(57)【要約】【課題】正確かつ効率的に雲領域を検出できる構成を得る。【解決手段】狭帯域近赤外線センサ２は、水分及び二酸化炭素成分により電磁波が吸収されやすい波長帯である０．９３−０．９５μｍ、１．１０−１．１６μｍ及び１．３５−１．４３μｍの少なくとも一部の波長帯を応答波長帯として、上空から地表方向を撮影する。雲領域判定部３は、狭帯域近赤外線センサ２により撮影された地表方向の撮影画像の輝度解析を行って、撮影画像内で雲が撮影されている領域を判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．９３μｍから０．９５μｍ、１．１０μｍから１．１６μｍ、及び１．３５から１．４３μｍのうちの少なくとも一部の波長帯を応答波長帯として、上空から地表方向を撮影する狭帯域近赤外線センサと、
前記狭帯域近赤外線センサにより撮影された前記地表方向の撮影画像の輝度解析を行って、前記撮影画像内で雲が撮影されている領域を判定する雲領域判定部とを有する観測装置。
【請求項２】
１．８０μｍから１．９５μｍ、及び２．５８μｍから２．８２μｍのうちの少なくとも一部の波長帯を応答波長帯として、上空から地表方向を撮影する狭帯域短波長赤外線センサと、
前記狭帯域短波長赤外線センサにより撮影された前記地表方向の撮影画像の輝度解析を行って、前記撮影画像内で雲が撮影されている領域を判定する雲領域判定部とを有する観測装置。
【請求項３】
４．１８μｍから４．４５μｍ、及び５．５μｍから７．３μｍのうちの少なくとも一部の波長帯を応答波長帯として、上空から地表方向を撮影する狭帯域中波長赤外線センサと、
前記狭帯域中波長赤外線センサにより撮影された前記地表方向の撮影画像の輝度解析を行って、前記撮影画像内で雲が撮影されている領域を判定する雲領域判定部とを有する観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工衛星や航空機等の飛行体から目標物を観測する観測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、人工衛星や航空機等の飛行体に搭載して光学的な監視等に用いる観測装置については、様々な提案がなされていることは周知のところである。
このような観測装置の一例として、気象衛星の画像により雲の位置を知り、雲の位置を避けるように撮像経路を選択し、或いは太陽光の反射光を受光する雲検出センサを有して観測装置を搭載する人工衛星や航空機の進行方向前方の地上付近の雲状況を観測して雲を避ける撮像経路を選択する従来技術が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０２０１７９号（第７頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
あらかじめ観測対象として指定した目標物を観測する場合には雲により目標物が遮蔽されない画像が取得されるまで複数回の観測がなされることが一般的であるが、仮に目標遮蔽が無い画像が得られても画像内で雲領域が広く残り画像の利用価値が低くなることが避けらなかった。
他方で、従来の観測装置においては、気象衛星の画像により雲の位置を知る方法に関して、軌道が静止軌道故に適用地域が限定的であることに加え地表分解能が粗いため位置選択精度が低いという課題がある。
【０００５】
また、雲検出センサを用いて雲の位置を知る方法は、通常の目標観測センサと同様の波長で地表及び雲の双方の検知性が高い波長域を応答波長域とするため、雲とその他の対象物との識別が困難で、結果として位置選択精度が低く、実用性を欠く状態であった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決することを主な目的としており、正確かつ効率的に雲領域を検出できる構成を得ることを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る観測装置は、
０．９３μｍから０．９５μｍ、１．１０μｍから１．１６μｍ、及び１．３５から１．４３μｍのうちの少なくとも一部の波長帯を応答波長帯として、上空から地表方向を撮影する狭帯域近赤外線センサと、
前記狭帯域近赤外線センサにより撮影された前記地表方向の撮影画像の輝度解析を行って、前記撮影画像内で雲が撮影されている領域を判定する雲領域判定部とを有する。
【０００８】
また、本発明に係る観測装置は、
