(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛翔体に搭載され光学センサで走査することにより撮像対象を撮像する観測器の目標姿勢角速度を演算する演算装置であって、
前記演算装置は、
前記観測器の姿勢および前記観測器の位置に基づいて、前記観測器から前記光学センサの光電変換素子が前記撮像対象を向くセンサ視線方向が前記撮像対象の表面である撮像表面と交差するセンサ視点までの距離および前記センサ視点における前記撮像表面の接平面を定義する法線ベクトルを算出する法線ベクトル距離演算部と、
前記観測器の位置、前記観測器の速度、前記観測器の姿勢、前記光学センサのラインレート、前記法線ベクトル距離演算部が算出した前記観測器から前記センサ視点までの距離、および、前記法線ベクトル距離演算部が算出した前記法線ベクトルに基づいて、前記光学センサの１画素分の走査方向のベクトルを前記接平面に前記観測器の光学系で写像した接平面写像ベクトルと、１画素あたりの前記ラインレートにおける前記センサ視点の前記接平面での移動を示す接平面移動ベクトルとの誤差が、定めた計算精度で最小になる前記目標姿勢角速度を算出する目標姿勢角速度演算部と、
を備える演算装置。
【請求項２】
前記目標姿勢角速度演算部は、前記接平面写像ベクトルおよび前記接平面移動ベクトルを表す線形連立方程式の誤差の二乗を最小化する姿勢角速度を前記目標姿勢角速度として算出する請求項１に記載の演算装置。
【請求項３】
前記目標姿勢角速度演算部は、前記線形連立方程式のうち、前記光学センサの視野中心の前記光電変換素子の前記線形連立方程式の誤差を０にし、かつ、それ以外の前記光電変換素子の前記線形連立方程式の誤差の二乗を最小化する姿勢角速度を前記目標姿勢角速度として算出することを特徴とする請求項２に記載の演算装置。
【請求項４】
飛翔体に搭載され光学センサで走査することにより撮像対象を撮像する観測器の目標姿勢角速度を演算する演算装置であって、
前記演算装置は、
前記観測器の姿勢および前記観測器の位置に基づいて、前記観測器から前記光学センサの光電変換素子が前記撮像対象を向くセンサ視線方向が前記撮像対象の表面である撮像表面と交差するセンサ視点までの距離および前記センサ視点における前記撮像表面の接平面を定義する法線ベクトルを算出する法線ベクトル距離演算部と、
前記観測器の位置、前記観測器の速度、前記観測器の姿勢、前記光学センサのラインレート、前記法線ベクトル距離演算部が算出した前記観測器から前記センサ視点までの距離、および、前記法線ベクトル距離演算部が算出した前記法線ベクトルに基づいて、前記光学センサの１画素分の走査方向のベクトルを前記撮像表面に前記観測器の光学系で写像した写像ベクトルと、１画素あたりの前記ラインレートにおける前記センサ視点の前記撮像表面での移動を示す移動ベクトルとの誤差が、定めた計算精度で最小になる前記目標姿勢角速度を算出する目標姿勢角速度演算部と、
を備える演算装置。
【請求項５】
前記目標姿勢角速度演算部が算出した前記目標姿勢角速度に基づいて、前記観測器の目標姿勢角を演算する目標姿勢角演算部をさらに備える請求項１から４のいずれか１項に記載の演算装置。
【請求項６】
請求項５に記載の演算装置と、
前記観測器の姿勢角および姿勢角速度をそれぞれ、前記目標姿勢角および前記目標姿勢角速度にする制御を行う姿勢制御部と、
を備える制御装置。
【請求項７】
コンピュータを
飛翔体に搭載され光学センサで走査することにより撮像対象を撮像する観測器の姿勢および前記観測器の位置に基づいて、前記観測器から前記光学センサの光電変換素子が前記撮像対象を向くセンサ視線方向が前記撮像対象の表面である撮像表面と交差するセンサ視点までの距離および前記センサ視点における前記撮像表面の接平面を定義する法線ベクトルを算出する法線ベクトル距離演算部、ならびに、
前記観測器の位置、前記観測器の速度、前記観測器の姿勢、前記光学センサのラインレート、前記法線ベクトル距離演算部が算出した前記観測器から前記センサ視点までの距離、および、前記法線ベクトル距離演算部が算出した前記法線ベクトルに基づいて、前記光学センサの１画素分の走査方向のベクトルを前記接平面に前記観測器の光学系で写像した接平面写像ベクトルと、１画素あたりの前記ラインレートにおける前記センサ視点の前記接平面での移動を示す接平面移動ベクトルとの誤差が、定めた計算精度で最小になる前記観測器の目標姿勢角速度を算出する目標姿勢角速度演算部、
