JPH02110314A - 地表の遠隔調査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はラインスキャナを用いた地表の遠隔調査方法お
よびこの方法を実施するための装置に間する。

（従来の技術） 光スペクトル範囲において、人工耐星から地表を遠隔調
査するために、光電子ラインスキャナが広く用いられて
いる。走査線は回転ミラーにより榔械的に走査されるか
、或いは一本の走査線がチャージ　カップルド　デバイ
ス、すなわちＣＣＤ・ユニットによって同時に抽出され
る。

これに関する例として、フランスのスポット・人工鈎星
およびＩＲ８（インディアン　リモートセンシング）人
工’ＫｔＴＪＬのカメラが挙げられる。シャトルまたは
人工１！ＩＪ星に使用されるＣＣＤラインスキャナとし
ては、ＭＢＢによる（立体の）モジュラ−オプト・エレ
クトロニクス　マルチスペクトラル　スキャナ（ＭＯＭ
Ｓまたはステレオ・ＭＯＭＳ）と、本出願人によりつく
られたＭＥＯ８Ｓ・スキャナ（モノカラー　エレクトロ
・オプティカル　ステレオ　スキャナ）がある。

今まで利用されてきた全てのラインスキャナにおいて、
カメラキャリアすなわち人工衛星又は飛行機の前進が、
個々の走査線から画像を形成する。

このようにして作成された連続的な帯状の画像は幾何学
的に正確でない。これらの画像は、キャリアの動きによ
り歪みが生じ、理想的な線形前進動作からのキャリアの
位置変動およびずれにより誤りが生じる。このため、ラ
インスキャナを用いて得られた画像の幾何学的な品質は
満足できるものではない。

画像の歪みは、正確な画像および地図と比較するか、又
は地表の特徴ある地形の実際の位置と比較することに検
出することができる。このためには多数の比較ポイント
が必要となり、それらの密度は画像歪みの振幅と周波数
に適合していなくてはならない。

カメラが２次元画像を撮影するために用いられる場合、
この種のカメラで射影される写五画像は、画面全体を同
時に層形するため２次元的に正確である。この場合、ｆ
ｉｉ影された複数の写真のオバーラップする対は、夫々
立体的に見ることが可能であり、またそのように評価す
ることが可能である。

こうして、＆’ｉｌ（ｇ！された地表の次元的に固定さ
れたコピー（いわゆるモデル）が入手されるばかりでな
く、同時に、コピーされた地面に関する２つの写真距影
カメラの位置Ｊ３よび方位角を確かめることができる。

このため、２つのカメラにより撮像された一対の写真両
会のオバーラップする範囲において一直線上にない４点
の画像位置が必要である。これは、この種の写真Ｒ影用
のカメラの“自己方向付は能力”として知られて（Ｘる
。この場合、カメラの変化しないコピー特性に関する正
確な知識を有していることが前提となる。

写真囮影用カメラの自己方向付は能力は、オバーラップ
している個別の日影画像から互いに密接した合成大画像
を形成する空中写真図化において利用される。オバーう
ツブ領域毎に各４つの比較ポイントを用いることにより
全両面は相互に方向付けることができ、又全カメラは単
一の縮尺で実際の地表に関して方向付けることができる
。これは、“写真側８によるブロック比較”における“
モデル解決”と呼ばれている。

この種の゛モデル解決”のために、画像空間（即ち個々
の写真中の）における同一の画像ポイントの位置を比較
することは必要である。これらのポイントの実際の画像
座標は、モデルを形成するうえで必須ではない。しかし
、４点だけ（例えばブロックの４隅のような）の地面座
標は、モデル（即ち、ブロック）から理想的な地表の位
置と縮尺を算定するのには必要である。