１．８０μｍから１．９５μｍ、及び２．５８μｍから２．８２μｍのうちの少なくとも一部の波長帯を応答波長帯として、上空から地表方向を撮影する狭帯域短波長赤外線センサと、
前記狭帯域短波長赤外線センサにより撮影された前記地表方向の撮影画像の輝度解析を行って、前記撮影画像内で雲が撮影されている領域を判定する雲領域判定部とを有する。
【０００９】
また、本発明に係る観測装置は、
４．１８μｍから４．４５μｍ、及び５．５μｍから７．３μｍのうちの少なくとも一部の波長帯を応答波長帯として、上空から地表方向を撮影する狭帯域中波長赤外線センサと、
前記狭帯域中波長赤外線センサにより撮影された前記地表方向の撮影画像の輝度解析を行って、前記撮影画像内で雲が撮影されている領域を判定する雲領域判定部とを有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、水分及び二酸化炭素成分により電磁波が吸収されやすい波長帯を応答波長帯として撮影された赤外線センサの撮影画像を雲領域の検出に用いるため、正確かつ効率的に雲領域を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る観測装置の機能構成例を示す図。
【図２】実施の形態２に係る観測装置の機能構成例を示す図。
【図３】実施の形態３に係る観測装置の機能構成例を示す図。
【図４】実施の形態３に係る観測装置のハードウェア構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１は、実施の形態１に係る観測装置１００の機能構成例を示す。
観測装置１００は、人工衛星や航空機等の飛行体に搭載され、飛行体が飛行中に上空から地表方向を撮影する。
観測装置１００は、図１に示すように、観測センサ１、狭帯域近赤外線センサ２、雲領域判定部３、輝度分布計測部４、雲領域判定部５、目標遮蔽判定部６、雲領域選択部７、選択領域無効化部８、記録部９、重畳部１０で構成される。
【００１３】
観測装置１００には、図４に示すように、観測センサ１、狭帯域近赤外線センサ２の他に、プロセッサ９０１及び記憶装置９０２というハードウェアが含まれる。
記憶装置９０２には、雲領域判定部３、輝度分布計測部４、雲領域判定部５、目標遮蔽判定部６、雲領域選択部７、選択領域無効化部８及び重畳部１０の機能を実現するプログラムが記憶されている。
そして、プロセッサ９０１がこれらプログラムを実行して、後述する雲領域判定部３、輝度分布計測部４、雲領域判定部５、目標遮蔽判定部６、雲領域選択部７、選択領域無効化部８及び重畳部１０の動作を行う。
図４では、プロセッサ９０１が雲領域判定部３、輝度分布計測部４、雲領域判定部５、目標遮蔽判定部６、雲領域選択部７、選択領域無効化部８及び重畳部１０の機能を実現するプログラムを実行している状態を模式的に表している。
また、記憶装置９０２が、記録部９を実現する。
【００１４】
＊＊＊動作の説明＊＊＊
観測センサ１は地球上空の軌道上から地表及びその上空の目標物の２次元の空間的な分布を測定し、観測センサ画像を出力する。
【００１５】
狭帯域近赤外線センサ２は、観測センサ１が観測する観測対象エリアを観測する。
狭帯域近赤外線センサ２は、近赤外線域付近のうちの０．９３−０．９５μｍ、１．１０−１．１６μｍ及び１．３５−１．４３μｍのうちの少なくとも一部の波長帯を応答波長帯として地球上空の軌道上から地表及びその上空の対象物の２次元の空間的な輝度分布を画像として観測する。
狭帯域近赤外線センサ２の応答波長帯は、０．９３−０．９５μｍ内の一部の波長帯でもよく、１．１０−１．１６μｍ内の一部の波長帯でもよく、１．３５−１．４３μｍ内の一部の波長帯でもよい。
また、０．９３−０．９５μｍ内の一部の波長帯と１．１０−１．１６μｍ内の一部の波長帯との組合せ、０．９３−０．９５μｍ内の一部の波長帯と１．３５−１．４３μｍ内の一部の波長帯との組合せでもよく、また、他の組み合わせでもよい。
更に、狭帯域近赤外線センサ２は、０．９３−０．９５μｍ、１．１０−１．１６μｍ及び１．３５−１．４３μｍの全ての波長帯を応答波長帯としてもよい。
狭帯域近赤外線センサ２は、撮影画像である狭帯域近赤外線画像を雲領域判定部３に出力する。
【００１６】
大気中には水分、二酸化炭素及び雲が存在し、電磁波の透過特性は波長依存性を示す。
雲については、主成分の水の影響で特定の波長域での吸収率が高く透過率は低くなる。
また、大気中の二酸化炭素の影響で特定の波長域での吸収率が高く透過率は低くなる。