として機能させるプログラム。
【請求項８】
コンピュータを
飛翔体に搭載され光学センサで走査することにより撮像対象を撮像する観測器の姿勢および前記観測器の位置に基づいて、前記観測器から前記光学センサの光電変換素子が前記撮像対象を向くセンサ視線方向が前記撮像対象の表面である撮像表面と交差するセンサ視点までの距離および前記センサ視点における前記撮像表面の接平面を定義する法線ベクトルを算出する法線ベクトル距離演算部、ならびに、
前記観測器の位置、前記観測器の速度、前記観測器の姿勢、前記光学センサのラインレート、前記法線ベクトル距離演算部が算出した前記観測器から前記センサ視点までの距離、および、前記法線ベクトル距離演算部が算出した前記法線ベクトルに基づいて、前記光学センサの１画素分の走査方向のベクトルを前記撮像表面に前記観測器の光学系で写像した写像ベクトルと、１画素あたりの前記ラインレートにおける前記センサ視点の前記撮像表面での移動を示す移動ベクトルとの誤差が、定めた計算精度で最小になる前記観測器の目標姿勢角速度を算出する目標姿勢角速度演算部、
として機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛翔体に搭載され光学センサで走査することにより撮像対象を撮像する観測器の目標姿勢角速度を演算する演算装置、制御装置およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星や航空機などの飛翔体に搭載され、ＴＤＩ(Time Delay and Integration)型ＣＣＤ(Charge Coupled Device)のような光学センサにより撮像対象の観測を行う観測器がある。以下、このような観測器が備える光学センサの光電変換素子が撮像対象を向く方向をセンサ視線方向といい、センサ視線方向が撮像対象の表面（以下、撮像表面という）と交差する点をセンサ視点という。ＴＤＩ型ＣＣＤのような光学センサを用いて走査することにより撮像対象の観測を行う場合、ＣＣＤの１画素分の走査方向（ＡＴ方向：Along Track方向）のベクトルを撮像表面に観測器の光学系で写像した写像ベクトルと、１画素あたりのラインレート（光信号を各画素に蓄積する積分時間）におけるセンサ視点の撮像表面での移動を示す移動ベクトルとを極力一致させることが好ましい。これらのベクトルの間に差がある場合、その差の大きさに応じて撮影画像のＭＴＦ(Modulation Transfer Function)が劣化するからである。このため、写像ベクトルおよび移動ベクトルに応じて観測器の角速度や光学センサのラインレートを適切に設定し、観測を行う必要がある。
【０００３】
特許文献１には、走査方向に撮像対象を走査して撮像を行う場合に、光電変換素子毎の受光方向の違いによる画像の鮮鋭度のばらつきを抑える撮像装置が開示されている。特許文献１に記載の撮像装置では、ＴＤＩ型ＣＣＤのブロックごとにＧＳＤ(Ground Sampling Distance)に応じた異なるラインレートを設定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２４１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＴＤＩ型ＣＣＤのような光学センサにより撮像対象の観測を行う観測器の視野中心のセンサ視線方向を鉛直方向から傾けて観測を行うような場合、光学センサ全体の撮像表面上の写像（以下、フットプリントという）は台形状に歪む。このため、光学センサの手前側と奥側で最適なラインレートが異なり、光学センサ全体で同一のラインレートとした場合には画角端でのＭＴＦが劣化する結果となる。観測器が備える光電変換素子を特許文献１に記載のような構成とした場合、センサの手前側や奥側などの部分ごとに適切なラインレートを設定することで、光学センサ全体で最適なラインレートからの誤差を小さく抑えられる可能性があるが、このような構成とする場合には、駆動回路部分において生じるノイズの影響が大きく、駆動回路が複雑化および大型化するため実現は難しい。
