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JP7614426B2 - Observation System - Google Patents
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JP7614426B2 - Observation System - Google Patents

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Description

本開示は、観測システム、観測衛星、地上設備およびプログラムに関する。 This disclosure relates to observation systems, observation satellites, ground equipment, and programs.

従来技術では、観測衛星に搭載される光学観測装置の検出器の画素ピッチに依存して画像の分解能が制約される。このため、赤道上空約36000kmの静止軌道上空から地球を観測する分解能を向上する際に、開口径と焦点距離とがロケットのフェアリングの寸法の制約を受ける。このため、従来技術では、高分解能化が難しいという課題があった(例えば特許文献1)。 In conventional technology, image resolution is limited by the pixel pitch of the detector of the optical observation device mounted on the observation satellite. Therefore, when improving the resolution of observing the Earth from a geostationary orbit about 36,000 km above the equator, the aperture diameter and focal length are restricted by the dimensions of the rocket fairing. For this reason, conventional technology has had the problem of making it difficult to achieve high resolution (for example, Patent Document 1).

特開2008-107941号公報JP 2008-107941 A

本開示は、検出器の画素ピッチに依存せずに画像を高解像度化する観測システムの提供を目的とする。 The purpose of this disclosure is to provide an observation system that increases the resolution of images without relying on the pixel pitch of the detector.

本開示に係る観測システムは、
静止軌道上空から地球を観測する際に、開口径と焦点距離とがロケットのフェアリングの寸法の制約を受けない光学観測装置であって高解像度化される画像を撮影する光学観測装置と、通信装置とを具備した観測衛星と、
前記光学観測装置の撮像した撮像データを受信して画像化する地上設備と
を備え、地球または宇宙の地物を撮像する観測システムにおいて、
前記観測衛星は、
前記光学観測装置の視線ベクトルを移動させて前記光学観測装置で同一撮像対象を複数回撮像して前記同一撮像対象の複数回の各回の撮像データを生成し、前記通信装置で各回の撮像データを地上に伝送し、
前記地上設備は、
前記同一撮像対象の各回の撮像データを受信する通信制御部と、
各回の撮像データを画像処理対象として、ベイズ推定を用いて画像処理する超解像処理を実施する画像制御部と、
を備え、
前記光学観測装置が2次元検出器を具備し、
前記2次元検出器は、
視線ベクトル移動方向の画素数mに相当する前記光学観測装置の視野角ηにおいて撮像をしてから視線ベクトルの移動により隣接する次の視野角ηの撮像をするまでに要する時間tの間に、画素数mの約数以外の2以上の素数であり、かつ、2と3と5以外の素数である素数kに対して(k―1)回の撮像をt/kの時間インターバルで撮像した各撮像データを取得し、
前記通信装置は、
前記2次元検出器で取得された各撮像データを、地上に伝送する。
The observation system according to the present disclosure includes:
An observation satellite equipped with an optical observation device that captures high-resolution images and has an aperture diameter and focal length that are not restricted by the dimensions of a rocket fairing when observing the Earth from above a geostationary orbit, and a communication device;
and a ground facility for receiving and imaging image data captured by the optical observation device, the ground facility being adapted to image an object on the earth or in space,
The observation satellite,
A line of sight vector of the optical observation device is moved to capture an image of the same object to be imaged a plurality of times by the optical observation device, thereby generating image data of each of the plurality of images of the same object to be imaged, and transmitting the image data of each image to the ground by the communication device;
The ground equipment includes:
A communication control unit that receives imaging data of the same imaging subject each time;
an image control unit that performs super-resolution processing for processing each captured image data using Bayesian estimation;
Equipped with
The optical observation device includes a two-dimensional detector,
The two-dimensional detector includes:
During a time t required from capturing an image at a viewing angle η of the optical observation device corresponding to the number of pixels m in the line of sight vector movement direction to capturing an image at the next adjacent viewing angle η by moving the line of sight vector, (k-1) images are captured at a time interval of t/k for a prime number k that is a prime number of 2 or more other than a divisor of the number of pixels m and is a prime number other than 2, 3, and 5, and each piece of imaging data is obtained;
The communication device includes:
Each imaging data acquired by the two-dimensional detector is transmitted to the ground.

本開示によれば、検出器の画素ピッチに依存せずに画像を高解像度化する観測システム提供できる。 This disclosure provides an observation system that can increase the resolution of images without relying on the pixel pitch of the detector.

実施の形態1の図で、観測システム1000の構成を示す図。FIG. 1 is a diagram of the first embodiment, showing the configuration of an observation system 1000. 実施の形態1の図で、プッシュブルーム撮像の場合のオーバーサンプリング処理を説明する図。FIG. 11 is a diagram of the first embodiment for explaining oversampling processing in the case of push-broom imaging. 実施の形態1の図で、プッシュブルーム撮像の場合のオーバーサンプリング処理を説明する図。FIG. 11 is a diagram of the first embodiment for explaining oversampling processing in the case of push-broom imaging. 実施の形態1の図で、ベイズ推定を説明する図。FIG. 1 is a diagram for explaining Bayesian estimation in the first embodiment. 実施の形態1の図で、ベイズ推定を説明する図。FIG. 1 is a diagram for explaining Bayesian estimation in the first embodiment. 実施の形態1の図で、視線ベクトル移動距離xとGSDとの関係を示す図。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the line-of-sight vector movement distance x and GSD in the first embodiment. 実施の形態1の図で、視線ベクトル移動距離xとGSDとの関係を示す別の図。FIG. 11 is another diagram showing the relationship between the line-of-sight vector movement distance x and GSD in the first embodiment. 実施の形態1の図で、静止軌道を飛翔する観測衛星100が、地表501の撮像対象400を観測する状況を示す図。FIG. 1 is a diagram of the first embodiment, showing a situation in which an observation satellite 100 flying in a geostationary orbit observes an imaging target 400 on the Earth's surface 501. 実施の形態1の図で、静止軌道からの地表501の撮像対象400の観測において、φ<θ/N degの状態での観測を示す図。FIG. 11 is a diagram of the first embodiment, showing observation of an image capture target 400 on the Earth's surface 501 from a geostationary orbit in a state where φ<θ/N deg. 実施の形態1の図で、比較例を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a comparative example in the first embodiment. 実施の形態1の図で、比較例を示す別の図。FIG. 11 is another diagram showing a comparative example in the first embodiment. 実施の形態1の図で、図10の観測領域を想定する際の観測方式を示す図。FIG. 11 is a diagram of the first embodiment, showing an observation method when assuming the observation area of FIG. 10 . 実施の形態1の図で、観測衛星100のハードウェア構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing the hardware configuration of an observation satellite 100 according to the first embodiment.

実施の形態の説明および図面において、同じ要素および対応する要素には同じ符号を付している。同じ符号が付された要素の説明は、適宜に省略又は簡略化する。以下の実施の形態では、「部」を、「回路」、「工程」、「手順」、「処理」又は「サーキットリー」に適宜読み替えてもよい。 In the description of the embodiments and drawings, the same elements and corresponding elements are given the same reference numerals. Descriptions of elements given the same reference numerals are omitted or simplified as appropriate. In the following embodiments, "part" may be read as "circuit," "process," "procedure," "process," or "circuitry" as appropriate.

実施の形態1.
図1から図12を参照して、実施の形態1の観測システム1000を説明する。
図1は、観測システム1000の構成を示す。観測システム1000は、観測衛星100と地上設備200とを備えている。観測システム1000は、地球500または宇宙の地物を撮像するシステムである。観測衛星100は、光学観測装置110、視野変更装置120および通信装置130を備えている。光学観測装置110は、光学系111および検出器112を備えている。
Embodiment 1.
An observation system 1000 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
1 shows the configuration of an observation system 1000. The observation system 1000 includes an observation satellite 100 and a ground facility 200. The observation system 1000 is a system that captures images of the Earth 500 or features in space. The observation satellite 100 includes an optical observation device 110, a field of view changing device 120, and a communication device 130. The optical observation device 110 includes an optical system 111 and a detector 112.

<観測システム1000>
地上設備200は、光学観測装置110の撮像した撮像データを受信して画像化する。観測衛星100は、光学観測装置110の視線ベクトルを移動させて、光学観測装置110で同一撮像対象を複数回撮像して、同一撮像対象の複数回の各回の撮像データを生成し、生成した各回の撮像データを、通信装置130で地上に伝送する。地上設備200は、同一撮像対象の各回の撮像データを受信する通信制御部211と、各回の撮像データを画像処理対象として、ベイズ推定を用いて画像処理する超解像処理を実施する画像制御部212とを備えている。
<Observation System 1000>
The ground facility 200 receives the imaging data captured by the optical observation device 110 and converts it into an image. The observation satellite 100 moves the line of sight vector of the optical observation device 110 to capture images of the same imaging target multiple times with the optical observation device 110, generates imaging data for each of the multiple times of the same imaging target, and transmits the generated imaging data for each time to the ground via the communication device 130. The ground facility 200 includes a communication control unit 211 that receives the imaging data for each time of the same imaging target, and an image control unit 212 that performs super-resolution processing to process the imaging data for each time using Bayesian estimation as the image processing target.

