ALOSの校正検証及びデータ利用
平成24年9月13日
つくば事業所 ALOS解析研究PG.
渡辺知弘

目次
• 背景
• 目的
• 実施内容• ラジオメトリック校正（光学：MTF,SNR）• 幾何学的校正（光学）• 幾何学的校正（PSLAR）• 作成プロダクト• まとめ2

背景•

センサの校正・検証は、センサ自身の性能、得られた画像の品質を把握することで、その結果は高次成果物の品質に直接関係するため、極めて重要な作業である。

•

これまで、ＲＥＳＴＥＣは宇宙航空研究開発機構（JAXA）殿開発の地球観測センサデータの校正・検証業務に従事し、データ品質向上に貢献してきた。 （ADEOS、ADEOS-II、AQUA/AMSR-E、ALOS、GOSAT等）– 画像の位置精度を保証する幾何学的校正（GCP測定と解析）– 画像の輝度精度を保証するラジオメトリック校正（輝度むら、感度補正等）– 推定物理量（温度、水蒸気等）の精度を保証する現場データの測定と解析– センサの校正・検証サイトの選定、校正・検証手法の検討– 各種物理量推定アルゴリズムの開発支援、データセット作成等– etc3

陸域観測衛星とRESTECの関わり
S53 S54 S55 S56 S57 S58 S59 S60 S61 S62 S63'78 '79 '80 '81 '82 '83 '84 '85 '86 '87 '88

H1'89

H2'90

H3'91

H4'92

H5'93

H6'94

H7'95

▲ 海洋観測衛星1（MOS-1）

H8'96

H9 H10 H11 H12 H13 H14 H15 H16 H17 H18 H19 H20 H21 H22 H23 H24 H25 H26 H27'97 '98 '99 '00 '01 '02 '03 '04 '05 '06 '07 '08 '09 '10 '11 '12 '13 '14 '15

地球観測プラットフォーム技術衛星（ADEOS-1）▲JAXA衛星▲

温室効果ガス観測技術衛星（GOSAT）▲ 地球資源衛星（JERS-1）▲▲ LANDSAT-4

LANDSAT-3▲▲
気候変動観測衛星(GCOM-C）▲（ALOS-2）▲
継続中

海LANDSAT-7▲ LANDSAT-5

IRS-1D▲▲

中断中

IRS-1C▲

外国機関衛星

▲
水循環変動
観測衛星
(GCOM-W）

陸域観測技術衛星▲（ALOS）▲ 海洋観測衛星1b（MOS-1b）

LANDSAT-2

継続中

環境観測衛星(ADEOS-II）

SPOT-1▲ SPOT-2

SPOT-3▲SPOT-4▲▲ ERS-1▲▲
打上げ
財団自主運用期間
下線はEOC運用中の衛星

ERS-2

▲
雲ｴｱﾛｿﾞﾙ放射
ﾐｯｼｮﾝ（EarthCARE）

RADARSAT▲ TRMM▲▲
全球降水観測衛星
（GPM）

継続中

JAXA/NASA共同プロジェクト▲ Aqua
継続中▲

EOS直接受信（Aqua/Terra)
継続中

4目的• ALOSに搭載されるセンサは従来のセンサ（ADEOS/AVNIR等）に比べて様々な面において高性能化が図られている。
• 特に、画像の幾何学精度とラジオメトリック精度はセンサの性能を表現するだけでなく、利用上非常に重要である。
• ALOSは2006年1月24日から2011年5月12日まで運用され、その間、継続して品質向上のための校正検証が行われた。
• ALOSの校正・検証作業および結果の概要を紹介する。
5

実施内容
■作業概要
基本的にはセンサの特性評価、得られた画像データの画質評価を行う。得られた画像データ、外部校正機器のデータを用いてセンサ入出力特性の評価などを行う。
■対象センサPRISM 、AVNIR-2 、PALSAR■実施内容：
ラジオメトリック校正（S/N評価、MTF評価）
幾何学的校正etc6

ラジオメトリック校正（光学：MTF）
MTF (Modulation TransferFunction)計測
エッジの計測（赤線）•画像のコントラストの再現性を数値化したもので、入力信号の明暗の差が、空間周波数（Cycle/pixel）に応じた劣化度を示す。
（画像のシャープさを図る指標：高いほど良い）

CCD1ATCT
0.21 0.220.22

CCD2ATCT
0.21 0.24
0.23

CCD3ATCT
0.22 0.260.24

CCD4ATCT
0.20 0.230.21

PRISMの直下計測例

CCD5ATCT
0.20 0.220.21

CCD6CTAT
0.21 0.220.227

ラジオメトリック校正（光学： SNR）
SNR (Signal to Noise Ratio)計測• 信号に対するノイズ(雑音)の量を数値化した指標。
1N
• 一般的に数値が大きいほど高品質。
 DN  S n 1

2ni 1nn

SNR  mean( S n ) / NBackward
CCD NadirForward
1165.10125.612147.03141.233142.11145.69139.69
4134.05168.65133.955118.84
116.49121.866103.12164.03107.367136.278136.59