【０００６】
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、光学センサで走査することにより撮像対象を撮像する観測器において、光学センサ全体でラインレートが同一であっても、フットプリントの歪みによる撮影画像のＭＴＦ劣化を抑えることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る演算装置は、飛翔体に搭載され光学センサで走査することにより撮像対象を撮像する観測器の目標姿勢角速度を演算する演算装置である。演算装置は、法線ベクトル距離演算部と、目標姿勢角速度演算部とを備える。法線ベクトル距離演算部は、観測器の姿勢および観測器の位置に基づいて、観測器から光学センサの光電変換素子が撮像対象を向くセンサ視線方向が撮像対象の表面である撮像表面と交差するセンサ視点までの距離およびセンサ視点における撮像表面の接平面を定義する法線ベクトルを算出する。目標姿勢角速度演算部は、観測器の位置、観測器の速度、観測器の姿勢および光学センサのラインレート、法線ベクトル距離演算部が算出した観測器からセンサ視点までの距離、および、法線ベクトル距離演算部が算出した法線ベクトルに基づいて、光学センサの１画素分の走査方向のベクトルを接平面に観測器の光学系で写像した接平面写像ベクトルと、１画素あたりのラインレートにおけるセンサ視点の接平面での移動を示す接平面移動ベクトルとの誤差が、定めた計算精度で最小になる目標姿勢角速度を算出する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光学センサで走査することにより撮像対象を撮像する観測器において、光学センサの１画素分の走査方向のベクトルをセンサ視点における撮像表面の接平面に観測器の光学系で写像した接平面写像ベクトルと１画素あたりの光学センサのラインレートにおけるセンサ視点の撮像表面での移動を示す移動ベクトルとの誤差が、定めた計算精度で最小になる目標姿勢角速度を算出することで、光学センサ全体でラインレートが同一であっても、フットプリントの歪みによる撮影画像のＭＴＦ劣化を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る観測器のフットプリントの一例を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る写像ベクトルと移動ベクトルと誤差ベクトルの関係を示す図である。
【図３】光学センサ全体で同一のラインレートとし、センサ中心での視点が直線状に動く場合と適切な姿勢角速度で観測器を駆動した場合の例を示す図である。
【図４】実施の形態１に係る制御装置の機能構成例を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る法線ベクトル距離演算部の機能構成例を示す図である。
【図６】実施の形態１に係る目標姿勢角速度演算部の機能構成例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る制御装置の機能構成例を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る演算装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、図中同一または相当する部分には同じ符号を付す。本実施の形態では、光学センサとしてＴＤＩ型ＣＣＤを使用し、撮像対象として地表面の観測を行う場合の例について説明する。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る観測器のフットプリントの一例を示す図である。観測器１は、人工衛星や航空機等に搭載され、ＴＤＩ型ＣＣＤにより地表面の観測を行う。図１に示すように、観測器１の視野中心のセンサ視線方向を鉛直方向から傾けて観測を行うような場合、観測器１のフットプリント１４０は台形状に歪む。このため、光学センサの部分によって最適なラインレートが異なり、光学センサ全体で同一のラインレートであって、光学センサの中心（以下、センサ中心という）での視点が直線状に動く場合には画角端でのＭＴＦが劣化する結果となる。