***構成の説明***
図1を参照して、地上設備200のハードウェア構成を説明する。地上設備200は、コンピュータである。地上設備200は、プロセッサ210を備えるとともに、主記憶装置220、補助記憶装置230、入力IF240、出力IF250、および通信IF260といった他のハードウェアを備える。IFはインタフェースを示す。プロセッサ210は、信号線270を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。地上設備200は、機能要素として、通信制御部211および画像制御部212を備える。通信制御部211は、観測衛星100から送信される撮像データの受信処理を実行する。画像制御部212は、撮像データを用いた画像処理を実行する。通信制御部211および画像制御部212の機能は、プロセッサ210とプログラム201との協働により実現される。ソフトウェアは補助記憶装置230に格納されている。通信IF260には、地上側通信装置310が接続されている。通信制御部211は、地上側通信装置310および地上側アンテナ320を介して観測衛星100の通信装置130と通信する。
***Configuration Description***
The hardware configuration of the ground equipment 200 will be described with reference to FIG. 1. The ground equipment 200 is a computer. The ground equipment 200 includes a processor 210 and other hardware such as a main memory device 220, an auxiliary memory device 230, an input IF 240, an output IF 250, and a communication IF 260. IF indicates an interface. The processor 210 is connected to other hardware via a signal line 270 and controls the other hardware. The ground equipment 200 includes a communication control unit 211 and an image control unit 212 as functional elements. The communication control unit 211 executes a reception process of the imaging data transmitted from the observation satellite 100. The image control unit 212 executes image processing using the imaging data. The functions of the communication control unit 211 and the image control unit 212 are realized by the cooperation of the processor 210 and a program 201. The software is stored in the auxiliary memory device 230. The ground side communication device 310 is connected to the communication IF 260. The communication control unit 211 communicates with the communication device 130 of the observation satellite 100 via a ground-side communication device 310 and a ground-side antenna 320 .

プログラム201は、通信制御部211および画像制御部212の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えた各処理、各手順あるいは各工程をコンピュータに実行させるプログラムである。また、観測方法は、コンピュータであ地上設備200がプログラム201を実行することにより行われる方法である。プログラム201は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納されて提供されてもよいし、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。 Program 201 is a program that causes a computer to execute each process, procedure, or step of communication control unit 211 and image control unit 212, with the "part" replaced with "process," "procedure," or "step." The observation method is a method that is performed by ground equipment 200, which is a computer, executing program 201. Program 201 may be provided by being stored in a computer-readable recording medium, or may be provided as a program product.

次に、観測衛星100による観測について説明する。観測衛星100に搭載した光学観測装置110の分解能の指標として、Ground Sampling Distance(以下、GSDと表記)が一般に知られている。地球観測の例では、光学系111を介して検出器112に投影される地表画像において検出器112の画素ピッチに相当する地表距離が、GSDに相当する。検出器112の画素ピッチに相当する視野角は、瞬時視野角θと呼ばれる。このため、2次元に配置された後述の2次元検出素子114Eを具備した光学観測装置110の場合、1回の撮像で得られる画像のGSDは、2次元検出素子114Eの画素ピッチに依存する。 Next, observation by the observation satellite 100 will be described. Ground Sampling Distance (hereinafter, GSD) is a commonly known index of the resolution of the optical observation device 110 mounted on the observation satellite 100. In the example of Earth observation, the ground distance corresponding to the pixel pitch of the detector 112 in the ground image projected onto the detector 112 via the optical system 111 corresponds to the GSD. The viewing angle corresponding to the pixel pitch of the detector 112 is called the instantaneous viewing angle θ. For this reason, in the case of an optical observation device 110 equipped with a two-dimensional detection element 114E (described later) arranged two-dimensionally, the GSD of the image obtained in one imaging operation depends on the pixel pitch of the two-dimensional detection element 114E.

<オーバーサンプリング処理>
これに対して、オーバーサンプリング処理と呼ばれる処理が知られている。オーバーサンプリング処理によれば、例えば画素ピッチの1/2ずつ、縦にも横にもずらして撮像した2枚の画像を合成することにより、検出器112の画素ピッチに依存するGSDよりも空間分解能の高い画像が得られることが知られている。
<Oversampling processing>
In response to this, a process called oversampling is known, which is known to produce an image with a higher spatial resolution than GSD, which depends on the pixel pitch of the detector 112, by synthesizing two images captured by shifting the image vertically and horizontally by, for example, 1/2 the pixel pitch.

<プッシュブルーム撮像>
図2および図3は、プッシュブルーム撮像の場合のオーバーサンプリング処理を説明する図である。以下に1次元検出器113による、プッシュブルーム撮像におけるオーバーサンプリング処理の実施例を説明する。図2には1次元検出器113として、1次元検出器113A,113Bを示している。1次元検出器113の例はCCD検出器である。1次元検出器113は、列状に配置された複数の1次元検出素子113Eを有する。プッシュブルーム撮像とは、1次元検出素子113Eを具備する光学観測装置110が、1次元検出素子113Eの検出素子列と直交する方向115に視線ベクトルを移動しながら、所望の視線ベクトルの移動量に応じて1次元検出素子113Eを動作させることにより、2次元画像を生成する撮像方法である。図2のように、1次元検出器113Aを基準として、1次元検出器113Bを、検出素子列方向(CT方向)に0.5画素、画素配列と直交方向(AT方向)にn+0.5画素(nは整数)に配置する。
図3は、1次元検出器113Aと1次元検出器113Bとからの画像化を示す。検出素子列と直交する方向115に1画素分移動するごとに撮像を繰返すと、1次元検出器113Aによる2次元画像(黒丸141A)と、1次元検出器113Bによる2次元画像(二重丸141B)とが画像化される。白丸141Cは撮像されない点を示している。1次元検出器113Aと1次元検出器113Bとの画素中心間距離は、それぞれの画素ピッチの1/√2倍(1/21/2)となっている。
<Pushbroom imaging>
2 and 3 are diagrams for explaining the oversampling process in the case of push broom imaging. An embodiment of the oversampling process in push broom imaging by the one-dimensional detector 113 will be described below. FIG. 2 shows one-dimensional detectors 113A and 113B as the one-dimensional detector 113. An example of the one-dimensional detector 113 is a CCD detector. The one-dimensional detector 113 has a plurality of one-dimensional detection elements 113E arranged in a row. Push broom imaging is an imaging method in which an optical observation device 110 equipped with the one-dimensional detection element 113E operates the one-dimensional detection element 113E according to the desired amount of movement of the line of sight vector while moving the line of sight vector in a direction 115 perpendicular to the detection element row of the one-dimensional detection element 113E, thereby generating a two-dimensional image. As shown in FIG. 2, the one-dimensional detector 113B is arranged at 0.5 pixels in the detection element row direction (CT direction) and at n+0.5 pixels (n is an integer) in the direction perpendicular to the pixel array (AT direction) based on the one-dimensional detector 113A.
3 shows imaging from one-dimensional detector 113A and one-dimensional detector 113B. When imaging is repeated for each pixel movement in direction 115 perpendicular to the detector element row, a two-dimensional image (black circle 141A) by one-dimensional detector 113A and a two-dimensional image (double circle 141B) by one-dimensional detector 113B are imaged. White circles 141C indicate points that are not imaged. The distance between pixel centers of one-dimensional detector 113A and one-dimensional detector 113B is 1/√2 times (1/2 1/2 ) the pixel pitch of each detector.

オーバーサンプリング処理では、撮像されない白丸141Cで示した格子の情報を、地上において周辺のデータから内挿処理によって導出する。例えば、隣接する黒丸141Aによって構成される格子と、二重丸141Bによって構成される格子との合計4格子の情報を加算して4で割ることにより、白丸141Cの情報を生成して、あたかも画素ピッチが0.5となる画像を生成する。 In oversampling processing, information on the grid indicated by the white circle 141C that is not captured is derived by interpolation processing from surrounding data on the ground. For example, the information on a total of four grids, the grid formed by the adjacent black circle 141A and the grid formed by the double circle 141B, is added and divided by four to generate information on the white circle 141C, generating an image as if the pixel pitch were 0.5.

図3では黒丸141Aで構成される画像と、二重丸141Bで構成される画像との2枚の画像の画素中心同士が、縦と横に画素ピッチの1/2ずつずれた結果として、斜め45度に画素中心間距離が1/(√2)に配列され、GSDが1/(√2)倍相当に高解像度化された効果であると理解される。但し、瞬時視野角θが1/(√2)倍されるわけではない。隣接画素の情報が混入するため、画素ピッチが1/(√2)の光学観測装置の取得画像には及ばない。 In Figure 3, the pixel centers of two images, an image composed of black circles 141A and an image composed of double circles 141B, are shifted vertically and horizontally by 1/2 the pixel pitch, resulting in an arrangement at a 45-degree angle with a distance between pixel centers of 1/(√2), which can be understood as having the effect of increasing the resolution of the GSD by 1/(√2) times. However, this does not mean that the instantaneous field of view angle θ is multiplied by 1/(√2). Because information from adjacent pixels is mixed in, the image does not match that obtained by an optical observation device with a pixel pitch of 1/(√2).

以下に説明する実施の形態1の高解像度化の原理は、画素ピッチのずれ量が1/2に限定されず、また画像が2枚との限定もない。また実施の形態1の高解像度化の原理は、縦と横が異なる条件である必要もない。 The principle of high resolution in the first embodiment described below is not limited to a pixel pitch shift of 1/2, nor is it limited to two images. Furthermore, the principle of high resolution in the first embodiment does not require different conditions for the vertical and horizontal directions.

