# [P13] 月周回衛星かぐや(SELENE)搭載ハイビジョンカメ ラのデータアーカイブ:
科学データとメディアの融合

○山本幸生 1) 3) 4), 本田理恵 ${ }^{2}$ ), 大猋久志 1), 海老沢研 1) 3), 石川博 4)

1)宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所, 〒 252-5210 相模原市中央区由野台 3-1-1

2) 高知大学, 3)総合研究大学院大学, 4) 首都大学東京

E-mail:yukio@planeta.sci.isas.jaxa.jp
## Data archive of High Definition Television onboard the lunar orbiter SELENE (Kaguya):

## Fusion of scientific data and multimedia data

YAMAMOTO Yukion ${ }^{\left.1{ }^{13}\right)}{ }^{4}$, HONDA Rie $^{2}$, , OTAKE Hisashi ${ }^{11}$, EBISAWA Ken ${ }^{\left.1{ }^{1}\right)}$, ISHIKAWA

Hiroshi4)

1) Institute of Space and Astronautical Science, Japan Aerospace Exploration Agency, 3-1-1

Yoshino, Chuo, Sagamihara, Kanagawa 252-5210 Japan

2) Kochi University, ${ }^{3)}$ Graduate University for Advanced Studies (Sokendai), ${ }^{4)}$ Metropolitan University of Tokyo,

## 【発表概要】

月周回衛星「かぐや」に搭載されたハイビジョンカメラ(HDTV)は 600 以上の映像を取得した。広報目的に加え科学的な価値を見出すため、他の観測機器と同様に科学データとしてアーカイブを行った。HDTV 映像は標準で $30 \mathrm{fps}$ の 60 秒間の 1800 枚のフレームから構成され、2 倍速、4 倍速、 8 倍速で撮像可能である。データアーカイブでは動画をフレームに分割して静止画として扱い、撮像時刻、動作モード、衛星位置、撮像範囲等を含め、総計 100 万枚以上の静止画にメタデ一タの付与を行った。ファイルフォーマットは天文学分野標準の FITS を用い、ディレクトリ構造やメタデータ記述は惑星探査データの標準規格である Planetary Data System (PDS)を用いた。FITS と PDS は親和性が高く 2 つ基準を満たすことが容易である。そのため HDTV データは天文学分野と惑星探查分野の両方のツールを利用することが可能なハイブリッド仕様である。本発表では HDTV データの長期保存への取り組みをその背景と共に報告するものである。

## 1. はじめに

月周回衛星「かぐや (SELENE)」は 2007 年 9 月 14 日に打ち上げられ 2009 年 6 月 11 日に月面に制御落下を行った[1]。「かぐや」には 14 種類の科学観測機器に加え、広報目的として選定された NHK 開発のハイビジョンカメラ(HDTV)が搭載された[2]。HDTV は衛星が月への遷移軌道中に地球が遠ざかる様子を撮像し、月周回軌道投入後には、月の周回軌道上から地球や月面を撮像した(図 1)。これらの映像はミッションが終了する頃には 600 を超えた(表 1)。HDTVが撮像した多くの映像は、 NHK や JAXA のウェブサイト、あるいはインターネットの動画サイトから説明付きの動画として配信されたが、それとは

図 1.かぐやHDTV による地球撮像の例 (2008 年 1 月 14 日 23 時 13 分 11 秒 UTC 撮像)

別に、取得された映像の科学的な付加価値を期待して、他の科学観測機器と同様の手法によりデータアーカイブを実施した[3]。これらのデータは JAXA の宇宙科学データを公開する DARTS ウェブサイト[4]から公開され、フ
表 1 かぐやHDTV が取得した映像

アイル数にして約 560 万ファイル、データ容量は $9.56 \mathrm{TiB}$ に登る。

科学データとしての保存は、科学の再現性を担保する手法を踏襲することを意味する。惑星探査は貴重な機会であり同じデータを得ることが困難である故、データを長期に渡り保存するための仕組みが必要不可欠である。

## 2. 惑星探査データ標準とその背景

## 2. 1 Planetary Data System

惑星探查で取得したデータは、長期保存を目的とした Planetary Data System (PDS)と呼ばれる NASA が開発したデータアーカイブ手法により保存する[5]。ここで言う長期とは、 データに関する知識がロ伝ではなく文書によって伝達される期間であり、およそ 200 年先でもデータが利用可能なよう整備を心掛けなければならない。

PDS で定める標準はファイルフォーマットを始め、ディレクトリ構造やファイル命名規約、時刻形式や物理量の単位の表記方法など細かく規定している。加えて観測機器の説明やデータ処理方法について記述した文書整備や参考文献を含める事が求められている。