地表にＩ￥１通してラインスキャナに方向付けをするた
め、飛行は内では、写真’ｔｉ’ｆ２用のカメラがライ
ンスキャナと平行して時々使用される。しかしこの場合
にはデジタルのデータおよび写真Ｑ　影に関するアナロ
グデータの処理が更に必要になり、また、画像データが
互いに時間的に関係するばかりでなく、写真日影の繰返
しが多くなるため、例えば衝撃および、自然の震動等々
により引き続き起こされる高周波数のギヤリアの動きを
検出することが必要となるという問題が生じる。

従来、普通アマチュア用として用いられているＣＣＤ面
センサを備えるビデオカメラの場合、面センサは少なく
とも２５０Ｘ５００ラスタ画素（コラムと行）を有して
いる。しかし、地形の遠隔調査および地図作成のために
用いられるカメラは　１０，０００ｘ１０，０００はど
の画素が必要である。しかしこの規模の、単一系の面セ
ンサはいまだ得られていない。そのため必要な数の画素
を有する面画像を、かなり小さいＣＣＤ面センサを寄せ
集めて配列することにより作り上げなくてはならない。

技術的理由、特に電源ラインの本数と桁上げ信号の必要
のため、このような隙間のない寄せ集め配列は不可能で
ある。従って隙間を覆うために、適当にオフセットされ
た寄せ集めを有する少なくとも別の平行に整列されてい
る１台のカメラが用いられる。

しかし、広範囲光電子カメラの主要な問題点は、データ
の伝達にある。伝達速度を一定に保つために、次のａ彩
までに全画像内容がメモリに格納されなければならない
。これに関し、このために可能なメモリはＣＣＤユニッ
ト自体に設けられていたが、このユニットは比較的昌い
電気的ノイズと暗電流を有しているので、画像の品質が
長い格納期間中（１分以下）に劣化してしまう。写真側
母上のコピーシステムにおける光・電子的の固体センサ
ー領域のこのような配列については、例えば西ドイツ（
特許）３４２８３２５号中に記載されている。

面カメラにより日影されたオバーラップする画像により
、地形の立体的調査および測最、並びに、大型の合成画
像のための前述したブロック比較によるモデル解決が可
能になる。即ち、従ってこれらは地形図作製の際に好ん
で利用される。

ところで、多スペクトルすなわちパンクロのラインスキ
ャナは、非常に広範囲に用いられている。

そして、その真または偽カラー画像は地表のテーマによ
る、例えば植物または土壌に関しての分類を可能にする
。この場合、注視方向はできる限り均−且つ日光と平衡
にすべきである。さもないと色の関係が彩に依存し、換
言すると、青味をおびた色合いとなるからである。

このほか、面カメラの場合、注視方向が飛行方向によっ
て変化するため、多スペクトル地図の作成のためには、
ラインセンサが明らかに優位である。こういう理由から
多スペクトル写真画ψのためのＣＣＤ而セ面サも、同様
にプリズムまたは格子分光器内において用いられる。こ
こにおいて個々の撮影の際、換言すると、１回の感光の
際に地表の１本の走査線だけしか撮影されない。つまり
これらの１本だけの走査線は１個のプリズムまたは格子
分光器を使ってスペクトルとして分光されるので、この
結果このスペクトルの情報はＣＣ［）面へ分配される。

従ってこのようにして面センサの各走査線が地表の同じ
走査線の異なる色に見える。

立体写真撮影に関する光電子ラインセンサの開発におい
て、地形図の作成に利用でるようにする数多くの提案が
既に提出されている。これに関し、例えば、ＭＢＢのス
テレオ・ＭＯＭＳを備えた提案のためのカメラおよび今
までに唯一つ実現された本出願人による提案ＭＥＯ８Ｓ
のカメラが挙げられる。

立体的画像のために、互いに傾斜している少なくとも２
つの平面を用いなければならない。これは、例えばステ
レオＭＯＭＳの場合には完全なラインセンサを傾けるこ
とにより、或いは、例えば提案ＭＤＥＳＳの場合のよう
に、光学機器の像平面内に平行に配列されているＣＣＤ
ラインディレクタを用いることによって行われる。互い
の方向付けを可能にするため、即ち、撮影領域からの写
真測量法のブロック形成の場合と同様な、モデル自己方
向付けのために、第１図に概略的に示されているように
少なくとも３本の走査面を使わなくてはならない。

