• 検索結果がありません。

航空機搭載マイクロ波放射計を用いた海氷情報抽出アルゴリズムの高精度化の研究(I) : ビデオ画像による観測視野内画像の作成と評価

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

シェア "航空機搭載マイクロ波放射計を用いた海氷情報抽出アルゴリズムの高精度化の研究(I) : ビデオ画像による観測視野内画像の作成と評価"

Copied!
16
0
0

読み込み中.... (全文を見る)

全文

(1)Title. 航空機搭載マイクロ波放射計を用いた海氷情報抽出アルゴリズムの高精 度化の研究(I) : ビデオ画像による観測視野内画像の作成と評価. Author(s). 中山, 雅茂; 谷川, 朋範; 西尾, 文彦; 酒井, 源樹. Citation. 北海道教育大学紀要. 自然科学編, 50(2): 49-63. Issue Date. 2000-02. URL. http://s-ir.sap.hokkyodai.ac.jp/dspace/handle/123456789/531. Rights. Hokkaido University of Education.

(2) . 平 成12年 2 月 February,2000. 北海道教育大学紀要(自然科学編) 第50巻 第2号 )vo l 50 i ISc i i Journa lofH0 kka i doUni tura t tyofEduca ence s s on(Na ver . ,NO.2. 航空機搭載マイクロ波放射計を用いた海水情報抽出アルゴリズムの高精度化の研究(1) - ビデオ画像による観測視野内画像の作成と評価-. 雅茂 ”* , 谷川. 中山. ) 西尾 朋 範1 ,. ) 酒井 文 彦1 ,. ) 源樹2. 北 海道教育 大学釧路校 ” 地球惑星科学研究室 2 }物 理学研究室. (* 1 9 9 9年4月より 東海大学大学院工学研究科博士後期課程在学). AIgor i thm developments on. sea i ce parameters b y airborne microwave radiometer(1). ) l Fundihiko ト ) and 公江otoki sakai2 } l ishiol ハ4asashige Nakayar 〕 nal, Tornonori Tanikawa } , )Earth and P1anetar Sc 1 ence Laboratory y i 2 }Ph s y ics Laboratory ity of Educat ion Kushi ro Campus, Hokkaido Univers. Abstract. l i toring the interannual variabi ty of sea ice extents in the okhotsk l tis very i rnportantfor moni ing has f irst ly appeared around the okhot sea because the global warnl sk sea,locating around the southernmost region of sea ice cover in the Northern Hemisphere . ln order to develop the ion algori thm sea ice concentrat. by. l i ic te, el microwave sensors onboard satel ectromagnet. ies of sea ice in the okhotsk Sea, therefore, were observed by airborne microwave propert ies as AMSR(Advanced Microwave Scanning radiometer(AM R), which has the same frequenc Radiometer), AD日OS l hi N b 2001. 1 工 ‐ , aunc ng on ovem er,. AMR could obtain the fixed projected sensor because the. AMR. th sensor wi. ike the scanning area data i nstead of the image data l. 12 channels(6 frequencies, and horizontal and vertical. ing atthef ixed area underf l ightcourse wi ion)i th 55 degrees behind the nadir of zat s point polari t aircraf . ○n thisstudy,i 4RーBFOV and the video image with tis discussed how to make the i r n Lage of A△ i ightness te1mLPerature data by l i nadir angleunder f rne, and superimpose the br ght atthe same t. Aハ4R‐EFOV on the video mosaiced i ion, which is calculated rnages. Then,the sea ice concentrat from thevideoimage was compared wi th the brightness tem peratures measuredby A△なR sensors , . As a resul ion coef f ici ion of sea ice and brightness t ents between concentrat , the correlat tem peratures are overo9 .7 .. (49).