【００１２】
図２は、実施の形態１に係る写像ベクトルと移動ベクトルと誤差ベクトルの関係を示す図である。写像ベクトルＶ１は、ＣＣＤの１画素分の走査方向のベクトルを地表面に観測器１の光学系で写像したベクトルである。移動ベクトルＶ２は、１画素あたりのラインレートにおけるセンサ視点の地表面での移動を示すベクトルである。誤差ベクトルＶ３は、写像ベクトルＶ１と移動ベクトルＶ２との誤差を示すベクトルである。撮影画像のＭＴＦの劣化を低減するためには、誤差ベクトルＶ３を小さくする必要がある。
【００１３】
図３は、光学センサ全体で同一のラインレートとし、センサ中心での視点が直線状に動く場合と適切な姿勢角速度で観測器を駆動した場合の例を示す図である。図３（ａ）は、センサ中心での視点が直線状に動く場合を示す。フットプリント１４０が台形状であって、センサ中心での視点が直線状に動く場合、光学センサ全体で同一のラインレートとすると、センサ手前とセンサ奥とでは写像ベクトルＶ１と移動ベクトルＶ２とが一致しないので、撮影画像のＭＴＦが劣化する。図３（ｂ）は、適切な姿勢角速度で観測器１を駆動した場合を示す。図３（ｂ）に示すように、適切な姿勢角速度で観測器１を駆動することで、移動ベクトルＶ２の分布を整形できる。その結果、光学センサの視野全体の誤差ベクトルＶ３は小さくなり、撮影画像のＭＴＦの劣化を低減できる。
【００１４】
図４は、実施の形態１に係る制御装置の機能構成例を示す図である。制御装置１００は、法線ベクトル距離演算部１１０および目標姿勢角速度演算部１２０で構成される演算装置１０と、姿勢制御部１１とを備える。演算装置１０の法線ベクトル距離演算部１１０は、観測器１から観測器１の姿勢および位置を取得すると、観測器１とセンサ視点との距離（以下、センサ視点距離という）およびセンサ視点における地表面からの法線ベクトル（以下、地表面法線ベクトルという）を算出し、目標姿勢角速度演算部１２０に送る。
【００１５】
目標姿勢角速度演算部１２０は、観測器１から観測器１の姿勢、位置、速度および光学センサのラインレートを取得し、法線ベクトル距離演算部１１０からセンサ視点距離および地表面法線ベクトルを受け取ると、これらに基づいて、光学センサの視野全体の撮影画像のＭＴＦ劣化を抑える目標姿勢角速度を算出し、姿勢制御部１１に送る。姿勢制御部１１は、観測器１から姿勢角および姿勢角速度を取得し、目標姿勢角速度演算部１２０から受け取った目標姿勢角速度に追従するよう観測器１に加えるトルクを演算し、観測器１に出力して観測器１の姿勢を制御する。なお、姿勢制御部１１が行う観測器１の姿勢制御については、既存の技術で実現可能であり、ここではその詳細については省略する。観測器１の姿勢、位置、速度、姿勢角および姿勢角速度はリアルタイムに計測または推定された値を用いてもよいし、計画値を用いてもよい。ここで、法線ベクトル距離演算部１１０がセンサ視点距離および地表面法線ベクトルを算出する方法と目標姿勢角速度演算部１２０が目標姿勢角速度を算出する方法とについて、図５および図６を用いて説明する。
【００１６】
図５は、実施の形態１に係る法線ベクトル距離演算部の機能構成例を示す図である。法線ベクトル距離演算部１１０は、センサ視点演算部１１１と、距離演算部１１２と、法線方向演算部１１３とを備える。法線ベクトル距離演算部１１０には、観測器１の位置および姿勢が与えられる。センサ視点演算部１１１は、観測器１の姿勢からセンサ視線方向を算出し、センサ視線方向の半直線と地表面の最も近い交点をセンサ視点とする。センサ視点演算部１１１は、センサ視点を距離演算部１１２および法線方向演算部１１３に送る。距離演算部１１２は、観測器１の位置とセンサ視点演算部１１１から受け取ったセンサ視点とに基づいて、センサ視点距離を求める。距離演算部１１２は、センサ視点距離を目標姿勢角速度演算部１２０に送る。
【００１７】