この場合、１つの画像は同時に露光される３つの走査線
を含み、この走査線はいわゆるパイ本長″Ｂだけ間隔を
おいて配置されている。このような瞬間画像は“三重線
”と呼ばれる。理想的な飛行環境の場合、言い換えると
鳥度及び速度が一定の場合、地面等々に対しカメラが平
行に整列している場合、個々のＢ影、即ち三重線はそれ
ぞれベースの長さＢの間隔をおいてオーバーラツプする
。

このように理想的な場合において、４（通常４以上）の
共通点４よ両方の三重線の各２本の走査線毎に位置し、
相互の゛理想的な方向付け″を確認することを可能にす
る。

しかし、一般に、２つの三重線のための４つの共通点は
ない。なぜならば、基本長Ｂだけ離間した１本の走査の
三重線の画素は、三重線の隣接した部分として知られる
ある領域に配分されるからである。従って三重線は数学
的に明確に、互いに方向付けることは不可能である。

しかし、隣り合っている三重線は、いわゆる“三重部分
”に結合することができる。このような場合において、
４または４以上の共通画素が８の間隔をおいた三重部分
の互いの方向付けをするために与えられる。

しかし三重部分は時間的に相前後して露光させられる三
重線で構成されているので、これら自体は、カメラキャ
リア、例えば飛行機又は人工衛星の軌道と姿勢の変動に
より歪むことになる。そうなると、それらは第２図に概
略的に示される通り共通のイメージ平面内に位置するこ
とは出来なくなるので、４つの共通の画素の存在にもか
かわらず数学的に明確に互いに方向付けることはできな
くなる。

実際の使用に関して、受は入れやすい近似を入手するた
め、さまざまな補間法モデルが使われる。

例えば、本出願人の提案ＭＥＯ８Ｓにおいては補間法モ
デルとして軌道及び位置動力学の、人工衛星に固有の理
論的モデルが開発され利用された。

しかし今まで利用されてきた方法及び装置には、色々と
欠点が見られる。光電子面カメラにおいて、異なる注視
方向が飛行方向に現われ、多くの個々の面ディテクタの
出力を１枚の大きさ寄せ集めのために調整しなければな
らず、そのほかに、２個又は２個以上の平行に整列して
いる光学機器、すなわちカメラを用いなければならず、
また完全な画像内容を、比較的長時間にわたり緩衝記憶
しなければならないということは欠点である。

立体３ラインスキヤナの方向付けにおいて、補間法モデ
ルが要求され、写真測定法の目的のために提供されるソ
フトウェアがブロック比較のために拡大されなければな
らず、ラインスキャナが高周波数のキャリア動作に敏感
であり、さらに長い帯状の画像が必要であるか、又は撮
像された範囲がジグザグパターンとならなければならず
、又最終的には個々のラインが互いに斜めになっている
と、主体的評価における高度の解析が一定ではないとい
う欠点がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上述した従来方法および装置欠点を多スペク
トルすなわちパンクロのラインスキャナを使用すること
により、従来生じていた幾何的問題点等を除去した地表
を遠隔調査する方法およびこの方法を実施する装置を提
供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本光明によると、この目的はラインスキャナーを用いて
地表の遠隔調査な方法によって達成され、ここで、少な
くとも１個の光電子面カメラは面画像を躍憬し、光電子
面カメラは少なくとも１個のラインスキャナと関係して
いる。

光電子面カメラ位置の撮影位置の相互方向付けを行うた
めに、隣接する個々の面画像のオーバーラツプする部分
における対応する画素または画部分が選択される。光電
子面カメラからの方向付はデータは２つの画像のデータ
の流れの時間的関係によって強化された固定された方向
または相対的方向の測定によって、ラインスキャナに伝
送される。