また PDS 標準でアーカイブしたデータは NASA のウェブサイトからデータを公開する。 データの公開前には第三者による査読を義務付け、科学解析に耐えうるデータアーカイブとして情報が揃っているか確認が行われる。

## 2.2 標準化コストと独自形式の採用

PDS 標準に準拠したデータアーカイブを作成することは一大事業であり多大な労力を要する。「かぐや」プロジェクトは PDS 標準に似た独自の形式を採用することを決定した。 この決断は短期的には非常に上手く機能した。当時の日本には PDS の専門家が不在であり、 また惑星探查データアーカイブに関して世界との繋がりも薄かったため、PDS 標準に準拠したアーカイブを行うのは困難であった。それでも可能な範囲で PDS 標準に従う「ベストエフォート方式」を採用し、結果的に観測機器チームの負担を大幅に低減した。この段階においては、HDTVの映像をPDS 標準に準拠する形で保存しようという意識は未だ生まれていなかった。特に HDTV は広報を目的とした機器であるため、科学観測機器としてのデ ータアーカイブ対象としては見られていなかったためである。

## 2. 3 世界的な動向

PDS 標準化の波が一気に押し寄せることになったのは、2006 年に発足した国際惑星デー 夕連合 (International Planetary Data Alliance; IPDA)[6]の影響が大きい。IPDA により各国の惑星探査データの関係者一同が集う様になり、それまで PDS 標準は事実上の標準であったが、IPDA 勧告により従うべき標準として推奨された。一方で PDS 標準に準拠するということはどう言うことなのかを明確にする必要が出てきた。これに対して JAXA は PDS 適合レベルを設定した(表 2)。

表 2 PDS 適合レベル

欧州宇宙機関 (European Space Agency; ESA）はデータフォーマットが PDS 標準に従うアーカイブを作成しつつも、查読やデータ公開は ESA 自らが行う Planetary Science Archive (PSA) [7]を立ち上げている。表 2 の定義に従えば ESA のデータアーカイブは適合レベル 2 もしくは 3 である。

日本の惑星探查データアーカイブは ESA 同様、PDS の適合レベル 2 以上を目指したデー 夕整備を行っている。近年は JAXA と NASA のプロジェクト毎の覚書により、データアー

カイブに関して多方面で協力してもらうことが可能となり、JAXA と NASA の双方のウェブサイトからデータを公開するなど、適合レベル 4 を目指す動きが主流となっている。

この様な PDS 準拠の流れもあり、HDTVのデータ整備は他の観測機器よりも遅れて開始したが、「かぐや」の中では PDS 標準に準拠する最初のデータとなった。しかしながら幾つかの参考となる論文はあるものの、データに対して十分に記述された文書は存在しないため、適合レベル 1 のフォーマットのみ PDS 標準に準拠したアーカイブとなっている。

## 3. かぐや HDTV データ

## 3. 1 撮像方法

かぐや HDTV は望遠(TELE)と広角(WIDE)の二つのカメラを持ち、互いに反対方向を向いている(図 2)。そのため撮像された映像が前進か後進かは選択するカメラによって決定する。映像は $30 \mathrm{fps}$ で 60 秒間の 1800 フレームを基本単位とし、 2 倍速、 4 倍速、 8 倍速のモードを使用して 1 撮像あたり最大 8 分間の映像を記録可能である。

1800 フレームの最初の 5 枚は位置補正用として使用する。撮像計画の立案の際には軌道予報値を用いるが、予報値と実際の位置には誤差があるため、本撮像の一周回前(約 2 時間前)に 5 枚の静止画を撮像して姿勢の微調整を行い、残りの 1795 枚を動画撮像に用いた。そのためデータアーカイブでは前半 5 枚と後半 1795 枚とは別プロダクトとして扱っている。

図 2. HDTV の望遠(TELE)と広角(WIDE)カメラ

## 3.2 データフォーマット

HDTV のデータフォーマットは、天文学で標準的に使用されている Flexible Image Transport System (FITS)を採用した。FITS はバチカン図書館でも採用されたフォーマットでありメタデータを格納するのに優れている[8]。FITS は PDS 標準と親和性が高く、 FITS で格納された画像に対して、PDS 標準に従うラベルファイルを付与すると PDS 標準とみなす事ができる(図 3)。従って HDTV デ一タは FITS としても PDS 標準としても取り扱う事が可能なハイブリッド方式と言える。