<ベイズ推定>
同一撮像対象を撮像した複数画像をベイズ推定することにより、高解像度化の効果があることが知られており、これを「超解像処理」と呼ぶ。この超解像処理により、観測衛星100において、視線ベクトルが瞬時視野角θdegよりも小さいθ/N deg(Nは2以上100以下の自然数)移動した状態の画像を複数枚利用する高解像度化が可能となる。
<Bayesian Estimation>
It is known that Bayesian estimation of multiple images of the same target can have the effect of increasing the resolution, and this is called "super-resolution processing." This super-resolution processing enables high-resolution imaging by using multiple images taken when the line-of-sight vector of the observation satellite 100 has moved θ/N deg (N is a natural number between 2 and 100) which is smaller than the instantaneous field-of-view angle θ deg.

<ベイズ推定の手順>
以下にベイズ推定の手順を示す。以下に説明するベイズ推定の一連の手順は、画像制御部212が行う。
図4、図5は、ベイズ推定を説明する図である。図4には、実線で示す画像1と、一点鎖線で示す画像2との、2枚の画像を示している。画像制御部212は1枚の画像を選択し、各ピクセル(観測画像の画素をピクセルと呼ぶ)の値を基にして、所望の表面モデルの格子点(以降、ミクセルと呼ぶ)の値を内挿する。図4の破線が、表面モデルを示し、白丸がミクセルを示している。画像制御部212は、最初の画像と他の画像とのレジストレーションをサブピクセルの精度でとり、各ミクセルと各ピクセルの距離が求められるようにする。画像制御部212は、次式によりミクセルiの画素値miを求め、初期合成画像とする。

Figure 0007614426000001
<Procedure for Bayesian estimation>
The procedure of Bayesian estimation is shown below. The series of procedures of Bayesian estimation described below are performed by the image control unit 212.
4 and 5 are diagrams for explaining Bayesian estimation. In FIG. 4, two images are shown: image 1 shown by a solid line and image 2 shown by a dashed line. The image control unit 212 selects one image and interpolates the values of the grid points (hereinafter, called mixels) of the desired surface model based on the values of each pixel (a pixel of an observed image is called a pixel). The dashed lines in FIG. 4 indicate the surface model, and the white circles indicate mixels. The image control unit 212 performs registration between the first image and the other images with sub-pixel accuracy, so that the distance between each mixel and each pixel can be obtained. The image control unit 212 obtains the pixel value mi of mixel i by the following formula, and sets it as the initial composite image.
Figure 0007614426000001

(a)尤度
画像制御部212は、各ミクセルの画素値と、観測条件(PSF、レジストレーション情報)とが与えられたときの、各ピクセルの画素値の確率を与える尤度関数を求める。次に、各画素の観測誤差が隣接値と独立であると見なし、画像全体の尤度として次式が得られる。

Figure 0007614426000002
(a) Likelihood The image control unit 212 calculates a likelihood function that gives the probability of the pixel value of each pixel when the pixel value of each mixel and the observation conditions (PSF, registration information) are given. Next, assuming that the observation error of each pixel is independent of the adjacent values, the following equation is obtained as the likelihood of the entire image.
Figure 0007614426000002

(b)先見確率
各ミクセルの値がいかに関連するかを先見確率とする。ミクセル値の連続性を考慮し、次式を得る。図5では次式によるミクセル値生成を概念的に示している。

Figure 0007614426000003
Figure 0007614426000004
尤度と先見確率との積が最大となる条件は次式で与えられる。
Figure 0007614426000005
(b) Look-ahead Probability The degree to which the values of each mixel are related is called the look-ahead probability. Taking into account the continuity of the mixel values, the following formula is obtained. Figure 5 conceptually shows the generation of mixel values using the following formula.
Figure 0007614426000003
Figure 0007614426000004
The condition for maximizing the product of the likelihood and the prior probability is given by the following equation.
Figure 0007614426000005

ミクセル間隔が大きい場合は、上記の△miの右辺にける、分子の第1項が支配的になり最尤法の解と同様になる。分子の第2、3項は連続性に関わる項であり、雑音抑制として働く。 When the mixel spacing is large, the first term in the numerator on the right hand side of the above △mi becomes dominant, resulting in a solution similar to that of the maximum likelihood method. The second and third terms in the numerator are terms related to continuity and act as noise suppressors.

以上がベイズ推定の手順である。 This is the procedure for Bayesian estimation.

<超解像処理>
以上のように、光学観測装置110で取得した、同一撮像対象物の複数回の撮像結果の複数画像を、ベイズ推定処理により高解像度処理して高分解能化を実現する手順を、超解像処理と呼ぶ。超解像処理を実施することにより、光学観測装置110の1回の撮像で得られる画像のGSDよりも空間周波数の高い情報を抽出できるという効果がある。但し、光学観測装置110では光学系111の回折限界による高解像度化の限界があることは言うまでもない。
<Super-resolution processing>
As described above, the procedure of achieving high resolution by processing multiple images of the same object captured multiple times by the optical observation device 110 in high resolution using Bayesian estimation processing is called super-resolution processing. By performing super-resolution processing, it is possible to extract information with a higher spatial frequency than the GSD of an image obtained by one capture by the optical observation device 110. However, it goes without saying that there is a limit to how much resolution can be achieved in the optical observation device 110 due to the diffraction limit of the optical system 111.

<低軌道の周回>
上記で述べた、観測衛星100が実行するオーバーサンプリング処理と、地上設備200が実行する超解像処理との説明では、簡単化のために、後述する図6のように、視線ベクトルが「平面と見做した地表面501」の法線ベクトルと平行になる状態のGSDを使った。低軌道を周回する観測衛星100は対地速度が大きいため、衛星の進行方向にプッシュブルーム撮像をすれば、視線ベクトルの角度が一定であっても、地表面に対して視線ベクトルが衛星の進行方向に移動する。よって、オーバーサンプリング処理および超解像処理が可能となる。
<Low Earth Orbit>
In the above explanation of the oversampling process performed by the observation satellite 100 and the super-resolution process performed by the ground facility 200, for simplicity, a GSD was used in which the line-of-sight vector is parallel to the normal vector of the "earth's surface 501 considered to be a plane," as shown in FIG. 6, which will be described later. Since the observation satellite 100 orbiting in a low orbit has a high ground speed, if push broom imaging is performed in the direction of the satellite's movement, the line-of-sight vector moves in the direction of the satellite's movement with respect to the earth's surface, even if the angle of the line-of-sight vector is constant. This makes it possible to perform oversampling and super-resolution processes.

<静止軌道から観測>
一方、後述する図8に示すように、静止軌道(高度概略36000km)近傍を飛翔する観測衛星100から地球500を観測する場合は、静止軌道衛星が地球500の自転と同期して飛翔する。このため、静止軌道を飛翔する衛星は対地速度がほぼゼロなので、観測衛星100本体の姿勢角または光学観測装置110の具備する視野変更装置120により、視線ベクトルを移動することになる。この場合はGSDではなく瞬時視野角θを基準にするのが合理的である。例えば、静止軌道から日本を観測する場合には、地球の球状効果と、赤道上空から中緯度帯を観測する際の視線ベクトルの斜視効果と、光学装置から観測対象となる地表面までの距離が一律でないこと、により、1画素当たりのGSDは直下視のGSDとは異なる。
そこで、後述する図9に示すように、光学観測装置110の具備する検出素子の瞬時視野角θdegを基準として、観測衛星100は、視線ベクトルの移動角度φが瞬時視野角θdegよりも小さい、
θ/N deg(Nは2以上100以下の自然数)
の状態で撮像した複数の撮像データを取得して地上に伝送する。そして、地上設備200が、撮像データを受信して、画像制御部212が複数の撮像データを画像化した後に、ベイズ推定により超解像処理を実施する。
<Observation from geostationary orbit>
On the other hand, as shown in FIG. 8, when observing the Earth 500 from an observation satellite 100 flying near a geostationary orbit (altitude approximately 36,000 km), the geostationary orbit satellite flies in synchronization with the rotation of the Earth 500. Therefore, since the ground speed of a satellite flying in a geostationary orbit is almost zero, the line of sight vector is moved by the attitude angle of the observation satellite 100 main body or the field of view changing device 120 equipped in the optical observation device 110. In this case, it is reasonable to use the instantaneous field of view angle θ as a reference rather than the GSD. For example, when observing Japan from a geostationary orbit, the GSD per pixel is different from the GSD for nadir viewing due to the spherical effect of the Earth, the oblique effect of the line of sight vector when observing the mid-latitudes from above the equator, and the fact that the distance from the optical device to the earth's surface to be observed is not uniform.
Therefore, as shown in FIG. 9 described later, the instantaneous viewing angle θdeg of the detection element of the optical observation device 110 is used as a reference, and the observation satellite 100 determines whether the movement angle φ of the line of sight vector is smaller than the instantaneous viewing angle θdeg.
θ/N deg (N is a natural number between 2 and 100)
The ground equipment 200 receives the imaging data, and the image control unit 212 converts the imaging data into an image, and then performs super-resolution processing using Bayesian estimation.