法線方向演算部１１３は、センサ視点演算部１１１から受け取ったセンサ視点に基づいて、地表面形状から地表面法線ベクトルを求める。例えば地表面が球面上のとき、球の中心からセンサ視点に向かうベクトルが地表面法線ベクトルとなる。また、地表面形状として数値標高モデル(ＤＥＭ：Digital Elevation Model)を用いる場合は、まず数値標高モデルを用いてセンサ視点を数値的に求め、センサ視点近傍の標高データを用いることで数値的に地表面法線ベクトルを算出する。地表面法線ベクトルは、センサ視点における地表面の接平面（以下、センサ視点接平面という）を定義する。法線方向演算部１１３は、地表面法線ベクトルを目標姿勢角速度演算部１２０に送る。
【００１８】
図６は、実施の形態１に係る目標姿勢角速度演算部の機能構成例を示す図である。目標姿勢角速度演算部１２０は、線形連立方程式生成部１２１と、最小二乗解演算部１２２とを備える。目標姿勢角速度演算部１２０には、観測器１の位置、速度、姿勢および光学センサのラインレートと、センサ視点距離および地表面法線ベクトルとが与えられる。線形連立方程式生成部１２１は、観測器１の位置、姿勢および地表面法線ベクトルに基づいて、ＣＣＤの１画素分の走査方向のベクトルをセンサ視点接平面に観測器１の光学系で写像した接平面写像ベクトルを求める。接平面写像ベクトルは、写像ベクトルＶ１をセンサ視点接平面上に射影したベクトルである。演算装置１０は観測器１の走査方向を記憶している。線形連立方程式生成部１２１は、観測器１の位置、速度、姿勢および光学センサのラインレートと、センサ視点距離および地表面法線ベクトルとを用いて、１画素あたりのラインレートにおけるセンサ視点のセンサ視点接平面での移動を示す接平面移動ベクトルを求める。線形連立方程式生成部１２１は、接平面写像ベクトルおよび接平面移動ベクトルを最小二乗解演算部１２２に送る。
【００１９】
最小二乗解演算部１２２は、線形連立方程式生成部１２１から受け取った接平面写像ベクトルと接平面移動ベクトルとの誤差が光学センサの視野全体で最小になる姿勢角速度を最小二乗法により求め、それを目標姿勢角速度とする。接平面写像ベクトルおよび接平面移動ベクトルは線形連立方程式で表される。つまり最小二乗解演算部１２２は、接平面写像ベクトルおよび接平面移動ベクトルを表す線形連立方程式の誤差が光学センサの視野全体で最小になる姿勢角速度を目標姿勢角速度として算出する。接平面移動ベクトルは、姿勢角速度に関して線形なベクトル関数であるため、係数行列の擬似逆行列を用いることで最小二乗解を高速かつ確実に求めることができる。
【００２０】
以上説明したように実施の形態１の制御装置１００によれば、光学センサで走査することにより地表面を撮像する観測器１において、フットプリント１４０の歪みに応じて目標姿勢角速度を算出することで、光学センサ全体でラインレートが同一であっても、フットプリント１４０の歪みによる視野全体のＭＴＦ劣化を抑えることができる。
【００２１】
光学センサの全光電変換素子の写像ベクトルＶ１がフットプリント１４０を形作るため、写像ベクトルＶ１をセンサ視点接平面上に射影した接平面写像ベクトルを用いることで、フットプリント１４０の歪みに応じて目標姿勢角速度が算出できる。これにより、フットプリント１４０がどのような形状をしている場合においても、光学センサの視野全体にわたって最適な姿勢運動を実現でき、撮像画像全体にわたってＭＴＦ劣化を抑えることができる。また、観測器１から各種データを取得する度に光学センサの視野全体の接平面写像ベクトルと接平面移動ベクトルとの誤差を最小にするような目標姿勢角速度を算出するアルゴリズムとなっているから、ＭＴＦ劣化を最小限に抑えるセンサ視点の軌跡を柔軟に実現することができる。さらに、センサ視点の軌跡を予め計画する必要がないため、いつでもリアルタイムにＭＴＦ劣化が小さい観測を開始できる。これにより、災害時など緊急時の地表面の撮像を迅速に行えるようになる。
【００２２】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る観測器１の制御装置の構成は実施の形態１と同様であるが、実施の形態２では、目標姿勢角速度演算部１２０における目標姿勢角速度の算出方法が異なる。
