開始タイミングＳ７との間の時間差を
測定する撮像開始時間測定手段と、このスピン周期測定
手段及び撮像開始時間測定手段の測定値を画像データと
共に地上局に伝送する送信部とを有することを特徴とす
る。

【００１５】本願第２発明に係るスピン安定型衛星の画
像信号処理装置は、衛星から送られた画像データを地上
で受信し画像データを復調すると共に受信信号中の太陽
検知パルスＳ１１を出力する受信復調部と、クロック発
生部と、前記太陽検知パルスＳ１１を基準として前記ク
ロック発生部のクロックを基に画像取得開始及び終了の
タイミングを測定する画像取得開始終了タイミング測定
手段と、この画像取得開始終了タイミングを使用して前
記太陽検知パルスＳ１１に対する伝送画像の位相を算出
する手段とを有することを特徴とする。

【００１６】

【作用】本願第１発明においては、スピン衛星上におい
て、太陽センサが検知する方向（基準位相）を基準にし
、およその地球方向（撮像範囲）に対して固定又は半固
定のサンプリングレートで地球画像を取得する。また、
太陽センサ出力の周期、即ちスピン周期を測定すると共
に、太陽センサ出力から画像取得開始までの時間（画像
取得開始タイミング）を測定する。そして、これらの測
定値を画像データと共に、地球に伝送することにより、
地上では、これらの測定値を使用して画質データの各画
素と地球上の位置（即ち、一定サイズの画像上の位置）
との対応を計算することができる。このため、地上にお
ける実時間の衛星スピンタイミング再生及びスピン比例
再サンプリング等の衛星スピンに同期した処理が不要と
なると共に、高精度で地球画像を取得できる。

【００１７】本願第２発明においては、画像取得開始終
了タイミング測定手段が地上における精密なクロックを
基準として地上で受信する信号中の太陽光検出タイミン
グと画像取得開始終了タイミングを測定する。この測定
データを画像データと共に演算処理して伝送画像の太陽
検知パルスＳ１１に対する位相を算出する。これにより
、地上において、実時間の衛星スピンタイミング再生及
びスピン比例再サンプリング処理が不要となると共に、
これに起因する画質劣化も抑制することができる。

【００１８】

【実施例】次に、添付の図面を参照して本発明の実施例
について具体的に説明する。

【００１９】図１は本発明の第１の実施例に係る画像信
号処理装置を示すブロック図である。この第１の実施例
は衛星上に画像信号処理装置の主要な部分を搭載したも
のである。精密太陽センサ１は、図３に示すスピン衛星
９においてセンサ１が太陽方向を向いた瞬間に太陽検知
パルスＳ１を出力する。この太陽検知パルスＳ１を基に
、タイミング発生部３が画像取得に必要な画像取得開始
タイミング信号Ｓ７と、１画素毎のサンプリングタイミ
ング信号Ｓ５を発生する。画像センサ５は地球画像を走
査し、画像信号Ｓ４をサンプリング部６に出力する。 サンプリング部６はこの画像信号Ｓ４をサンプリングタ
イミング信号Ｓ５によりサンプリングし、Ａ／Ｄ変換し
た画像データＳ８を伸張バッファ部７に出力する。伸張
バッファ部７には画像取得開始タイミング信号Ｓ７が入
力されるようになっており、伸張バッファ部７は画像デ
ータＳ８を１スピン分だけ蓄積した後、１スピンの時間
に引伸ばしてこの伸張データＳ９を低速（取得速度の約
１／２０）で送信部８に送出する。

【００２０】スピンレート測定部２は太陽検知パルスＳ
１の周期を精密に測定し、この測定結果である出力Ｓ３
を送信部８に出力する。タイミング発生部３は太陽検知
パルスＳ１と画像取得開始タイミング信号Ｓ７との時間
差を精密に測定し、この測定結果Ｓ６を送信部８に出力
する。そして、送信部８はこれらの測定結果Ｓ３，Ｓ６
を画像データＳ９と合わせて地上に送信する。

【００２１】このように構成された画像信号処理装置に
おいては、地上において、測定結果Ｓ３，Ｓ６を使用し
て画像データの各画素と地球上の位置（前述の一定サイ
ズの画像上の位置）との対応を計算できるため、実時間
でのタイミング測定及び再サンプリングは不要である。 また、衛星上においても、画像サンプリングタイミング
信号Ｓ５の周期はスピン周期に比例せずに一定でよく、
また画像取得開始タイミング信号Ｓ７も画像センサ５の
地球走査と精密に同期している必要はない。例えば、０
．１度程度の誤差は許容できるという利点がある。

【００２２】図２は本発明の第２の実施例を示すブロッ
ク図である。この実施例は画像信号処理装置の主要部分
を地上局においたものである。例えば、図４に示す衛星
上の装置から送出された受信信号は、地上局の受信復調
部１６に入力され、フレーム同期部１７を経て伸張バッ
ファ部１９に入力される。

【００２３】高精度クロック発生部１４は温度補償され
た水晶時計等の安定なクロックを発生するものである。 この高精度クロック発生部１４は衛星のスピンとは独立
の高精度クロックＳ１３を供給する。この高精度クロッ
クＳ１３は例えば１ｍｓｅｃを最小桁とする時刻信号と
、０．１μｓｅｃを最小桁とする２４ビットの自走カウ
ンタである。