上記のθ/Nの式においてNが2であり、緯度方向にも経度方向にもそれぞれθ/N deg移動して撮像する場合が、上記オーバーサンプリング撮像の原理を説明した図3の例に相当する。緯度方向のみθ/N deg移動して撮像する場合は、緯度方向のみの高解像度化が期待できる。なお視線ベクトルの移動方向は任意である。また光学系111の解析限界まで余裕のある状態であれば、Nが大きいほど効果が期待できる。 In the above formula for θ/N, when N is 2 and imaging is performed by moving θ/N degrees in both the latitudinal and longitudinal directions, this corresponds to the example in Figure 3, which explains the principle of oversampling imaging. When imaging is performed by moving θ/N degrees only in the latitudinal direction, high resolution can be expected only in the latitudinal direction. Note that the direction of movement of the line of sight vector is arbitrary. Also, as long as there is a margin up to the analytical limit of the optical system 111, the larger N is, the greater the effect can be expected.

(視線ベクトルの移動距離<GSD/N)
地上設備200は、撮像データとして、光学観測装置110が具備する検出器112の1つの検出素子112Eあたりの対地距離を示すGround Sampling Distanceの値GSDに対して、視線ベクトルの移動距離xがGSDよりも小さいGSD/N deg(Nは2以上の自然数)の状態で撮像された撮像データを受信する。
つまり、Nを2以上の整数として、
x<GSD/N
である。
図6および図7を参照して視線ベクトル移動距離xとGSDとの関係を具体的に説明する。図6は、GSDを示す。図6、図7では、観測衛星100が右方向へ時刻t1からtnにかけて飛翔する。図7は、視線ベクトルの移動距離xとGSDとの関係を示す。図7に示すように、GSDの範囲に、複数個の「視線ベクトル移動距離x」が含まれる。これにより、同一撮像対象の複数の撮像データが取得できるので、同一撮像対象の複数の画像を用いる地上設備200による超解像処理が可能になる。
(Gaze vector movement distance < GSD/N)
The ground facility 200 receives, as imaging data, imaging data captured in a state where the moving distance x of the line of sight vector is GSD/N deg (N is a natural number equal to or greater than 2) smaller than the Ground Sampling Distance value GSD, which indicates the ground distance per detection element 112E of the detector 112 provided in the optical observation device 110.
That is, N is an integer equal to or greater than 2,
x < GSD/N
It is.
The relationship between the line-of-sight vector movement distance x and the GSD will be specifically described with reference to Figures 6 and 7. Figure 6 shows the GSD. In Figures 6 and 7, the observation satellite 100 flies to the right from time t1 to tn. Figure 7 shows the relationship between the line-of-sight vector movement distance x and the GSD. As shown in Figure 7, the range of the GSD includes a plurality of "line-of-sight vector movement distances x". This allows multiple imaging data of the same imaging target to be acquired, enabling super-resolution processing by the ground equipment 200 using multiple images of the same imaging target.

(φ<θ/N)
地上設備200は、撮像データとして、光学観測装置110が具備する検出器112の持つ検出素子112Eの瞬時視野角θdegに対して、検出素子112Eの視線ベクトルの移動角度φが、瞬時視野角θdegよりも小さいθ/N deg(Nは2以上の自然数)の状態で撮像された撮像データを、観測衛星100から受信する。
以下具体的に説明する。
図8は、静止軌道を飛翔する観測衛星100が、地表501の撮像対象400を観測する状況を示している。
図9は、静止軌道からの地表501の撮像対象400の観測において、
φ<θ/N deg(Nは2以上の自然数)
の状態での観測を示す図である。
図8、図9は上記の<静止軌道から観測>で述べた内容である。図9に示す2本の点線の作る角度がφである。よって、観測衛星100が静止軌道を飛翔する場合であっても、瞬時視野角θの範囲内において同一の撮像対象400の複数の撮像データを得ることができる。これにより、同一撮像対象の複数の撮像データが取得できるので、同一撮像対象の複数の画像を用いる地上設備200による超解像処理が可能になる。
(φ<θ/N)
The ground equipment 200 receives from the observation satellite 100 imaging data captured in a state where the movement angle φ of the line of sight vector of detection element 112E of the detector 112 equipped in the optical observation device 110 is θ/N deg (N is a natural number greater than or equal to 2) smaller than the instantaneous field of view angle θdeg of detection element 112E.
The details are explained below.
FIG. 8 shows a situation in which an observation satellite 100 flying in a geostationary orbit observes an image target 400 on the Earth's surface 501 .
FIG. 9 shows the observation of an image target 400 on the earth's surface 501 from a geostationary orbit.
φ<θ/N deg (N is a natural number equal to or greater than 2)
FIG. 13 is a diagram showing observation in the state of
8 and 9 are the contents described in the above section "Observation from Geostationary Orbit". The angle made by the two dotted lines in Fig. 9 is φ. Therefore, even when the observation satellite 100 flies in a geostationary orbit, multiple pieces of imaging data of the same imaging target 400 can be obtained within the range of the instantaneous field of view angle θ. This allows multiple pieces of imaging data of the same imaging target to be obtained, making it possible for the ground equipment 200 to perform super-resolution processing using multiple images of the same imaging target.

(1次元プッシュブルーム)
光学観測装置110が、プッシュブルーム撮像で撮像データを生成する1次元検出器113を具備してもよい。この場合は、図2および図3で述べたように、プッシュブルーム撮像でオーバーサンプリング処理を用いることで、同一撮像対象の複数の撮像データが取得できるので、同一撮像対象の複数の画像を用いる地上設備200による超解像処理が可能になる。
(One-dimensional push broom)
The optical observation device 110 may include a one-dimensional detector 113 that generates imaging data by push-broom imaging. In this case, as described in Fig. 2 and Fig. 3, by using oversampling processing in push-broom imaging, multiple imaging data of the same imaging target can be obtained, so that super-resolution processing by the ground facility 200 using multiple images of the same imaging target becomes possible.

(視線ベクトルを一定の角速度で回転)
光学観測装置110が、視線ベクトルを一定の角速度で回転し、かつ、視線ベクトルを移動しながら撮像して撮像データを生成する方式を採用してもよい。
以下に具体的に説明する。
図10および図11は、実施の形態1の観測システム1000の比較例である。以下では、観測システム1000が図10および図11の比較例の有する課題を解決できることを説明する。図10および図11は、静止軌道近傍を飛翔する観測衛星の搭載する光学観測装置によって、ステップアンドステアと呼ばれる動作を繰り返して広域撮像をする方式を示している。図10の観測領域全体411は、太枠のマスの集合である。観測領域全体411のうち、東端の一列を最東端観測領域412と称する。観測領域全体411のうち、最東端観測領域412の西側に隣接する一列を西側隣接領域413と称する。観測領域全体411のうち、西端の一列を最西端観測領域414と称する。
(Rotating the line of sight vector at a constant angular velocity)
The optical observation device 110 may employ a method in which the line-of-sight vector is rotated at a constant angular velocity, and imaging data is generated by capturing images while moving the line-of-sight vector.
The specific details are explained below.
10 and 11 are comparative examples of the observation system 1000 of the first embodiment. In the following, it will be described that the observation system 1000 can solve the problems of the comparative examples of FIG. 10 and FIG. 11. FIG. 10 and FIG. 11 show a method of performing wide-area imaging by repeating an operation called step-and-stair by an optical observation device mounted on an observation satellite flying near a geostationary orbit. The entire observation area 411 in FIG. 10 is a collection of squares with thick frames. Of the entire observation area 411, the easternmost row is called the easternmost observation area 412. Of the entire observation area 411, the row adjacent to the west side of the easternmost observation area 412 is called the western adjacent area 413. Of the entire observation area 411, the westernmost row is called the westernmost observation area 414.

図11では、最東端観測領域412と西側隣接領域413を示す。ステップアンドステアでは観測衛星は、光学観測装置の視野範囲が最東端観測領域412の最北端から最南端に移動するまで、光学観測装置の視線ベクトルの変更を繰り返す。つまり、静止軌道近傍を飛翔する観測衛星は、光学観測装置の視線ベクトルを緯度方向(南方向)に移動する。その後、観測衛星は、光学観測装置の視野範囲を最東端観測領域412の最南端から西側に隣接する西側隣接領域413の最南端に移動する。その後、観測衛星は、光学観測装置の視野範囲が西側隣接領域413の最南端から最北端に移動するまで、光学観測装置の視線ベクトルの変更を繰り返す。以上がステップアンドステアである。 Figure 11 shows the easternmost observation area 412 and the western adjacent area 413. In step-and-stair, the observation satellite repeatedly changes the line-of-sight vector of the optical observation device until the field of view of the optical observation device moves from the northernmost end of the easternmost observation area 412 to the southernmost end. In other words, the observation satellite flying near the geostationary orbit moves the line-of-sight vector of the optical observation device in the latitudinal direction (southward). The observation satellite then moves the field of view of the optical observation device from the southernmost end of the easternmost observation area 412 to the southernmost end of the western adjacent area 413 adjacent to the west. The observation satellite then repeatedly changes the line-of-sight vector of the optical observation device until the field of view of the optical observation device moves from the southernmost end of the easternmost observation area 412 to the northernmost end of the western adjacent area 413. This is step-and-stair.