実施の形態１における目標姿勢角速度演算部１２０では、接平面写像ベクトルと接平面移動ベクトルとの誤差を光学センサの視野全体で最小になるように構成した。しかしながら、ＴＤＩ型ＣＣＤによる観測を行う場合には、特定の一方向のＭＴＦ劣化が特に重要になる場合もある。そこで、本実施の形態２では、ベクトルの全方向を考慮した誤差ではなくＭＴＦ劣化を抑えたい特定の一方向の誤差を最小にする目標姿勢角速度を算出する。具体的な方法は以下の通りである。
【００２３】
制御装置１００の目標姿勢角速度演算部１２０の最小二乗解演算部１２２は、線形連立方程式生成部１２１から受け取った接平面写像ベクトルおよび接平面移動ベクトルに対して、それぞれＭＴＦ劣化を抑えたい方向のベクトルとの内積をとり、その誤差が光学センサの視野全体で最小になる目標姿勢角速度を最小二乗法により求める。このような場合でも、目標姿勢角速度に関して線形連立方程式群が得られるので、最小二乗解は高速かつ確実に求めることができる。その他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００２４】
以上説明したように実施の形態２の制御装置１００によれば、光学センサで走査することにより地表面を撮像する観測器１において、フットプリント１４０の歪みに応じて目標姿勢角速度を算出することで、光学センサ全体でラインレートが同一であっても、フットプリント１４０の歪みによる特定の一方向のＭＴＦ劣化を抑えることができる。
【００２５】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る観測器１の制御装置１００の構成は実施の形態１および２と同様であるが、実施の形態３では、目標姿勢角速度演算部１２０における目標姿勢角速度の算出方法が異なる。実施の形態１および２では光学センサの視野全体または特定の一方向のＭＴＦ劣化を抑制する目標姿勢角速度を算出していた。しかしながら、通常の観測において最も重要な点は光学センサの視野中心で観測を行うように設計するのが一般的である。実施の形態１および２では視野中心の光電変換素子での誤差を０にするという保証はできない。そこで、実施の形態３では光学センサの視野中心の光電変換素子での誤差を０にし、かつ、視野全体での誤差を最小にする目標姿勢角速度を算出する。具体的な方法は以下の通りである。
【００２６】
制御装置１００の目標姿勢角速度演算部１２０の最小二乗解演算部１２２は、線形連立方程式生成部１２１から受け取った接平面写像ベクトルＶ１’および接平面移動ベクトルＶ２’について、まず視野中心の光電変換素子における接平面写像ベクトルＶ１’および接平面移動ベクトルＶ２’が等しくなる線形連立方程式を解く。これにより、３自由度を持つ目標姿勢角速度のうち、２自由度が一意に決定される。例えば、角速度表現に１−２−３オイラー角(ロール角、ピッチ角、ヨー角)の時間微分を用いた場合、視野中心における線形連立方程式はヨーレートに依存しない。そのため、ロールレートおよびピッチレートを一意に求めることができる。最小二乗解演算部１２２は、残りの１自由度で光学センサの視野全体における接平面誤差ベクトルＶ３’を最小にするような目標姿勢角速度を、最小二乗法により求める。このとき、最小二乗解演算部１２２は、実施の形態２のように、誤差を小さくしたい方向のベクトルとの内積の誤差を最小にするような目標姿勢角速度を、最小二乗法により求めてもよい。このような場合でも、目標姿勢角速度に関して線形連立方程式群が得られるので、最小二乗解は高速かつ確実に求めることができる。その他の構成は、実施の形態１および２と同様である。
【００２７】
以上説明したように実施の形態３の制御装置１００によれば、光学センサで走査することにより地表面を撮像する観測器１において、フットプリント１４０の歪みに応じて目標姿勢角速度を算出することで、光学センサ全体でラインレートが同一であっても、フットプリント１４０の歪みによる視野中心のＭＴＦ劣化を防止することができ、視野全体または特定の一方向のＭＴＦ劣化を抑えることができる。
【００２８】
（実施の形態４）