部分画像は、相互方向付けの高精度化を達成するために
、できるだけ大きい角度によって互いに離間される。

ラインスキャナ踊影画像の比較的大きな合成を方向付け
るために、個々の面画像は写真測Ｑ法のブロック比較に
おいて用いられる。

また、面画像でつくられる画像合成のラインスキャナは
、画面相関関係により連続的に方向付は可能である。

面カメラの方向づけ能力はノＪメラキャリアの位置及び
軌道調整のために用いられる。これは焦点面においてオ
フセットされた走査線、ラインスキャナのオバーラップ
したイメージを得ることを可能にする。

本発明の方法において個々の画像のオバーラップは瞬間
露光によって形成される。カメラにおいて達成されたセ
ンサ面の位置はカメラキャリアの軌道および位置の情報
の関数として制御される。

面画像を撮影する光電子カメラはラインスキャナに固定
的に関係される。

この発明に従った装置において面画像を九彰する光電子
面カメラはラインスキャナすなわち間隔および角度の追
加測定によって決定された種々の関係におけるスキャナ
に関係する。

一実施例において、ラインスキャナとして使用される３
個のＣＣＤラインディテクタが光電子面カメラの共通レ
ンズの広平面に相互に平行に配設される。さらに、面検
出器（ＦＤ１〜ＦＤ４）が焦平面内の３個のＣＣＤライ
ン検出器の間に配設される。他の実施例においては、面
ディテクタは共通カメラレンズおよびミラーあるいはビ
ームスプリッタを介して露光される。更に他の実施例に
おいては面ディテクタは部分的にシェードされイメージ
メモリとして使用される。

本発明によれば１個以上のラインスキャナは面画像を撮
像する１個または複数個組合せた光電子カメラと関連し
ている。ラインスキャナのブロック比較能力あるいは自
己方向付は能力はカメラでＮ影された領域のオーバラッ
プする単一の露光により達成される。

またブロック比較能力あるいは自己方向付は能力のため
にはカメラ内の隣接する単一露光のオーバラップする部
分面画像の形態をとる感受領域が使用され、この領域の
データはブロック形成に必要とされる。その結果各々の
個々の露光の画像内容全体の評価は必要でない。その代
わりに、例えばオーバラップ領域においてカメラの焦点
内で他から最大可能角距離の間隔をもち４個の部分画像
のデータで十分である。これらの部分画像の最少寸法は
デジタル画像相関の用語で要求されるものに依存する。

伝達、すなわち面２次元カメラから１個以上のラインス
キャナに方向付はデータを関連づけることは固定方向す
なわち相対方向の測定および例えば共通の時間コードに
よって確かめることができる２個のデータの流れの経時
的関連によって行われる。

本発明の方法によれば、一連のオーバラップする単一画
像は規則的な時間間隔で露光することにより光電子面カ
メラにより得られる。画像相関のために評価される単一
画像の１ｌｉｉ影頻度および上述の部分画像の形態での
“窓領域“の寸法はキャリアの動きおよび測ｍ地形の種
類に依存する。

画像相関によって、一対の画の重複部分あるいは窓領域
において少なくとも３個の共通画素あるいは面領域が一
度に検出される。複合画像の相互方向付けは従来の標型
的な写真石のブロック比較により行うことができる。

ラインスキャナの方向は画面を級影するカメラのすぺで
の露光時に直接得られる。ラインスキャナは個々の露光
周期間に画像相関によってより細かく規定された間隔で
画面θに関して移動する。