ステップアンドステアの繰り返しによる広域撮像では、例えば静止軌道から36000km以上遠方の観測対象に対して、視線ベクトルの移動と静定とを繰返す動作は煩雑なうえに、指向精度と指向安定度との達成が難しいという課題があった。また、視線ベクトルを移動しながら撮像をした場合には、1回撮像した画像データでは、露光時間中に移動した隣接画素の情報が混入するために画像がぼけるという課題があった。
これに対して、光学観測装置110が、視線ベクトルを一定の角速度で回転し、かつ、視線ベクトルを移動しながら撮像して撮像データを生成する方式によれば、煩雑なステップアンドステア運用をせずに解像度の優れた画像を取得できるという効果がある。
In wide-area imaging by repeating step-and-steer, for example, for an observation target more than 36,000 km away from a geostationary orbit, the repeated movement and settling of the line-of-sight vector is cumbersome, and it is difficult to achieve pointing accuracy and pointing stability. In addition, when imaging while moving the line-of-sight vector, there is a problem that the image data captured once is blurred because information from adjacent pixels that have moved during the exposure time is mixed in.
In contrast, if the optical observation device 110 rotates the line-of-sight vector at a constant angular velocity and captures images while moving the line-of-sight vector to generate imaging data, it has the advantage of being able to obtain images with excellent resolution without the need for complicated step-and-stair operations.

((k―1)回の撮像をt/kの時間インターバルで実施)
観測システム1000は以下の方式を採用することもできる。
光学観測装置110が2次元検出器114を具備する。2次元検出器114は、視線ベクトル移動方向の画素数mに相当する光学観測装置110の視野角ηにおいて撮像をしてから視線ベクトルの移動により隣接する次の視野角ηの撮像をするまでに要する時間tの間に、画素数mの約数以外の2以上の整数kに対して(k―1)回の撮像をt/kの時間インターバルで撮像した各撮像データを取得する。通信装置130は、2次元検出器114で取得された各撮像データを、地上に伝送する。
オーバーサンプリング処理および超解像処理は、同一画素に限定して実施する必要はなく、同一監視対象を瞬時視野範囲に含む画素同士であれば地上設備200の画像制御部212で、対応する画素を抽出して超解像処理ができる。このため、2次元検出器114では視野範囲の中で同一観測対象含む画素を選んで処理をすれば、特定画素の瞬時視野範囲内に限定せず、視野範囲の中で適度に分散した複数画像を取得すれば、オーバーサンプリ
ング処理ないし超解像処理が可能である。
一定速度の視線ベクトルの移動速度を保ちながら、隣接する視野角ηと次の視野角ηの間に複数回の撮像をする動作を連続的に繰り返すことにより、広域におよびオーバーサンプリング処理ないし超解像処理を実施可能な複数画像を得ることが可能となる。この際、整数kについて、2回や3回など、2次元検出器114の画素数の約数を設定すると、たまたま画素中心位置が一致してしまう可能性があるため、画像制御部212は、あえて画素数mの約数以外の整数kを選ぶ。
画素数mの約数以外のkに対して(k―1)回の撮像をt/kの時間インターバルで実施すれば、観測対象の特定地点を撮像した画素がk画素取得でき、しかも上記k画素の中心位置は一致せず、適度に分散されるので、ベイズ推定による超解像処理に適した画像データセットを取得できるという効果がある。kとしては2と3と5以外の素数として7、11、13、17などを選ぶことが望ましい。
従来、観測衛星では視野角ηにおいて一度視線ベクトルを静定して撮像した後に視線ベクトルを移動して隣接する視野角ηで再び視線ベクトルを静定して撮像するというステップアンドステア運用が必要であったが、本方式によれば、視線ベクトルの移動を一定速度で行いながら、しかも時間的に余裕のある撮像インターバルを確保して超解像処理に適した画像セットを取得できるという効果がある。
((k-1) images are taken at time intervals of t/k)
The observation system 1000 can also employ the following method.
The optical observation device 110 includes a two-dimensional detector 114. The two-dimensional detector 114 acquires each piece of imaging data obtained by capturing (k-1) images at a time interval of t/k for an integer k of 2 or more other than a divisor of the number of pixels m during a time t required from capturing an image at a viewing angle η of the optical observation device 110 corresponding to the number of pixels m in the line-of-sight vector movement direction to capturing an image at the next adjacent viewing angle η due to movement of the line-of-sight vector. The communication device 130 transmits each piece of imaging data acquired by the two-dimensional detector 114 to the ground.
Oversampling and super-resolution processing do not need to be limited to the same pixel, and as long as the pixels include the same monitoring target in the instantaneous field of view, the image control unit 212 of the ground facility 200 can extract corresponding pixels and perform super-resolution processing. Therefore, if the two-dimensional detector 114 selects and processes pixels including the same observation target within the field of view, and if multiple images that are appropriately distributed within the field of view are acquired without being limited to the instantaneous field of view of a specific pixel, oversampling or super-resolution processing is possible.
By continuously repeating the operation of capturing images multiple times between adjacent view angles η and the next view angle η while maintaining a constant moving speed of the line of sight vector, it becomes possible to obtain multiple images on which oversampling processing or super-resolution processing can be performed over a wide area. In this case, if the integer k is set to a divisor of the number of pixels of the two-dimensional detector 114, such as 2 or 3, there is a possibility that the pixel center positions will coincide by chance, so the image control unit 212 deliberately selects an integer k other than a divisor of the number of pixels m.
If (k-1) images are taken at a time interval of t/k for k other than a divisor of the number of pixels m, k pixels capturing an image of a specific point of the observation target can be obtained, and since the center positions of the k pixels do not coincide but are appropriately distributed, an image data set suitable for super-resolution processing using Bayesian estimation can be obtained. It is desirable to select k as a prime number other than 2, 3, or 5, such as 7, 11, 13, or 17.
Conventionally, observation satellites have had to perform a step-and-steer operation in which the line-of-sight vector is once fixed at a field of view η, an image is captured, and then the line-of-sight vector is moved and the line-of-sight vector is again fixed at an adjacent field of view η to capture an image. However, with this method, the line-of-sight vector can be moved at a constant speed while ensuring a sufficient imaging interval, making it possible to obtain an image set suitable for super-resolution processing.

(視線ベクトル移動方向がarctan(1/m)rad以上離角)
また、観測システム1000は以下の方式を採用することもできる。2次元検出素子114Eの視線ベクトル移動方向の画素数mに対して厳密な視線ベクトル移動方向が、視線移動方向に近い方の検出素子列方向に対してarctan(1/m)rad以上離角する。
この離隔について説明する。
「(k―1)回の撮像をt/kの時間インターバル」の方式の観測システムにより、視線ベクトルの移動方向には同一撮像対象の複数画像を用いた超解像処理が可能となる。しかし、視線ベクトルの移動方向と検出素子列方向が厳密に一致している場合には、視線ベクトル移動方向の直交方向には超解像処理ができないという課題がある。そこで、厳密な視線ベクトル移動方向が検出素子列方向に対してarctan(1/m)rad以上離角することにより、視線ベクトル移動方向の直交方向に対しても超解像処理が可能となる。
(The line of sight vector movement direction is at an angle of arctan (1/m) rad or more)
Furthermore, the observation system 1000 can also employ the following method: The strict line-of-sight vector movement direction with respect to the number of pixels m in the line-of-sight vector movement direction of the two-dimensional detection element 114E is separated by an angle of arctan (1/m) rad or more from the direction of the detection element row closer to the line-of-sight movement direction.
This separation will now be described.
The observation system using the method of "(k-1) images taken at a time interval of t/k" enables super-resolution processing using multiple images of the same imaged object in the direction of movement of the line of sight vector. However, when the direction of movement of the line of sight vector and the direction of the row of detection elements are exactly the same, there is a problem that super-resolution processing cannot be performed in the direction perpendicular to the direction of movement of the line of sight vector. Therefore, by making the strict direction of movement of the line of sight vector separate from the direction of the row of detection elements by an angle of arctan (1/m) rad or more, super-resolution processing becomes possible in the direction perpendicular to the direction of movement of the line of sight vector.

(1次元検出器113と2次元検出器114との混在)
また、観測システム1000は以下の方式を採用することもできる。具体的には以下のようである。光学観測装置110が、1次元に配置された複数の1次元検出素子113Eを有する1次元検出器113と、2次元に配置された複数の2次元検出素子114Eを有する2次元検出器114とを具備する。1次元検出素子113Eの素子列の略直交方向に各1次元検出素子113Eによってプッシュブルーム撮像された各撮像データである複数の一次元撮像データと、2次元検出素子114Eの撮像データである2次元撮像データとを、通信装置130が地上に伝送する。地上設備200は、通信制御部211によって複数の1次元撮像データと、2次元撮像データとを受信する。画像制御部212は、複数の1次元撮像データの各1次元撮像データを画像化した後に、2次元撮像データを用いてプッシュブルーム撮像による視線ベクトル移動速度の誤差を推定する。そして、画像制御部212は、各1次元撮像データから画像化された各画像を幾何補正し、幾何補正された各画像を用いて超解像処理を実行する。
(Mixture of one-dimensional detector 113 and two-dimensional detector 114)
The observation system 1000 may also adopt the following method. Specifically, the method is as follows. The optical observation device 110 includes a one-dimensional detector 113 having a plurality of one-dimensional detection elements 113E arranged one-dimensionally, and a two-dimensional detector 114 having a plurality of two-dimensional detection elements 114E arranged two-dimensionally. The communication device 130 transmits to the ground a plurality of one-dimensional imaging data, which is imaging data obtained by push broom imaging by each one-dimensional detection element 113E in a direction substantially perpendicular to the element row of the one-dimensional detection element 113E, and a two-dimensional imaging data, which is imaging data by the two-dimensional detection element 114E. The ground equipment 200 receives the plurality of one-dimensional imaging data and the two-dimensional imaging data by the communication control unit 211. The image control unit 212 images each one-dimensional imaging data of the plurality of one-dimensional imaging data, and then estimates an error in the line-of-sight vector movement speed due to the push broom imaging using the two-dimensional imaging data. The image control unit 212 then performs geometric correction on each image that has been imaged from each one-dimensional imaging data, and executes super-resolution processing using each geometrically corrected image.

