JPH0533590B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は撮像装置、特に人工衛星、宇宙基地、
スペースシヤトル、或いは航空機等から地表の画
像観測を行う際に用いる撮像装置に関するもので
ある。

〔従来技術〕

人工衛星等から地球表面の状況を観測するいわ
ゆるリモートセンシングにおいては、海洋情報、
陸域情報（植生情報、資源情報等）その他各種の
情報を収集することが要求される。

これらの画像観測に際しては、観測スペクトラ
ム地表分解能或いはレベル分解能に対する要求が
各々異なり、また、例えば資源情報観測には立体
観測も要求される等、その撮像対象により、要求
性能が著しく異なることが多い。しかしこれらの
異なる観測要求に対する情報をすべて同時に伝送
することは、伝送帯域、送信電力、及びデータレ
コーダの記録容量等の制約があるため、従来は各
各専用の撮像系を用意し、地上からの指令コマン
ド信号により選択を行う方式等が使用されて来
た。

第１図はこれら従来の撮像装置を用いた撮像方
式の一例を示す図である。第１図において、１は
人工衛星等の撮像装置を備えた移動体を表し、地
表面に対して相対速度ｖにて進行しているところ
を示している。２は衛星直下点の地表面を撮像す
る光学系であり、３と４は地表面の立体観測を行
うための前方撮像用光学系及び後方撮像用光学系
をそれぞれ示している。

人工衛星１がＡの位置において光学系２は直下
地点５の地表面の撮像を行い、光学系３と４は前
方地点６及び後方地点７の地表面の撮像をそれぞ
れ行う。衛星１は速度ｖにて進行しつつ撮像を行
い、Ｂの位置に進んだ時に後方撮像用光学系４に
よりＢの位置から見た後方地点６（即ちＡの位置
より見た前方地点６と同一地点）をＡの位置から
の観測角度と異る角度にて撮像する。そしてこの
Ｂの位置からの光学系４による観測データと前述
のＡの位置から光学系３により取得した観測デー
タとにより、地点６の立体情報を得ることが出来
る。

なお第１図において、光学系２により撮像され
る直下地点５の位置が前方地点６と後方地点７の
中間地点よりずれた位置に記されているが、これ
は衛星１と地表の距離Ｈを相対的に極端に小さく
示しているためであり、実際には距離Ｈは非常に
大きく、地点５の位置は地点６と地点７のほぼ中
間となる。

第２図は従来の撮像装置の内部構成の一例を示
す図である。第２図において、直下地点５からの
入射光は光学系２を通して分光系８に供給され
る。この分光系８は入射光をいくつかの波長帯に
区分して観測するためのものであり、この場合３
バンドに分光して測定する場合の例を示す。

９〜１１は直下地点の光学情報を電気信号に変
換するために結像面に配置された、ホトダイオー
ドアレイ或いはCCD（電荷結合素子）等の多素子
の光電変換素子（以下受光素子と略称する）によ
り構成される。地表からの入射光は分光器８によ
り、たとえば短波長側（可視域）の光が受光素子
９へ、中間波長域の光が素子１０へ、長波長側
（近赤外域）の光が受光素子１１へそれぞれ結像
される。一方立体観測を行う光学系３と４の焦点
面にも同様に受光素子１２と１３が配置され、そ
れぞれ前方地点及び後方地点の像が結像される。

１４は直下地点５の観測を行う受光素子９，１
０，１１の信号出力を地上への伝送に適合するよ
うにＡ／Ｄ変換、多重等を行う信号処理回路であ
る。１５も同様に立体観測を行う受光素子１２，
１３の信号出力を受け地上への伝送に適合するよ
うにＡ／Ｄ変換多重等を行う信号処理回路であ
る。

１６は信号切替部であり、データレコーダ１７
及び送信部１８により伝送・記録のデータ速度が
制限されるため、この制限範囲内のデータを後述
の選択指令信号を受けて信号処理回路１４，１５
の出力の中から選択して出力する。信号切替部１
６の出力はデータレコーダ１７に一旦記録される
か、或いは点線で示すように直接に送信部１８に
供給されて、アンテナ１９により地上の受信局に
向けて送出される。