この方向は立体的なラインスキャナに対しては一義的で
ある。平面的なラインスキャナを使用する場合は方向付
けのためにさらに補間モデルが必要である。

本発明による方法および装置の特徴は単純な技術によっ
て行え、従って迅速に製造され、必要なソフトウェアは
入手可能であり広く普及している。

さらに本発明による方法とそれに使用する装置において
はラインスキャナの特徴は面カメラの特徴と組合わさり
、ラインスキャナと面カメラのもつ欠点が大幅に解消す
る。

さらに本発明は最初から光電子的、デジタル的に機能す
る。したがってリアルタイムの処理が可能とする。さら
に本発明の“イメージ操縦法はキャリア特にラインスキ
ャナーの経路と位置の調節に貢献することができる。本
発明による方法の他の特徴は１個あるいは複数のライン
スキャナーのデータ流に比例してデータ速度は極めてわ
ずかの上昇のみが要求される。

〔実施例〕

以下、本発明の地表を遠隔調査する方法および装置の一
実施例を詳細に説明する。

第３図および第４図には、本発明に係わる方法を実施す
るための装置の一実施例が示されており、この装置は本
出願人が先に述べた提案ＭＥＯ８Ｓにおいて使われてい
る三重立体ラインスキャナを有している。

それぞれ、例えば３４５６エレメントを有する３個のＣ
ＣＤラインディテクタＣＣＤｌ−ＣＣＤ３が、面カメラ
の図示しない共通レンズの焦点面に互いに平行に配列さ
れる。３個のラインディテクタＣＣＤ１−ＣＣＤの間に
は、正方形の４（１！ｌの面センサＦＤＩ−ＦＤ４が配
置される。４個の面センサＦＤ１−ＦＤ４は一部、少な
くとも半分がシェードされている。

面を撮像する場合、４個の面センサＦＤ１−ＦＤ４の表
面のシェードされていない部分は電気的に同時に露光さ
れる。個々の画像内容は、はぼ半分がシェードされた面
センサのそのシェードされた範囲に直ちに移され、そこ
に格納され、続いて一定の低速度でデータが読み出され
る。

この移動および蹟像された次の個々の画像の相対的位置
決めは４つの比較点にもとづき行われる。

各比較点は、図面において、個々の面ディテクタＦＤＩ
−ＦＤ４またはＦＤ１’　−ＦＤ４’　　（アポストロ
フィは、次の個々の画像に関し、第４図の右に配ばされ
た配列を示す）のオーバラップする部分領域に記号十で
表わされる。

要求されたデータ速度の簡単な比較がなされる。

ラインおよび面センサすなわちディテクタが等しい走査
範囲を有するとすると、両センサに関しライン周波数は
等しくなる。ラインディテクタ当たり３４５６コラムと
比較すると、像の相関関係のために、関連する面ディテ
クタの高さ、すなわちコラムの数は２０で十分である。

更に、誼頌された面画像に関し、オーバラップする範囲
が飛行方向において５０％、換言すれば０．５であると
、この場合のデータ速度は次のようになる。

ラインスキャナに関し、３個のセンサのそれぞれは３４
５６画素（ライン周波数のコラム数倍）を有し、面カメ
ラに関し、４個のセンサはオーバラップ範囲当たりライ
ン周波数の２０コラム倍の画素を有すると、面カメラと
ラインディテクタのデータ速度の比は ３Ｘ３４５６Ｘ０．　５ となり、換言すれば１．５４％となる。

オーバラップ部分に大きな位置変動が生じると、面ＣＣ
Ｄにおいて高いコラム数が用いられる。

この光明の方法および装置は、飛行糎または人口ｔ！ｌ
ｉ星による地表の遠隔調査のみならず、個々に前進する
Ｓｊ造プロセスのモニタまたは制御にも用いることがで
きる。