1次元検出器113のプッシュブルーム撮像では、視線ベクトルの移動方向に対する取得画像の位置精度が視線ベクトル移動速度の精度に依存する。このため、プッシュブルーム撮像データを画像制御部212が画像化する際に、視線ベクトル移動速度の誤差ないし検出誤差が含まれると画像の歪みが発生するという課題がある。
一方、2次元検出素子114Eによる撮像データは特定の瞬間における視線ベクトル移動方向およびその直交方向の相対位置関係が正確に画像化できる。そこで、
画像制御部212は、プッシュブルーム撮像により生成された画像と、2次元検出素子の撮像データから生成した画像を比較する。比較の結果、相違があれば、1次元検出素子113Eの視線ベクトル移動速度の誤差が存在することが顕在化するので、画像制御部212は、2次元検出素子114Eによる正しい位置情報により速度誤差を補償することができる。
また、1次元検出器113の視線ベクトル移動方向に角度誤差がある場合も、画像の差異により誤差を推定できる。よってプッシュブルーム撮像した画像に含まれる幾何誤差を補正できるという効果がある。幾何誤差は位置誤差と呼んでもよい。一般的に1次元検出素子113Eの方が観測幅方向に広域観測ができるので、2次元検出素子114Eによる狭域観測画像を使って、広域の正確な高解像度画像が取得できるという効果がある。
In the push broom imaging of the one-dimensional detector 113, the positional accuracy of the acquired image in the moving direction of the line of sight vector depends on the accuracy of the line of sight vector moving speed. Therefore, when the push broom imaging data is imaged by the image control unit 212, there is a problem that image distortion occurs if there is an error or detection error in the line of sight vector moving speed.
On the other hand, the imaging data captured by the two-dimensional detection element 114E can accurately represent the line of sight vector movement direction and the relative positional relationship in the orthogonal direction at a specific moment.
The image control unit 212 compares the image generated by the push broom imaging with the image generated from the imaging data of the two-dimensional detection element. If there is a difference as a result of the comparison, it becomes apparent that there is an error in the line of sight vector movement speed of the one-dimensional detection element 113E, and the image control unit 212 can compensate for the speed error using correct position information from the two-dimensional detection element 114E.
Furthermore, even if there is an angle error in the line of sight vector movement direction of the one-dimensional detector 113, the error can be estimated from the difference in the images. This has the effect of correcting geometric errors contained in the image captured by the push broom. The geometric error may also be called a position error. In general, the one-dimensional detection element 113E is capable of wide-area observation in the observation width direction, so that there is an effect of being able to obtain an accurate high-resolution image of a wide area by using the narrow-area observation image by the two-dimensional detection element 114E.

(2次元検出器114を搭載し静止軌道を飛翔)
観測システム1000は、以下の方式を採用することもできる。観測衛星100は、静止軌道に沿って飛翔する。光学観測装置110は、2次元検出器114を具備して、2次元検出器114で赤道上空から中緯度帯を観測する。
(Flying in geostationary orbit with a two-dimensional detector 114 installed)
The observation system 1000 may adopt the following system: The observation satellite 100 flies along a geostationary orbit. The optical observation device 110 includes a two-dimensional detector 114, and observes the mid-latitudes from above the equator using the two-dimensional detector 114.

仮に縦横の画素ピッチが等しい2次元検出器114を具備する光学観測装置110で赤道上空から中緯度帯に位置する日本を撮像した場合、1画素当たりの地表換算距離は経度方向よりも緯度方向の方が斜視効果により長くなるという課題がある。そこで、緯度方向に超解像度処理すれば、経度方向と緯度方向で同等の解像度の画像が取得できるという効果がある。 If an optical observation device 110 equipped with a two-dimensional detector 114 with equal vertical and horizontal pixel pitches were to capture an image of Japan, which is located in the mid-latitudes, from above the equator, there would be a problem in that the Earth's surface equivalent distance per pixel would be longer in the latitudinal direction than in the longitudinal direction due to the strabismus effect. Therefore, by performing super-resolution processing in the latitudinal direction, it would be possible to obtain images with the same resolution in both the longitudinal and latitudinal directions.

(静止軌道飛翔、プッシュブルーム)
観測システム1000は、以下の方式を採用することもできる。観測衛星100は、静止軌道近傍を飛翔してもよい。
図12に基づいて、静止軌道近傍を飛翔する際の広域撮像方法を説明する。図12は、図10の観測領域を想定する。光学観測装置110の1次元検出器113は、横一列に並んだ16個の可視検出素子を備える。観測衛星100は、光学観測装置110の視野範囲が最東端観測領域412の最北端から最南端に移動するまで、光学観測装置110の視線ベクトルの変更を続ける。つまり、観測衛星100は光学観測装置110の視線ベクトルを緯度方向(南方向)に移動する。この間、光学観測装置110は撮像を続ける。その後、観測衛星100は、光学観測装置110の視野範囲を最東端観測領域412の最南端から西側に隣接する観測領域(西側隣接領域413)の最南端に移動する。その後、観測衛星100は、光学観測装置110の視野範囲が西側に隣接する観測領域の最南端から最北端に移動するまで、光学観測装置110の視線ベクトルの変更を続ける。移行、この動作が繰り返され、1次元検出器113の視野範囲が観測領域全体411の最西端に移動する。
(geostationary orbit flight, push broom)
The observation system 1000 may also employ the following system: The observation satellite 100 may fly near a geostationary orbit.
Based on Fig. 12, a wide-area imaging method when flying near a geostationary orbit will be described. Fig. 12 assumes the observation area of Fig. 10. The one-dimensional detector 113 of the optical observation device 110 has 16 visible detection elements arranged in a horizontal row. The observation satellite 100 continues to change the line-of-sight vector of the optical observation device 110 until the field of view of the optical observation device 110 moves from the northernmost end of the easternmost observation area 412 to the southernmost end. In other words, the observation satellite 100 moves the line-of-sight vector of the optical observation device 110 in the latitudinal direction (southward). During this time, the optical observation device 110 continues imaging. After that, the observation satellite 100 moves the field of view of the optical observation device 110 from the southernmost end of the easternmost observation area 412 to the southernmost end of the observation area adjacent to the west (west adjacent area 413). After that, the observation satellite 100 continues to change the line of sight vector of the optical observation device 110 until the viewing range of the optical observation device 110 moves from the southernmost end to the northernmost end of the observation area adjacent to the west side. Then, this operation is repeated, and the viewing range of the one-dimensional detector 113 moves to the westernmost end of the entire observation area 411.

静止軌道近傍から地球500を常時観測する高分解能の光学観測装置110を具備した観測システム1000では、日本近傍を網羅的に観測するために1日がかりとなる可能性がある。「太陽は東から登り西に沈む」と言われるように、日照条件は時間経過に伴い東から西に良好な太陽光入射位置が移動する。
このため、図12に示すように、東から西に順番に撮像するのが合理的である。また、プッシュブルーム撮像により緯度方向に撮像してから観測幅として隣接する、西側の観測幅の領域へ視線ベクトルを移動して、再び緯度方向にプッシュブルーム撮像していくのが合理的である。緯度方向にプッシュブルーム撮像する際に、瞬時視野角θよりも視線ベクトル移動角度が小さい条件で撮像を繰返すことにより、緯度方向の対地距離を経度方向と同等にすることも可能であり、また超解像処理により高解像度化する効果も得られる。
In an observation system 1000 equipped with a high-resolution optical observation device 110 that constantly observes the Earth 500 from near a geostationary orbit, it may take a whole day to comprehensively observe the vicinity of Japan. As the saying goes, "the sun rises in the east and sets in the west," the position where sunlight is most suitable for sunlight conditions shifts from east to west over time.
For this reason, it is reasonable to capture images from east to west, as shown in Fig. 12. It is also reasonable to first capture images in the latitudinal direction using push broom capture, then move the line of sight vector to an area with an adjacent observation swath on the west side, and then capture images using push broom capture in the latitudinal direction again. When capturing images using push broom capture in the latitudinal direction, it is possible to make the ground distance in the latitudinal direction equal to that in the longitudinal direction by repeating the capture under conditions where the angle of movement of the line of sight vector is smaller than the instantaneous field of view angle θ, and it is also possible to obtain the effect of increasing the resolution by super-resolution processing.