二酸化炭素は水分に吸収されるものもあるため、水を主成分とする雲において、同様に二酸化炭素特有の波長域での吸収率が高く透過率が低くなる。
これらの波長域においては、衛星軌道高度から地表までの大気透過率が低く地表の輝度分布を画像として観測できないが、吸収率と同値になる放射率が高い雲は、反射光も加わることもあって輝度分布を画像として観測することができる。
つまり、水及び二酸化炭素分子が電磁波を吸収しやすい波長帯を赤外線センサの応答波長帯とすることで、地表対象を極力検出せずに雲のみを画像として得ることが可能になる。
近赤外線域付近においては、０．９３−０．９５μｍ、１．１０−１．１６μｍ及び１．３５−１．４３μｍがこの特有の波長帯である。
前述のように、狭帯域近赤外線センサ２は、これらの波長帯のうちの少なくとも一部の波長帯を応答波長帯として、上空から地表方向を撮影する。
【００１７】
雲領域判定部３は、狭帯域近赤外線センサ２により撮影された地表方向の撮影画像である狭帯域近赤外線画像の輝度解析を行って、雲が撮影されている領域である雲領域を判定する。
そして、雲領域判定部３は、雲領域の座標である雲領域座標を出力する。
雲領域判定部３は、具体的には、輝度分布計測部４と雲領域判定部５とで構成される。
【００１８】
輝度分布計測部４は、狭帯域近赤外線画像内の輝度を測定するとともに輝度分布及び標準偏差等の統計量を測定する。
次に、雲領域判定部５が、輝度分布計測部４により測定された輝度分布及び標準偏差等を用い、狭帯域近赤外線画像内で、標準偏差以上のバラツキがある領域であり、かつ閾値以上の輝度値の領域を雲領域と判定する。
そして、雲領域判定部５は、雲領域の座標である雲領域座標を出力する。
【００１９】
目標遮蔽判定部６は、あらかじめ観測対象として指定された目標物の座標と輝度分布計測部４が出力する雲領域座標とを比較して目標物が雲に遮蔽されているか否かを判定する。
そして、目標遮蔽判定部６は、目標遮蔽の有無（目標物が雲により遮蔽されているか否か）を雲領域選択部７に出力する。
【００２０】
雲領域選択部７は、観測センサ１が出力する観測センサ画像の中で雲領域判定部３が出力した雲領域座標に対応する領域を雲領域として選択する。
更に、雲領域選択部７は、目標遮蔽判定部６から出力された目標遮蔽の有無に基づいて、観測センサ画像内での目標遮蔽の有無を定義して、観測センサ画像を選択領域無効化部８に出力する。
【００２１】
選択領域無効化部８は、雲領域選択部７が出力した観測センサ画像の内の雲領域の輝度分布を一定値等にして雲領域の画像情報を除去した画像を作製し、出力する。
【００２２】
記録部９は、選択領域無効化部８が出力する画像を記録する。
【００２３】
あらかじめ観測対象として指定した目標物を観測するために雲により目標物が遮蔽されない画像が取得されるまで複数回の観測がなされるが、重畳部１０は、観測装置１００内の要素１から要素８により得られる画像が目標遮蔽の無いものであったとき、この画像と記録部９に記録された目標遮蔽がある画像とを目標物位置が同じ座標になるように重畳する。
【００２４】
＊＊＊実施の形態の効果＊＊＊
以上のように、本実施の形態では、水分及び二酸化炭素成分により電磁波が吸収されやすい波長帯である０．９３−０．９５μｍ、１．１０−１．１６μｍ及び１．３５−１．４３μｍの少なくとも一部の波長帯を応答波長帯として撮影された撮影画像を雲領域の検出に用いる。
このため、正確かつ効率的に雲領域を検出することができる。
【００２５】
また、本実施の形態では、狭帯域近赤外線センサが地表対象を極力検出せずに極力雲のみを感度よく検出し位置を判定できるので、目標物が遮蔽されず、雲領域が除去されて、加えてその領域も小さい１枚の統合された画像が得られる。
【００２６】
また、狭帯域近赤外線センサが地表対象を極力検出せずに極力雲のみを感度良く検出し位置を判定できるので、取得した複数の画像から雲を位置精度高く排除して一画像に統合することで、存在する雲により遮蔽されない判読性の高い目標画像を速やかに得ることができる。
【００２７】
また、速やかな目標画像の獲得が可能になるため、衛星等の運用が最小限となり省力化が図られ、画像の低下価格化が可能になる。
【００２８】
実施の形態２．
図２は、本実施の形態に係る観測装置１１０の機能構成例を示す。
実施の形態１では、狭帯域近赤外線センサ２が用いられているが、本実施の形態では、図２に示すとおり、狭帯域短波長赤外線センサ２１が用いられる。
狭帯域短波長赤外線センサ２１を用いることにより、地表対象を極力検出せずに極力雲のみを感度よく検出するとともに、実施の形態１の場合に比べて高緯度地域のような薄暗い状態での観測にも対応させることができる。