【００２４】受信復調部１６は受信信号中の太陽検知パ
ルスＳ１１をサンパルス受信タイミング測定部２２に供
給する。このサンパルス受信タイミング測定部２２は太
陽検知パルスＳ１１の出現時に、クロックＳ１３の値を
一時記憶する。

【００２５】フレーム同期部１７は受信信号中の１走査
（１スピン）毎の最初の画素の検出タイミング及び１走
査の終わりの適当な番号の画素（例えば、最後の画素又
は先頭から１０，０００番目の画素等）の検出タイミン
グを、画像開始終了タイミング測定部２３に送出する。 画像開始終了タイミング測定部２３はこれらの検出タイ
ミングが入力された時点のクロック値を一時記憶する。 これらの記憶されたデータ（測定値）は伸張バッファ部
１９に入力された後、１走査毎に画像データと共に、画
像ファイル２０に格納される。

【００２６】画像処理部２１は前記測定値から太陽セン
サ１の太陽光検知タイミングに対する伝送画像の位相、
即ち図３に示す位置関係を計算で求めることができる。 この伝送画像の位相と、前述の衛星の軌道及び姿勢から
求めた地球走査タイミング（位相）の予測値とから、各
走査線毎に画像データの画素番号と地球上の位置との対
応を計算で求めることができる。

【００２７】これにより、従来のように（図５）、実時
間の衛星スピンタイミング再生及びスピン比例再サンプ
リングを行うことが不要となる。そして、この再サンプ
リングを後段の画像処理部２１における地図投影と合成
して行うことにより、画質劣化を抑制することができる
。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本願第１発明にお
いては、図４の従来装置に加えて、衛星上にスピン周期
と画像取得タイミングの測定手段を備え、その測定値を
画像データと共に地上に伝送することにより、図６に示
す従来装置のように衛星上の回路を複雑化することなく
、図６に示す従来装置と同等の伝送帯域圧縮効果を得る
ことができると共に、地上局の処理を簡略化できる効果
がある。即ち、複雑な回路から構成されるスピン再生部
とスピン比例タイミング発生部が衛星及び地上のいずれ
も不要である。また、地上局での画像再サンプリングを
実時間で行う必要が無いため、後工程で行われる画像投
影（地図への投影等）と同時に行えば、地上での再サン
プリングを１段階減らし、画質劣化を防ぐことができる
。

【００２９】また、本願第２発明においては、スピン衛
星の画像データと太陽センサ検出信号の地上到達時刻を
地上で測定することにより、その測定値から画像データ
の番号（位置）と地球上の位置との関係を計算で求める
ことができる。これにより、図５に示す従来装置におい
て必要であった衛星スピンタイミング再生等の衛星スピ
ンに同期した実時間処理を不要にできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る画像信号処理装置
を示すブロック図である。

【図２】本発明の第２の実施例に係る画像信号処理装置
を示すブロック図である。

【図３】スピン衛星による地球走査の概念を示す模式図
である。

【図４】従来の画像信号処理装置の衛星搭載部分を示す
ブロック図である。

【図５】同じくその地上局部分を示すブロック図である
。

【図６】従来の他の画像信号処理装置を示すブロック図
である。

【図７】地球走査で得られた画像データを示す模式図で
ある。

【図８】再生された画像を示す模式図である。

【符号の説明】

１；精密太陽センサ ２；スピンレート測定部 ３；タイミング発生部 ４；クロック発生部 ５；画像センサ ６；サンプリング部 ７；伸張バッファ部 ８；送信部 ９；衛星 １０；太陽 １１；地球 １２；スピン測定部（スピンレート及び位相を測定）１
３；スピン再生部 １５；スピン比例タイミング発生部 １６；受信復調部 １８；再サンプリング部 Ｓ１；太陽検知パルス Ｓ２；基準クロック Ｓ３；スピンレート測定結果 Ｓ４；画像信号 Ｓ５；画像サンプリングタイミング信号Ｓ６；画像取得
開始タイミング測定結果Ｓ７；画像取得開始タイミング
信号 Ｓ８；画素毎にサンプリングされた画像データＳ９；１
スピン全周の時間に伸張された画像データＳ１１；太陽
検知パルス

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　地球画像を走査して画像信号Ｓ４を出
   力する画像センサと、太陽光を検知して太陽検知パルス
   Ｓ１を出力する太陽センサと、この太陽センサの前記太
   陽検知パルスＳ１を基準としてスピン周期を測定するス
   ピン周期測定手段と、前記太陽検知パルスＳ１と撮像開
   始タイミングＳ７との間の時間差を測定する撮像開始時
   間測定手段と、このスピン周期測定手段及び撮像開始時
   間測定手段の測定値を画像データと共に地上局に伝送す
   る送信部とを有することを特徴とするスピン安定型衛星
   の画像信号処理装置。
2. 【請求項２】　　衛星から送られた画像データを地上で
   受信し画像データを復調すると共に受信信号中の太陽検
   知パルスＳ１１を出力する受信復調部と、前記太陽検知
   パルスＳ１１を基準として画像取得開始及び終了のタイ
   ミングを測定する画像取得開始終了タイミング測定手段
   と、この画像取得開始終了タイミングを使用して前記太
   陽検知パルスＳ１１に対する伝送画像の位相を算出する
   手段とを有することを特徴とするスピン安定型衛星の画
   像信号処理装置。