(楕円軌道、プッシュブルーム)
観測システム1000は、以下の方式を採用することもできる。観測衛星100が、楕円軌道を飛翔して衛星進行方向にプッシュブルーム撮像を実施する。観測衛星100は、近地点近傍における撮像周期を維持して遠地点近傍においても撮像する。
観測衛星が低軌道楕円軌道を飛翔して地球を観測する場合に、瞬時視野角θが一定であれば、近地点ではGSDが小さい高分解能画像となり、遠地点ではGSDが大きい低分解能画像となる。よって、プッシュブルーム撮像をする場合には、近地点近傍における撮像周期に比較して遠地点近傍では撮像周期が長くするのがオーソドックスな方法である。
これに対して近地点と同等の撮像周期でプッシュブルーム撮像を実施すると、衛星進行方向の瞬時視野角θに対してオーバーラップして撮像する複数の画像が生成可能となり、オーバーサンプリング処理や超解像処理が可能となる。超解像処理することにより、遠地点近傍の対地距離に比して解像度の高い画像が取得できるという効果がある。また遠地点近傍では対地速度が近地点近傍よりも遅いため、長時間に渡り特定観測対象を観測できるという効果がある。
(elliptical orbit, push broom)
The observation system 1000 may employ the following method: The observation satellite 100 flies in an elliptical orbit and performs push broom imaging in the satellite's flight direction. The observation satellite 100 maintains the imaging period near the perigee and also captures images near the apogee.
When an observation satellite flies in a low-earth elliptical orbit and observes the Earth, if the instantaneous field-of-view angle θ is constant, the image will be high-resolution with a small GSD at the perigee, and low-resolution with a large GSD at the apogee. Therefore, when taking push-broom images, the orthodox method is to make the imaging period longer near the apogee than the imaging period near the perigee.
On the other hand, if push broom imaging is performed at an imaging period equivalent to that of the perigee, multiple images can be generated that are overlapped with respect to the instantaneous field of view angle θ in the satellite's flight direction, making oversampling processing and super-resolution processing possible. By performing super-resolution processing, it is possible to obtain images with a higher resolution compared to the ground distance near the apogee. In addition, since the ground speed near the apogee is slower than near the perigee, it is possible to observe a specific observation target for a long period of time.

(WGS84)
観測システム1000は、以下の方式を採用することもできる。地上設備200が、撮像対象である撮像目標の地球固定座標系における位置座標を含む撮像指令を、観測衛星に送信する。具体的には、通信制御部211が、この位置座標を含む撮像指令を生成し、地上側通信装置310を介して観測衛星100に送信する。
地球固定座標系としてWGS84が知られており、航法測位衛星システムGPSなどで採用されている。
地球を観測する観測衛星において、撮像対象の位置座標を指定すれば、地球固定座標系に対する観測衛星の飛翔位置と速度ベクトルが既知である。よって、光学撮像装置の視線ベクトルを撮像目標の手前に設定し、適切な視線ベクトル移動を付与して的確に超解像処理が可能となる。低高度を飛翔する周回衛星では衛星の対地速度を利用して視線ベクトル移動を付与することが合理的であり、静止衛星では衛星姿勢角を変更して視線ベクトル移動を付与することが合理的である。更に衛星の対地速度と姿勢角変動を適切に組み合わせることにより、撮像対象に対して所望の視線ベクトル移動速度を実現できるので、超解像処理に適した任意の回数の撮像データを取得することができる。
(WGS84)
The observation system 1000 may also employ the following method: The ground facility 200 transmits an imaging command including the position coordinates in the Earth-fixed coordinate system of the imaging target to the observation satellite. Specifically, the communication control unit 211 generates an imaging command including the position coordinates and transmits it to the observation satellite 100 via the ground communication device 310.
WGS84 is known as an earth-fixed coordinate system, and is used in the GPS and other navigation and positioning satellite systems.
In an observation satellite observing the earth, if the position coordinates of the imaging target are specified, the flying position and velocity vector of the observation satellite relative to the earth-fixed coordinate system are known. Therefore, the line-of-sight vector of the optical imaging device is set in front of the imaging target, and an appropriate line-of-sight vector movement is applied, enabling accurate super-resolution processing. For an orbiting satellite flying at a low altitude, it is reasonable to apply the line-of-sight vector movement by utilizing the satellite's ground speed, and for a geostationary satellite, it is reasonable to apply the line-of-sight vector movement by changing the satellite's attitude angle. Furthermore, by appropriately combining the satellite's ground speed and attitude angle fluctuation, a desired line-of-sight vector movement speed can be achieved with respect to the imaging target, so that any number of imaging data suitable for super-resolution processing can be obtained.

(宇宙物体)
観測システム1000は、以下の方式を採用することもできる。同一撮像対象は宇宙物体である。近年、宇宙物体数の増加に伴い社会インフラとして活躍する人工衛星に対するデブリ衝突の危険を回避する目的などで、宇宙物体の監視活動が強化されている。そして、監視活動の手段として観測衛星によりデブリ等の宇宙物体を高解像度で監視するニーズが増加している。
(Space object)
The observation system 1000 can also employ the following method. The same imaging target is a space object. In recent years, with the increase in the number of space objects, monitoring activities for space objects have been strengthened for the purpose of avoiding the risk of debris collisions with artificial satellites that play an active role as social infrastructure. As a means of monitoring activities, there is an increasing need to monitor space objects such as debris with high resolution using observation satellites.

宇宙物体の軌道情報は予めSSA(Space Situation Awareness)と呼ばれる宇宙状況監視システムにより把握され、将来の特定時刻における宇宙物体の飛翔位置は地球固定座標系の位置座標として把握することが可能であり、速度ベクトルも既知である。 The orbital information of a space object is known in advance by a space situation monitoring system called SSA (Space Situation Awareness), and the flight position of a space object at a specific time in the future can be known as position coordinates in an Earth-fixed coordinate system, and the velocity vector is also known.

観測衛星の特定時刻における飛翔位置と速度ベクトルも既知である。よって撮像対象となる特定の宇宙物体の地球固定座標系における位置座標を含む撮像指令を、通信制御部211は観測衛星100に送信することができる。これにより、観測衛星100の具備する光学観測装置110が宇宙物体を捉える視線ベクトルの指向方向が決定し、相対移動方向と相対速度も計算できる。よって、相対速度と観測衛星の姿勢角変動を適切に組み合わせることにより、撮像対象に対して所望の視線ベクトル移動速度を実現でき、超解像処理に適した任意の回数の撮像データを取得することができる。 The flight position and velocity vector of the observation satellite at a specific time are also known. Therefore, the communication control unit 211 can send an imaging command to the observation satellite 100, including the position coordinates in the Earth-fixed coordinate system of the specific space object to be imaged. This determines the direction of the line-of-sight vector that the optical observation device 110 equipped on the observation satellite 100 will use to capture the space object, and the relative movement direction and relative velocity can also be calculated. Therefore, by appropriately combining the relative velocity and the attitude angle change of the observation satellite, it is possible to achieve the desired line-of-sight vector movement velocity for the imaged object, and to obtain any number of imaging data suitable for super-resolution processing.

静止軌道近傍を飛翔する観測衛星から、同様に静止軌道近傍を飛翔する宇宙物体を監視するニーズが増加している他、低高度の周回衛星から宇宙物体を監視するニーズも増加している。観測衛星からデブリ等の宇宙物体を撮像する場合に、同一対象を複数回撮像して超解像処理をすることで、精細な画像が取得できるという効果がある。宇宙物体が人工物体である場合には、対象が人工衛星かロケットの残骸かの識別ができる他、形状を高解像度で画像化することにより人工衛星の種類、例えば通信衛星や観測衛星などの識別も可能となる。またプッシュブルーム撮像によれば、広域連続撮像ができるため、広い宇宙空間において特性の撮像対象を確実に撮像できるという効果がある。 There is an increasing need to monitor space objects flying near geostationary orbit from observation satellites flying near geostationary orbit, and there is also an increasing need to monitor space objects from low-altitude orbiting satellites. When imaging space objects such as debris from observation satellites, the effect is that a fine image can be obtained by imaging the same object multiple times and performing super-resolution processing. If the space object is an artificial object, it is possible to identify whether the object is an artificial satellite or rocket remnants, and by imaging the shape at high resolution, it is also possible to identify the type of artificial satellite, such as a communication satellite or an observation satellite. In addition, pushbroom imaging allows wide-area continuous imaging, which has the effect of reliably imaging a specific object in the vastness of space.

(観測衛星100のハードウェア構成の補足)
図13は、観測衛星100のハードウェア構成を示す。図13を参照して、観測衛星100のハードウェア構成を説明する。
(Additional Information on the Hardware Configuration of the Observation Satellite 100)
Fig. 13 shows the hardware configuration of the observation satellite 100. The hardware configuration of the observation satellite 100 will be described with reference to Fig. 13.

図13に基づいて、観測衛星100の構成を説明する。
観測衛星100は、光学観測装置110、視野変更装置120、通信装置130、姿勢制御装置140、推進装置150、衛星制御装置160および電源装置170を備える。
The configuration of the observation satellite 100 will be described with reference to FIG.
The observation satellite 100 comprises an optical observation device 110 , a field of view changing device 120 , a communication device 130 , an attitude control device 140 , a propulsion device 150 , a satellite control device 160 , and a power supply device 170 .

光学観測装置110は、上記で説明した通りである。 The optical observation device 110 is as described above.

視野変更装置120は、光学観測装置110の観測視野を変更する。 The field of view change device 120 changes the observation field of view of the optical observation device 110.

通信装置130は、地上設備200と通信するための通信装置である。例えば、通信装置130は、地上設備200から各種コマンドを受信する。また、通信装置130は、光学観測装置101によって得られる観測データを地上設備200に送信する。 The communication device 130 is a communication device for communicating with the ground equipment 200. For example, the communication device 130 receives various commands from the ground equipment 200. The communication device 130 also transmits observation data obtained by the optical observation device 101 to the ground equipment 200.