図７は、本発明の実施の形態４に係る制御装置の機能構成例を示す図である。実施の形態４の制御装置１００は、実施の形態１から３の制御装置１００と演算装置１０の機能構成が異なる。実施の形態４の演算装置１０は、実施の形態１から３の演算装置１０が備える法線ベクトル距離演算部１１０および目標姿勢角速度演算部１２０に加え、目標姿勢角演算部１３０を備える。法線ベクトル距離演算部１１０は、観測器１から観測器１の姿勢および位置を取得すると、センサ視点距離および地表面法線ベクトルを算出し、目標姿勢角速度演算部１２０に送る。目標姿勢角速度演算部１２０は、観測器１から観測器１の姿勢、位置、速度および光学センサのラインレートを取得し、法線ベクトル距離演算部１１０からセンサ視点距離および地表面法線ベクトルを受け取ると、光学センサの撮影画像のＭＴＦ劣化を抑える目標姿勢角速度を算出し、目標姿勢角演算部１３０に送る。
【００２９】
目標姿勢角演算部１３０は、目標姿勢角速度演算部１２０から目標姿勢角速度を受け取ると、時間積分により次の時刻の目標姿勢角を演算する。時間積分は、例えばEuler法やRunge-Kutta法を用いればよい。目標姿勢角演算部１３０は、目標姿勢角速度および目標姿勢角を制御装置１００の姿勢制御部１１に出力する。姿勢制御部１１は、観測器１の姿勢角および姿勢角速度をそれぞれ、目標姿勢角演算部１３０から受け取った目標姿勢角および目標姿勢角速度にする制御を行う。また、目標姿勢角演算部１３０は、目標姿勢角を法線ベクトル距離演算部１１０にフィードバックしてもよい。その他の構成は、実施の形態１から３と同様である。
【００３０】
以上説明したように実施の形態４の制御装置１００によれば、光学センサで走査することにより地表面を撮像する観測器１において、フットプリント１４０の歪みに応じて目標姿勢角速度を算出することで、光学センサ全体でラインレートが同一であっても、フットプリント１４０の歪みによる撮影画像のＭＴＦ劣化を抑えることができる。また、ある時刻における観測器１の位置、速度および姿勢が与えられたときに観測器１がとるべき目標姿勢角および目標姿勢角速度の計画値を高速に得ることができる。さらに、計画値を少ないパラメータで近似する構成にすると、観測器１に転送する情報量を抑えることができ、転送時間の短縮や必要とするメモリを削減できる効果がある。
【００３１】
上記の実施の形態では、最小二乗法を用いて、接平面写像ベクトルＶ１’と接平面移動ベクトルＶ２’との誤差を示す接平面誤差ベクトルＶ３’が最小になる目標姿勢角速度を求めたが、これに限らず、例えば、最尤法を用いてもよいし、ニュートン法を用いてもよい。また、写像ベクトルＶ１と移動ベクトルＶ２との誤差を示す誤差ベクトルＶ３が最小になる目標姿勢角速度を求めてもよい。本発明における最小とは、定めた計算精度での最小である。最小二乗法や最尤法を用いた場合は、最小二乗法や最尤法の計算精度での最小である。ニュートン法を用いた場合は、例えば、前回の計算結果との差分が定めた閾値以下に収束したときに最小と判定する。
【００３２】
図８は、本発明の実施の形態に係る演算装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。演算装置１０は、図８に示すように、制御部３１、主記憶部３２、外部記憶部３３、操作部３４、表示部３５および入出力部３６を備える。主記憶部３２、外部記憶部３３、操作部３４、表示部３５および入出力部３６はいずれも内部バス３０を介して制御部３１に接続されている。
【００３３】
制御部３１はＣＰＵ（Central Processing Unit）などから構成され、外部記憶部３３に記憶されている制御プログラム３９に従って、演算装置１０の法線ベクトル距離演算部１１０および目標姿勢角速度演算部１２０の各処理を実行する。
【００３４】
主記憶部３２はＲＡＭ（Random-Access Memory）などから構成され、外部記憶部３３に記憶されている制御プログラム３９をロードし、制御部３１の作業領域として用いられる。
【００３５】
