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学習帳2:衛星の視力?

学習帳2:衛星の視力?

視力を測る時の基準は、狭義には様々な条件がありますが、簡単に述べると、視力1.0の場合、角度1分(60分の1度)離れているものについて、離れていると認識できる能力のことと言っても良いでしょう。
例えば、5m位離れていると約1.45mm位離れているものが見分けられることと同じです。 2.0では、半分の角度の0.5分(120分の1度)離れているものがわかり、0.1では、1.0の10倍の角度10分(6分の1度)離れているものがわかるというものです。

衛星の視力について

では、現在の衛星搭載のカメラ(可視・赤外光センサ)ではどの程度の見えるのでしょうか。
衛星では、地上などの対象物質を分解して見ることができる能力を「解像度」や「地上(対象物名)分解能」と表現します。 SEDで販売しているクイックバード(QuickBird)衛星は、地上約450kmの高度を飛行しており、撮影画像は約60cmの解像度があります。 これは、450km上空を飛んでいる衛星が、地上の60cm位離れているものがわかるということに相当します。例えば視力1.0の人が450km上空から地球を見た場合、(大気状態が極めて良いとしてですが)その約218倍にあたる131m位離れているものがわかるのがやっとです。
わかりやすく比較するなら、視力1.0程度の人の約200倍の視力があるということになります。

QuickBird

しかし、実のところこうした比較はそう単純ではありません。低軌道の衛星は、地球の周りをかなりの速度で回っているため、一瞬にしてそれだけのものを見分ける動体視力があるという言い方が正しいでしょう。

人間が物を近づけて対象物を良く見ようとするように、もっと地上を詳細に見たいと思えば、衛星の軌道高度を下げることが考えられます。仮に、クイックバード衛星の軌道を半分の225kmにした際には、直下でおよそ30cmの解像度を持つと仮定できます。
ただし、衛星の高度を下げることにより、衛星が更に地上に対して高速で地球を回る状況になり、カメラの視野角が同じであれば撮影できる範囲も狭くなりますし、実際に撮影する場合は、多くの課題が生じると思われます。衛星軌道が下がると大気抵抗も大きく、軌道も下がりやすくなるため、多くの燃料を使わなくてはなりません。

近年では、更に衛星に搭載されているセンサや機器の性能や品質を上げることにより、高度を下げることなく高解像度かつ長寿命の衛星を打ち上げることが試行されています。

米国のジオアイ(GeoEye-1)衛星やワールドビュー2号(WorldView-2)衛星の画像データは、クイックバードの更に2倍もの良い視力を持っており、日本で一般の方が入手できる光学衛星画像の中で2014年現在、最も解像度がよいとみなしていただいても良いと思います。入手可能な製品は、残念ながら米国の輸出規制のために50cmに分解能が緩和されたリサンプリングデータとなりますが、処理後も低い分解能のものより綺麗に地上の特質をとらえた画像データとなっています。

また、衛星画像を利用しようとする場合に、気をつけなければならない点は、一度に撮影できる範囲FOV(Field Of View)で、衛星により大きく異なります。

クイックバード衛星の場合、一度に約16.5km四方を撮影しています。東京では広くない区であれば、その中に全部収まってしまうほどの広さです。しかし、もう少し広い郊外も含めて撮影したい、もしくは、都道府県全体となってくると、少なくとも数十キロのレベルの広さを撮影しなくてはなりません。こんな場合、プレアデス衛星は観測幅が20kmと少し広いですし、解像度を少し下げればスポット6号では60kmでも撮影されています。新規撮影を頼む場合には、あらかじめ長いストリップやシフト操作による広い範囲の観測が可能です。一度に撮影できない場合は他の時に撮影した画像を組み合わせて使います。

ランドサット衛星の場合の例
ランドサット衛星の場合の例(クイックバードは、16.5km幅)

若干解像度が下がるものの、県単位の観測幅でも一度に撮影できるような、ランドサット衛星があります。ランドサットは、185kmと観測幅が広く、一度に広い範囲を撮影できる衛星です。県単位の広さも簡単に収まってしまいます。 更に、大きい地球規模の環境変動を出来るだけ細かく把握するため、短い周期で地球全体のデータを取得したいという場合もあります。ここでは、観測幅が2000km以上もあるMODISセンサやNOAA衛星のAVHRRなどセンサが活用します。それらの衛星の特長は、地上の解像度が数百mから1km程度に落ちても、全世界のデータを短期間で集めやすいということです。