姿勢制御装置140は、観測衛星100の姿勢と観測衛星100の角速度といった姿勢要素を制御するための装置である。姿勢制御装置140は、各姿勢要素を所望の方向に変化させる。もしくは、姿勢制御装置140は、各姿勢要素を所望の方向に維持する。姿勢制御装置140は、姿勢センサとアクチュエータとコントローラとを備える。姿勢センサは、ジャイロスコープ、地球センサ、太陽センサ、スター・トラッカ、スラスタおよび磁気センサなどである。アクチュエータは、姿勢制御スラスタ、モーメンタムホイール、リアクションホイールおよびコントロール・モーメント・ジャイロ等である。コントローラは、姿勢センサの計測データまたは地上設備200からの各種コマンドにしたがって、アクチュエータを制御する。姿勢制御装置140は、光学観測装置101の視線ベクトルの方位角を変更するために使用することができる。 The attitude control device 140 is a device for controlling attitude elements such as the attitude of the observation satellite 100 and the angular velocity of the observation satellite 100. The attitude control device 140 changes each attitude element to a desired direction. Alternatively, the attitude control device 140 maintains each attitude element in a desired direction. The attitude control device 140 includes an attitude sensor, an actuator, and a controller. The attitude sensor is a gyroscope, an earth sensor, a sun sensor, a star tracker, a thruster, a magnetic sensor, etc. The actuator is an attitude control thruster, a momentum wheel, a reaction wheel, a control moment gyro, etc. The controller controls the actuator according to the measurement data of the attitude sensor or various commands from the ground equipment 200. The attitude control device 140 can be used to change the azimuth angle of the line of sight vector of the optical observation device 101.

推進装置150は、観測衛星100に推進力を与える装置であり、観測衛星100の速度を変化させる。具体的には、推進装置150は電気推進機である。例えば、推進装置150は、イオンエンジンまたはホールスラスタである。 The propulsion device 150 is a device that provides propulsive force to the observation satellite 100 and changes the speed of the observation satellite 100. Specifically, the propulsion device 150 is an electric propulsion device. For example, the propulsion device 150 is an ion engine or a Hall thruster.

衛星制御装置160は、観測衛星100の各装置を制御するコンピュータであり、処理回路を備える。例えば、衛星制御装置160は、地上設備200から送信される各種コマンドにしたがって、各装置を制御する。 The satellite control device 160 is a computer that controls each device of the observation satellite 100 and includes a processing circuit. For example, the satellite control device 160 controls each device according to various commands transmitted from the ground equipment 200.

電源装置170は、太陽電池、バッテリおよび電力制御装置などを備え、観測衛星100の各装置に電力を供給する。 The power supply unit 170 includes a solar cell, a battery, a power control device, etc., and supplies power to each device on the observation satellite 100.

衛星制御装置160に備わる処理回路について説明する。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサであっても
よい。処理回路において、一部の機能が専用のハードウェアで実現されて、残りの機能がソフトウェアまたはファームウェアで実現されてもよい。つまり、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせで実現することができる。専用のハードウェアは、具体的には、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC、FPGAまたはこれらの組み合わせである。ASICは、Application Specific Integrated
Circuitの略称である。FPGAは、Field Programmable Gate Arrayの略称である。
The processing circuit provided in the satellite control device 160 will be described. The processing circuit may be dedicated hardware, or a processor that executes a program stored in a memory. In the processing circuit, some functions may be realized by dedicated hardware, and the remaining functions may be realized by software or firmware. In other words, the processing circuit may be realized by hardware, software, firmware, or a combination of these. Specifically, the dedicated hardware is a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC, an FPGA, or a combination of these. ASIC stands for Application Specific Integrated Circuit.
FPGA is an abbreviation for Field Programmable Gate Array.

以上、実施の形態1について説明した。実施の形態1の複数の技術事項のうち、1つを部分的に実施しても構わないし、実施の形態1の複数の技術事項のうち、2以上の技術事項を組み合わせて実施しても構わない。 The above describes embodiment 1. Of the multiple technical aspects of embodiment 1, one may be implemented partially, or two or more of the multiple technical aspects of embodiment 1 may be implemented in combination.

100 観測衛星、110 光学観測装置、111 光学系、112 検出器、112E 検出素子、113,113A,113B 1次元検出器、113E 1次元検出素子、114 2次元検出器、114E 2次元検出素子、115 方向、120 視野変更装置、130 通信装置、140 姿勢制御装置、150 推進装置、160 衛星制御装置、170 電源装置、141A 黒丸、141B 二重丸、141C 白丸、200 地上設備、210 プロセッサ、211 通信制御部、212 画像制御部、220 主記憶装置、230 補助記憶装置、240 入力IF、250 入力IF、260 入力IF、270 信号線、310 地上側通信装置、320 地上側アンテナ、400 撮像対象、410 観測地域、411 観測領域全体、412 最東端観測領域、413 西側隣接領域、414 最西端観測領域、500 地球、501 地表面、1000 観測システム。 100 Observation satellite, 110 Optical observation device, 111 Optical system, 112 Detector, 112E Detector element, 113, 113A, 113B One-dimensional detector, 113E One-dimensional detector element, 114 Two-dimensional detector, 114E Two-dimensional detector element, 115 Direction, 120 Field of view change device, 130 Communication device, 140 Attitude control device, 150 Propulsion device, 160 Satellite control device, 170 Power supply device, 141A Black circle, 141B Double circle, 141C White circle, 200 Ground equipment, 210 Processor, 211 Communication control unit, 212 Image control unit, 220 Main memory device, 230 Auxiliary memory device, 240 Input IF, 250 Input IF, 260 Input IF, 270 Signal line, 310 Ground communication device, 320 Ground antenna, 400 Imaged object, 410 Observation area, 411 Entire observation area, 412 Easternmost observation area, 413 Western adjacent area, 414 Westernmost observation area, 500 Earth, 501 Earth's surface, 1000 Observation system.

Claims (3)

静止軌道上空から地球を観測する際に、開口径と焦点距離とがロケットのフェアリングの寸法の制約を受けない光学観測装置であって高解像度化される画像を撮影する光学観測装置と、通信装置とを具備した観測衛星と、
前記光学観測装置の撮像した撮像データを受信して画像化する地上設備と
を備え、地球または宇宙の地物を撮像する観測システムにおいて、
前記観測衛星は、
前記光学観測装置の視線ベクトルを移動させて前記光学観測装置で同一撮像対象を複数回撮像して前記同一撮像対象の複数回の各回の撮像データを生成し、前記通信装置で各回の撮像データを地上に伝送し、
前記地上設備は、
前記同一撮像対象の各回の撮像データを受信する通信制御部と、
各回の撮像データを画像処理対象として、ベイズ推定を用いて画像処理する超解像処理を実施する画像制御部と、
を備え、
前記光学観測装置が2次元検出器を具備し、
前記2次元検出器は、
視線ベクトル移動方向の画素数mに相当する前記光学観測装置の視野角ηにおいて撮像をしてから視線ベクトルの移動により隣接する次の視野角ηの撮像をするまでに要する時間tの間に、画素数mの約数以外の2以上の素数であり、かつ、2と3と5以外の素数である素数kに対して(k―1)回の撮像をt/kの時間インターバルで撮像した各撮像データを取得し、
前記通信装置は、
前記2次元検出器で取得された各撮像データを、地上に伝送する観測システム。
An observation satellite equipped with an optical observation device that captures high-resolution images and has an aperture diameter and focal length that are not restricted by the dimensions of a rocket fairing when observing the Earth from above a geostationary orbit, and a communication device;
and a ground facility for receiving and imaging image data captured by the optical observation device, the ground facility being adapted to image an object on the earth or in space,
The observation satellite,
A line of sight vector of the optical observation device is moved to capture an image of the same object to be imaged a plurality of times by the optical observation device, thereby generating image data of each of the plurality of images of the same object to be imaged, and transmitting the image data of each image to the ground by the communication device;
The ground equipment includes:
A communication control unit that receives imaging data of the same imaging subject each time;
an image control unit that performs super-resolution processing for processing each captured image data using Bayesian estimation;
Equipped with
The optical observation device includes a two-dimensional detector,
The two-dimensional detector includes:
During a time t required from capturing an image at a viewing angle η of the optical observation device corresponding to the number of pixels m in the line of sight vector movement direction to capturing an image at the next adjacent viewing angle η by moving the line of sight vector, (k-1) images are captured at a time interval of t/k for a prime number k that is a prime number of 2 or more other than a divisor of the number of pixels m and is a prime number other than 2, 3, and 5, and each piece of imaging data is obtained;
The communication device includes:
An observation system that transmits each of the imaging data acquired by the two-dimensional detector to the ground.
前記光学観測装置が、
視線ベクトルを一定の角速度で回転し、かつ、視線ベクトルを移動しながら撮像して前記撮像データを生成する2次元検出器を具備する請求項1に記載の観測システム。
The optical observation device is
2. The observation system according to claim 1, further comprising a two-dimensional detector that rotates a line-of-sight vector at a constant angular velocity and captures images while moving the line-of-sight vector to generate the imaging data.
前記地上設備は、前記撮像データとして、
前記光学観測装置が具備する検出器の持つ検出素子の瞬時視野角θdegに対して、前記検出素子の視線ベクトルの移動角度φが瞬時視野角θdegよりも小さいθ/N deg(Nは2以上の自然数)の状態で撮像された撮像データを受信する、
請求項2に記載の観測システム。
The ground equipment includes, as the imaging data,
Receive imaging data captured in a state where the movement angle φ of the line of sight vector of the detection element of the detector included in the optical observation device is θ/N deg (N is a natural number equal to or greater than 2) smaller than the instantaneous field of view angle θ deg of the detection element;
3. The observation system according to claim 2.
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