外部記憶部３３は、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷなどの不揮発性メモリから構成され、演算装置１０の処理を制御部３１に行わせるためのプログラムをあらかじめ記憶し、また、制御部３１の指示に従って、このプログラムが記憶するデータを制御部３１に供給し、制御部３１から供給されたデータを記憶する。
【００３６】
操作部３４はキーボードおよびマウスなどのポインティングデバイスなどと、キーボードおよびポインティングデバイスなどを内部バス３０に接続するインタフェース装置から構成されている。ユーザが演算装置１０に情報を入力する場合は、操作部３４を介して、入力された情報が制御部３１に供給される。
【００３７】
表示部３５は、ＣＲＴまたはＬＣＤなどから構成されている。ユーザが演算装置１０に情報を入力する場合は、操作画面を表示する。
【００３８】
入出力部３６は、シリアルインタフェースまたはパラレルインタフェースから構成されている。入出力部３６は観測器１および姿勢制御部１１と接続する。入出力部３６は、法線ベクトル距離演算部１１０および目標姿勢角速度演算部１２０として機能する。
【００３９】
図４に示す演算装置１０の法線ベクトル距離演算部１１０および目標姿勢角速度演算部１２０の処理は、制御プログラム３９が、制御部３１、主記憶部３２、外部記憶部３３、操作部３４、表示部３５および入出力部３６などを資源として用いて処理することによって実行する。
【００４０】
その他、前記のハードウェア構成やフローチャートは一例であり、任意に変更および修正が可能である。
【００４１】
制御部３１、主記憶部３２、外部記憶部３３、操作部３４、表示部３５、入出力部３６、内部バス３０などから構成される演算装置１０の処理を行う中心となる部分は、専用のシステムによらず、通常のコンピュータシステムを用いて実現可能である。例えば、前記の動作を実行するためのコンピュータプログラムを、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなど）に格納して配布し、当該コンピュータプログラムをコンピュータにインストールすることにより、前記の処理を実行する演算装置１０を構成してもよい。また、インターネットなどの通信ネットワーク上のサーバ装置が有する記憶装置に当該コンピュータプログラムを格納しておき、通常のコンピュータシステムがダウンロードなどすることで演算装置１０を構成してもよい。
【００４２】
また、演算装置１０の機能を、ＯＳ（オペレーティングシステム）とアプリケーションプログラムの分担、またはＯＳとアプリケーションプログラムとの協働により実現する場合などには、アプリケーションプログラム部分のみを記録媒体や記憶装置に格納してもよい。
【００４３】
また、搬送波にコンピュータプログラムを重畳し、通信ネットワークを介して提供することも可能である。例えば、通信ネットワーク上の掲示板（BBS，Bulletin Board System）にコンピュータプログラムを掲示し、ネットワークを介してコンピュータプログラムを提供してもよい。そして、このコンピュータプログラムを起動し、ＯＳの制御下で、他のアプリケーションプログラムと同様に実行することにより、演算装置１０の処理を実行できるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１  観測器、１０  演算装置、１１  姿勢制御部、３０  内部バス、３１  制御部、３２  主記憶部、３３  外部記憶部、３４  操作部、３５  表示部、３６  入出力部、３９  制御プログラム、１００  制御装置、１１０  法線ベクトル距離演算部、１１１  センサ視点演算部、１１２  距離演算部、１１３  法線方向演算部、１２０  目標姿勢角速度演算部、１２１  線形連立方程式生成部、１２２  最小二乗解演算部、１３０  目標姿勢角演算部、１４０  フットプリント、Ｖ１  写像ベクトル、Ｖ２  移動ベクトル、Ｖ３  誤差ベクトル、Ｖ１’  接平面写像ベクトル、Ｖ２’  接平面移動ベクトル、Ｖ３’  接平面誤差ベクトル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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