２０は地上からの指令コマンド受信用アンテナ
であり、地上からのコマンド信号はこのアンテナ
２０を経てコマンド受信部２１に供給される。コ
マンド受信回路２１は地上からのコマンド信号中
に含まれる選択指令信号をとり出して信号切替部
１６に供給する。信号切換部１６はこれにより前
述のように撮像系２あるいは撮像系３，４により
取得される地表の画像画信号のどちらかを選択切
替する。

以上の説明から明らかなように、従来装置にお
いては、撮像された信号の処理は地上からの指令
コマンド信号により行われるため、地上指令局か
ら通信可能な区域でなければ選択動作が不可能で
あつた。又この場合、立体撮像等は第１図、第２
図に示すように複数の光学系を使用していたた
め、重量及び寸法的にも不利な条件であつた。

上記の欠点を補うため、コマンド信号受信後或
る一定期間経過してから選択を行わせる方法、或
いは初めから選択動作をプログラムしておいて実
行させる方法等もある。しかし、これらの方法に
おいては、いずれも撮像対象を実際に観測しては
いないため、撮像対象と精密に対応させた選択は
不可能であつた。

〔発明の目的〕

したがつて本発明の目的は、これら従来装置の
欠点を除去し簡潔な構成により撮像対象に適応し
た高品質の画像取得、効率の高い信号処理及び立
体撮像等、多機能で高効率の撮像装置を提供する
ことにある。

〔発明の構成〕

本発明によれば、撮像対象物に対し相対的に移
動する撮像装置において、該撮像装置内の撮像用
光学系の結像面内に互に平行で且つ該撮像装置の
移動方向に対してほぼ直角に配置され、前記移動
方向の少なくとも前方方向及び該撮像装置の直下
方向（正面方向）を撮像するようにした複数個の
多素子電変換素子と、前記前方方向を撮像する多
素子光電変換素子の信号出力を複数のレベル範囲
の信号パルスに区分し、各区分範囲内の信号パル
ス数を一定期間計数するパルスレベル区分計数回
路と、この計数回路の計数出力を各々あらかじめ
設定された基準のパルス数と比較し、パルス計数
値の大小を比較し、この比較結果により複数の撮
像モードを設定するモード設定回路と、このモー
ド設定回路出力により前記複数個の多素子光電変
換素子の信号出力を選択的に切替える選択切替回
路とを含み、前記前方方向撮像素子出力により立
体視情報の取得及び上記複数個の光電変換素子の
選択切替を行わせることを特徴とする自動選択撮
像装置が得られる。

〔実施例〕

第３図に本発明による撮像装置の構成の一実施
例を示す。第１図におけると同じ構成要素には同
じ参照数字を付してある。この第３図において、
ここは広画角の光学系であり、直下地点５、前方
地点６及び後方地点７からの入射光は、この光学
系２２を通り分光系２３に供給される。２４〜２
８は地表からの光学情報を電気信号に変換するた
めの受光素子であり、光学系２２および分光系２
３から構成される広画角結像光学系の焦点面に配
置される。なおこの第３図の例では、第２図の場
合と同様に、直下地点５の情報を３バンドに分割
して観測するようになつている。

分光系２３により地表の直下地点５からの入射
光はたとえば短波長側（可視域）の光が受光素子
２４へ、中間波長域の光が受光素子２５へ、長波
長域（近赤外）の光が受光素子２６へそれぞれ結
像される。一方、立体撮像を行う受光素子２７，
２８は、第３図の例では長波長域の観測を行う受
光素子２６と同一結像面内に配置されている。そ
して３つの受光素子２６〜２８は互にほぼ平行で
且つ進行方向に対しほぼ直角の配置されている。

上記の配置により図に示すように受光素子２６
には直下点５、受光素子２７には前方地点６、受
光素子２８には後方地点７の地表の像がそれぞれ
結像され、２組の受光素子２７，２８の出力のデ
ータから第２図の場合と同様に地表面の立体情報
を得ることが出来る。また本方式の場合には、受
光素子２６も受光素子２７，２８と互に平行に配
置されているため、２６と２７或いは２６と２８
のデータを使用することによつても、同一地点を
見る立体視の角度は約1/2になるが、立体視の情
報を得ることが出来る。

前方地点の撮像を行う受光素子２７の信号出力
はパルスレベル区分計数回路２９に供給される。
一般に宇宙からの光学観測情報には陸域、海域及
び雲のデータが含まれる。雲を撮像した場合の受
光素子の出力信号は通常かなり高いレベルであ
り、海域を撮像した場合の出力は最も低いレベル
となる。特に近赤外帯の波長による観測では海
域、陸域及び雲によつて異る出力レベルを得るこ
とが出来る。