前述のMTFも含め、センサ毎に仕様値が設定されており、測定結果はアルゴリズム等に反映され品質向上が図られる。

ある範囲の信号の平均値（Sn）を分散（N）で割った値

Sampling Area8幾何学的校正（光学）PRISM/AVNIR-2の幾何精度評価には、高い位置精度のGCPが必要以下の条件を満たすように計測を実施●周回変動を考慮したあらゆる緯度帯のGCP●サブピクセル単位の計測精度●１シーン内に１１ポイント以上のGCP
etc

打ち上げ前より、日本国内・海外にてGCP取得を実施。
・現在データベースに登録されている
GCP数は5000点以上
・GCPの計測精度は、約0.5ｍ

9幾何学的校正（光学）平成17年度まで
GCP候補点

4000SSiにて測定
GCP候補点
4000SSiにて測定

4000SSi

2直線状の点
2直線状の点GeoXTにて計測
GeoXTにて測定（計測時間1点で20分）
直線状構造物サンプル:道路の隅切り

平成18年度以降
GCP候補点GeoXTにて計測（計測時間4点で10分）

GeoXT

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幾何学的校正（光学）ALOSのアライメント誤差(センサの取り付け角の誤差)が周回変動していることが示唆された。
この周期的な誤差変動成分を精密に求めるためには、日照時のみならず日陰時の幾何精度も評価する必要があった。
2007年2月より、定常的に既知の光源が確認できる国内・海外の都市部をターゲットに夜間観測を開始した
オーストラリア付近

夜間観測
エリア

衛星方向

日本付近
地心

1周回（90分）
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幾何学的校正（光学）②光源ターゲットの建物を確認①夜間観測画像とGoogle Earthとの重ね合わせ画像を現地持参し、調査を実施（ペトロナス・ツイン・タワー）④計測点からの光源の位置、距離、方位角を含めてGCP計測を実施③光源を確認図７ 夜間画像を用いた計測事例 （クアラルンプール：2008年1月27日）

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幾何学的校正（光学）
打上げ後にGCP を用いた外部標定によってセンサ幾何モデルと衛星姿勢の変動量を推定。変動量を補正することにより絶対的な幾何精度が向上し、プロダクトの高精度化に貢献。
ピクセル方向

ライン方向

距離

評価点数

シーン数

PRISM直下視 (RMS)

3.5 m

5.0 m

6.1 m

5154

584

PRISM前方視 (RMS)

3.3 m

5.0 m

5.9 m

1572

216

PRISM後方視 (RMS)

3.5 m

6.8 m

7.6 m

4077

475

AVNIR-2
ポインティング0度(RMS)

19.8 m

9.4 m

21.9 m382

30

AVNIR-2
同 +/-41.5度 (RMS)

60.5 m28.5 m66.8 m128

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JAXA標準プロダクトの幾何学精度 評価結果
（全世界に配置した地上基準点(GCP)による評価）＊http://www.eorc.jaxa.jp/hatoyama/satellite/data_tekyo_setsumei/alos_hyouka.html
JAXA標準プロダクトの精度評価結果2011/9/6現在)

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その他 校正支援（光学）

©JAXA

©JAXA

PRISM JPEG ブロックノイズ低減（左：低減前、右：低減後）

©JAXA

©JAXA

高周波ノイズ（ジッターノイズ）低減（左：低減前、右：低減後）検証作業等で評価等の支援
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PALSAR 校正検証（幾何学的校正）
0.05

RMS error = 0.007842[km]Std dev = 0.004137

Geometric error[km]0.04

FBD343FBD415
FBS215
FBS343
FBS415
PLR2150.030.02

幾何学精度：7.8m

0.01

0.00
2006/1/24

世界最高または世界レベル
2007/2/6

2008/2/19

2009/3/4

2010/3/17

2011/3/31

Date

M ode

N o . of D ata

F BD 343
F BD 415
F BS2 15
F BS3 43
F BS4 15P LR 215

618144
2 388878
5 90dsdxdy
R M SE [km ] R M SE [km ] R M SE [km ]Stdev
0.006483
0.0 03251
0.007252
0.004349
0.003886
0.0 03209
0.005040
0.002613
0.010561
0.0 04565
0.011505
0.005177
0.007357
0.0 03172
0.008011
0.003790
0.005342
0.0 03735
0.006518
0.002845
0.007594
0.0 04635
0.008897
0.005016
0.006961
0.0 03611
0.007842
0.004137

ジオメトリック校正評価

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作成プロダクト（光学）AVNIR-2 オルソ画像: Land-water mask
: Cloud/Snow mask
: Sea mask

>2000m0mheight

高精度土地被覆図

PRISM/DSM

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作成プロダクト（PALSAR）
森林・非森林分類
森林抽出閾値：-11.5dB
分類精度：84%（DCPにより評価）●：森林 ●：非森林 ●：水域

PALSAR Global 25m
Forest/Non-Forest 2010

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まとめ
• ALOSの校正検証作業を実施することで、データの品質向上に貢献することができた。
• ALOSで培った技術をもとに、今後打ち上げ予定のALOS後継機等の品質向上にも、貢献したいと考えている。

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