【００２９】
本実施の形態に係る狭帯域短波長赤外線センサ２１は、短波長赤外線域付近のうちの１．８０−１．９５μｍ及び２．５８−２．８２μｍの少なくとも一部の波長帯を応答波長帯として地球上空の軌道上から地表及びその上空の対象物の２次元の空間的な輝度分布を画像として観測する。
狭帯域短波長赤外線センサ２１の応答波長帯は、１．８０−１．９５μｍ内の一部の波長帯でもよく、２．５８−２．８２μｍ内の一部の波長帯でもよい。
また、１．８０−１．９５μｍ内の一部の波長帯と２．５８−２．８２μｍ内の一部の波長帯との組合せでもよい。
更に、狭帯域短波長赤外線センサ２１は、１．８０−１．９５μｍ及び２．５８−２．８２μｍの全ての波長帯を応答波長帯としてもよい。
狭帯域短波長赤外線センサ２１は、撮影画像である狭帯域短波長赤外線画像を雲領域判定部３に出力する。
【００３０】
前述のとおり水及び二酸化炭素分子が電磁波を吸収しやすい波長域を赤外線センサの応答波長とすることで、地表対象を極力検出せずに雲のみを画像として得ることが可能だが、短波長赤外線域付近においては、１．８０−１．９５μｍ及び２．５８−２．８２μｍがこの特有の波長域である。
このため、狭帯域短波長赤外線センサ２１は、これらの波長帯のうちの少なくとも一部の波長帯を応答波長帯として、上空から地表方向を撮影する。
【００３１】
雲領域判定部３においては、輝度分布計測部４が狭帯域短波長赤外線画像内の輝度を測定するとともに輝度分布や標準偏差等の統計量を測定し、応答波長帯が１．８０−１．９５μｍ内のいずれかのときはそれを基に、雲領域判定部５が標準偏差以上のバラツキがある領域で、かつ閾値以上の輝度値の領域を雲領域と判定する。
また、応答波長帯が２．５８−２．８２μｍ内のいずれかのときは、雲領域判定部５が標準偏差以上のバラツキがある領域を雲領域と判定する。
以上のように雲領域が判定されて雲領域座標が出力される。
【００３２】
なお、狭帯域短波長赤外線センサ２１及び雲領域判定部３以外の要素における動作は、実施の形態１に示したものと同様であるため、説明を省略する。
また、本実施の形態に係る観測装置１２０のハードウェア構成例も、狭帯域近赤外線センサ２の代わりに狭帯域短波長赤外線センサ２１が含まれる以外は、図４に示すものと同様であり、説明を省略する。
【００３３】
このように、本実施の形態では、水分及び二酸化炭素成分により電磁波が吸収されやすい波長帯である１．８０−１．９５μｍ及び２．５８−２．８２μｍの少なくとも一部の波長帯を応答波長帯として撮影された撮影画像を雲領域の検出に用いる。
このため、正確かつ効率的に雲領域を検出することができる。
【００３４】
また、本実施の形態では、狭帯域短波長赤外線センサが地表対象を極力検出せずに極力雲のみを感度よく検出し位置を判定できるので、取得した複数の画像から雲を位置精度高く排除して一画像に統合することで、存在する雲により遮蔽されない判読性の高い目標画像を速やかに得ることが可能である。
【００３５】
また、速やかな目標画像の獲得が可能になるため、衛星等の運用が最小限となり省力化が図られ、画像の低下価格化が可能になる。
【００３６】
実施の形態３．
図３は、本実施の形態に係る観測装置１２０の機能構成例を示す。
本実施の形態では、図３に示すとおり、狭帯域中波長赤外線センサ２２が用いられる。
狭帯域中波長赤外線センサ２２を用いることにより、地表対象を極力検出せずに極力雲のみを感度よく検出するとともに、実施の形態１の場合に比べて高緯度地域のような薄暗い状態や夜間での観測にも対応させることができる。
【００３７】
本実施の形態に係る狭帯域中波長赤外線センサ２２は、中波長赤外線域付近のうちの４．１８−４．４５μｍ及び５．５−７．３μｍの少なくとも一部の波長帯を応答波長帯として地球上空の軌道上から地表及びその上空の対象物の２次元の空間的な輝度分布を画像として観測する。
狭帯域中波長赤外線センサ２２の応答波長帯は、４．１８−４．４５μｍ内の一部の波長帯でもよく、５．５−７．３μｍ内の一部の波長帯でもよい。
また、４．１８−４．４５μｍ内の一部の波長帯と５．５−７．３μｍ内の一部の波長帯との組合せでもよい。
更に、狭帯域中波長赤外線センサ２２は、４．１８−４．４５μｍ及び５．５−７．３μｍの全ての波長帯を応答波長帯としてもよい。
狭帯域中波長赤外線センサ２２は、撮影画像である狭帯域中波長赤外線画像を雲領域判定部３に出力する。
【００３８】