第４図は上記の近赤外帯の波長による観測で得
られる出力レベルを示す図で、横軸は時間、縦軸
は光電変換素子の出力レベルを示す。光電変換素
子がCCDの場合の出力信号は、各画素に１個の
パルス出力が対応するPAMの形で出力される。
なお出力波形が連続的なアナログ波形の場合に
も、サンプリングを行うことにより第４図のよう
な波形を得ることが出来る。

第４図において、レベルＨの付近が雲、Ｍの付
近が陸域、Ｌの付近が海域の情報に相当する。し
たがつて図に示すように、しきい値T₁，T₂を
各々レベルＬとＭの中間付近及びレベルＭとＨの
中間付近に設定し、このT₁，T₂のしきい値を第
３図に示すしきい値発生部３０から発生させてパ
ルスレベル区分計数回路２９に供給することによ
り、前方地点６を撮像する受光素子２７の出力
を、T₁以下、T₁〜T₂，T₂以上の３領域に区分し
て各区分範囲内の信号パルス数を計数することが
出来る。計数する期間はあらかじめ設定した期間
（例えば一走査線期間）において行われこの計数
出力がモード設定回路３１に供給される。

モード設定回路３１においては、パルスレベル
区分計数回路２９の出力を各々本部分にてあらか
じめ設定されている基準のパルス数と比較し、以
下に述べるようにパルス計数値の大小判定を行う
ことにより撮像モードの設定を行う。

３２は選択切替回路であり、受光素子２４〜２
８の信号出力をモード設定回路３１からの出力に
より個々にオンオフを行わせるアナログゲートと
その出力を多重する回路から構成される。

３３は信号処理回路であり、増巾回路、サンプ
ルホールド回路、Ａ／Ｄ変換、及び多重部等より
構成され、切替回路３２からの信号出力を後述の
レコーダへの入力及び地上への伝送に適合する形
式（たとえば時分割多重デイジタル信号）に変換
する部分である。なお回路内の前記の増巾回路
は、モード設定回路３１の出力により、信号の増
巾率（ゲイン）を切替えられるよう構成される。

３４は１７と同様のデータレコーダであり、本
方式の場合にはモード設定回路３１の出力により
記録部のクロツク周波数を切替えて、記録速度の
切替が出来るよう構成される。

次に撮像モード設定の具体例として、陸域にお
いては直下地点５の１バンド及び立体視観測を行
い、海域においては直下地点のマルチバンド観測
を行い、雲域においてはデータの送出をストリツ
プさせる場合の具体的方法について述べる。なお
説明を簡潔にするために、上記陸域での立体視観
測及び直下地点１バンド分のデータ記録・伝送を
行うモードをノーマルモードと呼び、これより高
速或いは低速のモードをそれぞれ高速モード或い
は低速モードと仮称して説明を行う。

パルスレベル区分計数回路２９から或る一定期
間毎に出力されるレベルT₂以上のパルス数をn_H、
レベルT₁からT₂の間のパルス数をn_Mとする。

まず第１のモードとして、n_Mが一定期間内に
おいて或る設定された基準のパルス数n₁より大き
かつた場合には、主対象とする陸域の情報が多い
と判定し、立体視観測のための受光素子２７，２
８からの信号及び直下地点を観測する１バンド例
えば受光素子２６からの信号のみが通過するよう
にモード設定回路３１から選択切替回路３２に選
択制御信号を与えて受光素子２６〜２８からの信
号を通過させる。またこの場合、信号処理回路３
３及びデータレコーダ３４はノーマルモードにて
動作にて動作させる。

次に第２のモードとして、レベルT₁からT₂の
間のパルス数n_Mが設定基準パルス数n₁より小さ
く、かつ、レベルT₂以上のパルス数n_Hも或る設
定された基準のパルス数n₂に達しない場合には、
海域の情報が大部分であると判定し、モード設定
回路３１及び選択切替回路３２により、受光素子
２４〜２８の信号出力の中からマルチバンド観測
を行う受光素子２４〜２６の出力信号を通過させ
る。また、信号処理回路３３内の増巾回路のゲイ
ンをｍ倍に切替える。