また閲覧用として大中小の 3 種類の JPEG ファイルに加え、MPEG-4 (H. 264 コーデック)による動画を用意した。JPEG は PDS 標準では科学データの保存方法としては推奨されていない。アルゴリズムを通してエンコー ドされたデータは、遠い将来デコードできない恐れがあるためである。そのため PDS 標準における科学データに位置するデータはエンコードされていないFITSであり、JPEGはあくまで閲覧用として科学解析用途では用いるべきでない。しかしながら、惑星探査のデー 夕は往々にして上下左右の反転や対象天体の色が分からなくなる事があるため、JPEG 画像は FITS 画像の正確な向きの検証やRGB チ

図 3. FITS と PDS のハイブリッド構造

ヤネル合成の検証に役立っている。

## 3. 3 メタデータ

科学分析を手助けする観測条件やフットプリントなどの情報は FITS のヘッダー部や別ファイルの PDS ラベルにメタデータとして含まれている。かぐや HDTV データで取り扱うメタデータは大きく 4 つの情報に分類することができる。

1. 地上からの指令情報

2.「かぐや」から送付される情報

3. 地上で計算する情報

4. 手動で入力する情報

これら複数の情報源を集約した上でデータべ一スを用いて管理を行っている。このデータベースから情報を取り出し、FITS のへッダ部と PDS ラベルに埋め込んでいる。このデータベースはオンラインの検索システムでも利用している。

## 3. 4 アンシラリデータ

惑星探查では、衛星の軌道や姿勢などのデ一タは別のプロダクトとして扱い、科学デー タを補助するためのアンシラリデータと呼ばれる。アンシラリデータは、より精度の良いデータへと更新されることがある。そのため現在データに埋め込まれている衛星の位置や観測領域の座標などは、将来更新される可能性がある。2019 年 1 月現在、HDTVデータに埋め込まれている情報は、現時点での最高精度の軌道と姿勢を用いて作られている。しかし米国の衛星 GRAILにより月の重力場の精度が大幅に更新されたため、再解析により精度の高い軌道の作成が可能である。その場合には再プロセスが必要となることもある。

## 4. 著作権とデータ公開

宇宙科学データには「誰でも自由に使用可能」という理念が根底にある。NASA の宇宙科学データは自由に使われ、JAXA の宇宙科学データも昨今のオープンデータの流れを受け、商用に対しても自由にデータを利用可能なサイエンスデータポリシーが公開された $[9]$ 。 しかし、かぐや HDTV のデータに関しては著作権の半分を NHK が有しており、サイエンスデータポリシー内で示される「宇宙科学研究所以外の第三者が用途を制限している場合」 に該当する。事実、FITS のヘッダーには著作権情報が含まれ、JPEG 画像には利用規約に対する参照情報が含まれている。テレビ局の映像と宇宙科学データのポリシーの隔たりを示しているが、それでも今日のようなデータ公開が可能となったのは、NHKの宇宙科学デ一夕に対する理解があったからに他ならない。

## 5. おわりに

かぐや HDTV の映像は人類が残すべき資産として価值の高いものである。他の科学デー 夕と遜色のない形で整備・公開が行えたのは、多くの方の尽力の賜物である。200 年後、私たちの子孫がこの HDTV 映像を楽しむことができれば幸いである。

## 参考文献

[1] Kato Manabu et al. The Kaguya Mission Overview, Space Science Reviews. 2010, 154, p.3-19.

[2] Yamazaki Junichi et al. High-Definition Television System Onboard Lunar Explorer Kaguya (SELENE) and Imaging of the Moon and the Earth. Space Science Reviews. 2010, 154, p.21-56.

[3] 本田理恵他. かぐや (SELENE) HDTV デ一タ公開システムの構築, 2012, 宇宙科学情報解析論文誌第一号, p.141-149.

[4] Data Archives and Transmission System. http://darts.isas.jaxa.jp/ (参照日 2019/1/24)

[5] NASA Planetary Data System.

https://pds.jpl.nasa.gov/ (参照日 2019/1/24).

[6] International Planetary Data Alliance.

https://planetarydata.org/ (参照日 2019/1/24)

[7] Planetary Science Archive. https://archives.esac.esa.int/psa/ (参照日 2019/1/24).

[8] 杉野博史. バチカン図書館における文献電子化と長期保存のためのシステムの構築.

http://doi.org/10.1241/johokanri.60.157 （参照日 2019/1/24）.

[9] 宇宙科学研究所のデータポリシー.

http://www.isas.jaxa.jp/researchers/data-poli cy/ (参照日 2019/1/24).

この記事の著作権は著者に属します。この記事は Creative Commons 4.0 に基づきライセンスされます(http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)。出典を表示することを主な条件とし、複製、改変はもちろん、営利目的での二次利用も許可されています。