前述した特定の実施例の説明はこの発明の一般的内容を
完全に開示しているので、今の技術を適用すれば、種々
の適用例に関し、要旨を逸脱することなく変形、適用す
ることができる。このような適用例および変形例は開示
された実施例の均等の範囲になることを理解すべきであ
る。ここで用いられる用語および言いまわしは記述の目
的のためであって、これに限定されるべきでない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、理想的な条件下の３垂立体ラインスキャナの
２本のラインの三ｍＢに関する従来の相対的な方向付け
ず概略図、第２図は、三重立体ラインスキャナを連続画
像として撮影する際の、平面的な部分画像の最小ユニッ
トとして２本の相対的にねじ曲げられた走査の三重線間
の線形の一関関係を示す非線形セグメントの三重線の一
例を示す図、第３図は、ラインスキャナ及びこれらに結
合されいてる面スキャナの概略図、第４図は、２回の時
間的に相前後して１＠影される個別撮影の相対的な移動
及び方向付けを示す概略図である。 ＣＣＤ１−ＣＣＤ３・・・ラインディテクタＦＤ１−Ｆ
Ｄ４・・・而センサ Ｄ３ ＦＤｌ ＦｉＧ。 Ｄ３ ＦＤｌ ＦｉＧ。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. （１）飛行機または人工衛星からラインスキャナを利用
   して地表を遠隔調査する地表の遠隔調査方法において、 少なくとも１個のラインセンサに関係する少なくとも１
   個の光電子面カメラによつて、一定の時間間隔で互いに
   オーバーラップする一連の個々の画面を撮像し、 隣接する個々の面画像のオーバーラップする部分におけ
   る対応する画素または画部分ついての光電子面カメラ位
   置の撮影位置の相互方向付けを選択し、 ２つの画像のデータの流れの時間的関係によって強化さ
   れた固定された方向または相対的方向の測定によって、
   方向付けデータを光電子面カメラからラインスキャナに
   伝送する地表の遠隔調査方法。
2. （２）オーバーラップする面画像は、相互方向付けの高
   精度化を達成するために、できるだけ大きい角度によっ
   て互いに離間されている請求項（１）記載の地表の遠隔
   調査方法。
3. （３）個々の面画像は、ラインスキャナ撮影画像の比較
   的大きな合成を方向付けるために、写真測量法のブロッ
   ク比較において用いられる請求項（１）記載の地表の遠
   隔調査方法。
4. （４）面画像でつくられる画像合成のラインスキャナは
   、画面相関関係により連続的に方向付け可能である請求
   項（１）記載の地表の遠隔調査方法。
5. （５）カメラキャリアの位置および軌道調整は、ライン
   センサに関して画像のオバーラップを達成させるために
   前記カメラの方向づけ性能によつて方向付けられ、その
   走査線は焦点平面においてオフセットされる請求項（１
   ）記載の地表の遠隔調査方法。
6. （６）瞬時の露光およびカメラ内で活性化されたセンサ
   面の位置に基づくオバーラップする個別の画像の形成は
   、カメラキャリアの軌道および位置情報に関連して制御
   される請求項（１）記載の地表の遠隔調査方法。
7. （７）少なくとも１個のラインスキャナに固定的に関係
   された面画像を撮像する光電子面カメラを具え、飛行機
   または人工衛星からラインスキャナを利用して地表を遠
   隔調査する地表の遠隔調査装置。
8. （８）光電子面カメラは、間隔と角度の追加の測定によ
   り決定される種々の関係においてラインスキャナと関係
   する請求項（７）記載の地表の遠隔調査装置。
9. （９）ラインスキャナとして与えられる３つのＣＣＤラ
   インディテクタは、光電子面カメラの共通のレンズの焦
   点平面において互いに平行に方向づけされ、追加の面デ
   ィテクタが３個のＣＣＤラインディレクター間の焦点平
   面に配設される請求項（１）記載の地表の遠隔調査装置
   。
10. （１０）面ディテクタは、共通のカメラレンズを介して
    、およびミラーまたはビームスプリッタを介して露光さ
    れる請求項（９）記載の地表の遠隔調査装置。
11. （１１）追加の面ディテクタは、イメージメモリとして
    使用するために部分的にシェードされている請求項（９
    ）記載の地表の遠隔調査装置。