第３図に示す構成例の場合には、受光素子２４
〜２６の出力データ速度と、前記陸域観測の場合
のノーマルモードのデータ速度とは、取扱う受光
素子の数が同じであるため、信号処理回路３３及
びデータレコーダ３４のデータレートは基本的に
はノーマルモードと同じで良い。

直下点のマルチバンド観測を行う信号出力のデ
ータ速度がバンド数或いは画素数によりノーマル
モードと異る場合には、この比率に応じて信号処
理回路及びデータレコーダのクロツク速度を切替
える。また、第４図に示すように、海域の信号の
変化は緩やかなため、予測符号化等により有効に
データ圧縮を行うことができる。但しこの場合に
は信号処理回路出力のクロツク速度及びデータレ
コーダのクロツク速度をこの圧縮比率に応じて切
替えを行う。

第３のモードとして、パルス数n_Mの値がn₁より
小さく、かつ、パルス数n_Hがn₂以上の場合には、
大部分が雲に覆われている状態と判断出来るた
め、たとえば極端な例としては選択切替回路３２
をすべてオフとし、信号処理回路３３及びデータ
レコーダ３４の動作を一時停止させる。この場合
も少なくとも前方撮像素子２７及びパルスレベル
区分計数回路２９は動作させておくことにより、
上記のn_M＜n₁かつn_Hn₂の条件が成立しない場合
には直ちに前記の第１或いは第２の撮像モードに
移行させることができる。また第３のモードにお
いて、例えば直下地点の１バンドのみあるいは立
体撮像の１バンドのみの信号処理を行わせ、デー
タレコーダを低速モードにて動作させることも可
能である。

上記説明中に記した基準パルス数n₁，n₂及びゲ
インｍの値は装置全体のシステム設計結果から設
定される。例えば一定期間内の前信号パルス数ｎ
に対して、n₁／ｎ＝0.05、n₂／ｎ＝0.9、またｍ＝
４の値に設定することができる。更に、これらの
値を地上からの指令（コマンド）信号により切替
えて適切な値に設定することも可能である。

また第１のモードにおいて直下地点観測を１バ
ンドのみとして説明したが、データ量・速度の許
容する範囲内の値で直下地点観測を複数の波長帯
にわたつて行わせることも可能である。

更に説明を簡潔するために第３図の構成例では
光学系が１個の場合を示したが、観測波長帯が更
に長波長に及び同一の光学系により構成されない
場合にも、本方式により受光素子出力の信号切替
が出来ることは明らかである。

以上述べたように、本方式により簡潔な構成に
より、撮像対象に適応した効率の高い多機能の撮
像装置が実現出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の撮像装置を用いた撮像方式の一
例を示した図、第２図は従来の撮像装置の内部構
成の一例を示した図、第３図は本発明の一実施例
の構造を示す図、第４図は本発明による装置を用
いた観測結果の一例を示した図である。 記号の説明：１は移動体、１８は送信部、２２
は光学系、２３は分光系、２４〜２８は多素子光
電変換素子（受光素子）、２９はパルスレベル区
分計数回路、３０はしきい値発生部、３１はモー
ド設定回路、３２は選択切替回路、３３は信号処
理回路、３４はデータレコーダをそれぞれあらわ
している。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 撮像対象物に対し相対的に移動する撮像装置
   において、該撮像装置内の撮像用光学系の結像面
   内に互に平行で且つ該撮像装置の移動方向に対し
   てほぼ直角に配置され、前記移動方向の少なくと
   も前方方向及び該撮像装置の直下方向（正面方
   向）を撮像するようにした複数個の多素子光電変
   換素子と、前記前方方向を撮像する多素子光電変
   換素子の信号出力を複数のレベル範囲の信号パル
   スに区分し、各区分範囲内の信号パルス数を一定
   期間計数するパルスレベル区分計数回路と、この
   計数回路の計数出力を各々あらかじめ設定された
   基準のパルス数と比較し、パルス計数値の大小を
   比較し、この比較結果により複数の撮像モードを
   設定するモード設定回路と、このモード設定回路
   の出力により前記複数個の多素子光電変換素子の
   信号出力を選択的に切替える選択切替回路とを含
   み、前記前方方向撮像素子出力により立体視情報
   の取得及び上記複数個の光電変換素子の選択切替
   を行わせることを特徴とする自動選択撮像装置。