前述のとおり水及び二酸化炭素分子が電磁波を吸収しやすい波長域を赤外線センサの応答波長とすることで、地表対象を極力検出せずに雲のみを画像として得ることが可能だが、中波長赤外線域付近においては、４．１８−４．４５μｍ及び５．５−７．３μｍがこの特有の波長域である。
このため、狭帯域中波長赤外線センサ２２は、これらの波長帯のうちの少なくとも一部の波長帯を応答波長帯として、上空から地表方向を撮影する。
【００３９】
雲領域判定部３においては、輝度分布計測部４が狭帯域中波長赤外線画像内の輝度を測定するとともに輝度分布や標準偏差等の統計量を測定する。
雲領域判定部５は、輝度分布計測部４により測定された輝度分布及び標準偏差等を用い、狭帯域中波長赤外線画像内で、標準偏差以上のバラツキがある領域であり、かつ閾値以上の輝度値の領域を雲領域と判定する。
そして、雲領域判定部５は、雲領域の座標である雲領域座標を出力する。
【００４０】
なお、狭帯域中波長赤外線センサ２２及び雲領域判定部３以外の要素における動作は、実施の形態１に示したものと同様であるため、説明を省略する。
また、本実施の形態に係る観測装置１２０のハードウェア構成例も、狭帯域近赤外線センサ２の代わりに狭帯域中波長赤外線センサ２２が含まれる以外は、図４に示すものと同様であり、説明を省略する。
【００４１】
このように、本実施の形態では、水分及び二酸化炭素成分により電磁波が吸収されやすい波長帯である４．１８−４．４５μｍ及び５．５−７．３μｍの少なくとも一部の波長帯を応答波長帯として撮影された撮影画像を雲領域の検出に用いる。
このため、正確かつ効率的に雲領域を検出することができる。
【００４２】
また、本実施の形態では、狭帯域中波長赤外線センサが地表対象を極力検出せずに極力雲のみを感度よく検出し位置を判定できるので、取得した複数の画像から雲を位置精度高く排除して一画像に統合することで、存在する雲により遮蔽されない判読性の高い目標画像を速やかに得ることが可能である。
【００４３】
また、速やかな目標画像の獲得が可能になるため、衛星等の運用が最小限となり省力化が図られ、画像の低下価格化が可能になる。
【００４４】
＊＊＊ハードウェア構成の説明＊＊＊
最後に、観測装置１００、１１０、１２０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に示す記憶装置９０２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）等である。
【００４５】
記憶装置９０２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、雲領域判定部３、輝度分布計測部４、雲領域判定部５、目標遮蔽判定部６、雲領域選択部７、選択領域無効化部８及び重畳部１０（以下、これらをまとめて「部」という）の機能を実現するプログラムを実行する。
図４では、１つのプロセッサが図示されているが、観測装置１００、１１０、１２０が複数のプロセッサを備えていてもよい。
また、「部」の処理の結果を示す情報やデータや信号値や変数値が、記憶装置９０２、又は、プロセッサ９０１内のレジスタ又はキャッシュメモリに記憶される。
また、「部」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等の可搬記憶媒体に記憶されてもよい。
【００４６】
また、「部」を「回路」又は「工程」又は「手順」又は「処理」に読み替えてもよい。
「回路」は、プロセッサ９０１だけでなく、ロジックＩＣ又はＧＡ（Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）又はＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）といった他の種類の処理回路をも包含する概念である。
【符号の説明】
【００４７】
１  観測センサ、２  狭帯域近赤外線センサ、３  雲領域判定部、４  輝度分布計測部、５  雲領域判定部、６  目標遮蔽判定部、７  雲領域選択部、８  選択領域無効化部、９  記録部、１０  重畳部、２１  狭帯域短波長赤外線センサ、２２  狭帯域中波長赤外線センサ、１００  観測装置、１１０  観測装置、１２０  観測装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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