(3) . 198. 中山 雅茂・谷川 朋範・西尾. 1. は. じ. め. 文彦, 酒井. 源樹. に. 地球は人間の急速な経済成長の結果, 多くの自然を失ってきた‐ 近年は, 直接的な破壊にとどまらず, フ ロンガス放出によるオゾン層の減少によって引き起こされる地表面への紫外線到達量の増加や, 大気汚染に よる酸性雨の被害などが表れている. また, 二酸化炭素やメタン放出の急増に伴う温暖化は地球規模の気候 を変え, 熱や水の循環のバランスを崩す恐れがある‐ 今後, これらの問題に対処していくためには, 被害や 影響の表われを全球レベルで把握し, 今後の予測を行っていくことが非常に重要である. 本研究では, 地球環境問題の中でも温暖化によって海氷が受ける影響と, 地球上での大気や海洋の水循環 と熱循環における海氷の役割を評価する手法としてマイクロ波放射計による海氷観測に注目した. そして, 衛星マイクロ波放射計による新しい観測手法の手がかりを得るために, まず, 航空機搭載マイクロ波放射計 による観測を行い, 基礎的な解析方法の確立を行っ た. 1. 1, 雪 氷 圏リ モー トセ ン シン グの 重 要 性. 自然現象の予測を行うには現地調査によって得られたデータと, 各種物理量との関連を表す関係式, そし て, それぞれの関係式を統合するモデルが必要となる. しかし, 前述した環境問題は一部の地域に留まらず 地球規模での問題となっ ている. これらの問題を解決するには, 一定の周期で地球全体を観測することがで きる衛星の利用が有効である. また広い範囲にわたる同質で同時性を有した継続的なモニタリングを行うた めにも, 衛星によるリモートセンシングは有効である. 温暖化による影響の検知を考えた場合, その影響の 表われが顕著に現れる対象の一つとして雪氷圏をあげることができる. 雪氷圏では温暖化による影響の現われとして, 氷河の後退, 氷床の減少, 海氷分布面積の減少などが指摘 されている‐ 雪氷圏のアルベ ド (反射率) は高く, 太陽からの光エネルギーを反射する働きをする. 言い換 えると, 地球の冷源なのである‐ なかでも海氷は季節によって分布が大きく変化し, その多くが雪氷圏の縁 4以上に 辺部にあることから温暖化の進行を検知し評価する指標の一つとなる. また雪氷面のアルベ ドが0 . 04から0 1程度と低いことから, 海氷が減少することによっ て太陽からの放射エネルギーは 対し海洋は約0 ‐ ‐ 海洋に供給され, 温暖化を加速させる正のフィー ドバック効果をもたらす可能性が考えられる. なかでも極 域や海洋では, 人間が定常的に直接観測 を行うことが困難であり, 雪氷圏におけるリモートセンシングは今 後 さ ら に重 要 と なり, な かで も 海氷 観測 は重要 な 一つ の項 目 にな っ て いる.. 1. 2. マイ ク ロ波 放 射 計 の利 点. マイクロ波を用いる理由として,.マイクロ波の雲に対する透過性と太陽光を必要としないという特徴があ l げられる (U1aby,e ta ‐ マイ ク ロ波 は水 雲 の場 合 でも, 周 波 数 が1OGHZ以 下 で は約90% の 透過 率 が . ,1981). ある. さらに, 氷晶雲では周波数が高い場合でも減衰はわずかである‐ また, 光学センサの場合には太陽光 が必要となるが, マイクロ波は太陽光を必要としないことから昼夜を問わず観測することができ, 特に極域 での太陽高度が低くなる期間の観測 手段として有効である‐ マイクロ波を用いたセンサには, 能動型リモー ト セ ン シ ン グ (act ive microwaveremotesens i ng) である 合 成 開 ロ レー ダがある‐ こ の ERS-2(Europe ing an Remote Sens. 一 期 Sate l l i te-2) , RADARSAT な どは分 解 能 が高 い 反 面, 同 地 点 を 観 測 す る 周 が. 長く, 海氷は海域において移動が速いことから, 短周期的な観測手段としては不向きである‐ 一方, 受動型 ive microwave remote sens i リ モ ー ト セ ン シ ン グ (pass ng) であ る マ イ ク ロ 波 放 射 計 を 現 在, 搭 載 し運 iaI Sensor Microwave l i te Program), SSM /1 (Spec 用 中 の DMSP (Def ense MeteorologicaI Satel. ) は, ほぼ一日で地球全域を観測することができる‐ この雲に対する高い透過率と観測頻度の高さ 工mager (5 0).

(4) . 航空機搭載マイクロ波放射計を用いた海氷情報抽出アル ゴリ ズムの高精度化の研究(1). 9 19. から, 衛星マクロ波放射計による海氷観測は有効である. 2. オホーツク海における航空機搭載マイクロ波放射計による海氷観測 オ ホ ー ツク 海 にお ける 既 存 の ア ル ゴリ ズ ム の評 価 と 新 しい ア ル ゴリ ズ ム 開 発 の た め に, オ ホ ー ツク 海 と サ. ロマ湖を実験海氷フィール ドにして航空機観測と地上観測を行った. 航空機観測では, 衛星搭載のセンサか らでは得ることのできない高分解能データを取得することができた. 2. 1. オホ ー ツ ク海 の海 氷 分 布 i i 海 氷 は 大 きく, 多 年 氷 (mul t ce) に 分 ける こ と が で き る‐ 多 年 氷 は rst ‐yeari ce) と1 年 氷 (f ‐yeari. 1年以上融解せずに残っている海氷で, 1年氷は板状軟氷から発達し一冬より長くは経過しない海氷である. オ ホー ツク 海の 海氷 は, オホ ー ツク 海の 北 西 部, ア ム ー ル河 の 河 口 近く で11月 は じめ に凍 結 が始 ま り, シ ベ. 2月上旬にはサハリン島北部に達する. そし リア大陸沿岸に沿って北東に発達する とともに東に発達する. 1 て, 1月初旬には北海道オホーツク海岸沿いに発達した海氷が流れ南下し, 中旬頃には接岸し, 3月上旬ま たは中旬に, 最もオホーツク 海に拡大する. 北半球の海洋の中でオホーツク 海は面積としては小さな海域で あるが, 地球温暖化に伴ってこの海域周辺 が影響を顕著に受けるものと予測されていることから, 海氷の分 布 をモ ニ タリ ン グす る こ と は重 要 で あ る. ま た, オ ホ ー ツク 海の 海水 はユー ラ シア 大 陸の アム ー ル川 から 大. 量に流入する淡水によって, 表層では塩分濃度が低く なっており, 海氷は成長しやすいと言われている. 多 I 0%が1年氷で覆われ, 1967年には約93%に達した. Fi 年氷は存在せず, 全面積約153万Mのうちの平均8 g .. 、. 轟. -- ‐ 、、、 ‐、声 -r l’ ’. 1. 0 .8. 一’. 41. ;. 三. ド. ‐弓, -・ 、. -・. - . ・ト. 可 た、 -.4・. 1978 1980. 一ト. 』 』. 1-. 」. i …. I 鎌- ;. t. 著 : “ ・ ・ .・ ー ‐ 、 .貫 、、 、、 一. “ ・ 篭奉 ー 4幸 ・ ト か I 4P : ‘★ ・’ : r ・ ● : ‐ : ‐ー雛;- . ,,も … 1. 鱒ま …由 .. 1せ ・・ ミ ・- - き′ - 、 ,、 、、 ‐、.. 4’. LJ. L. …’. ー声 一か. 一ト ,. きき. モド , ; ‐ ‐f - - い ‐リ リ 一 〆. J ‐‐. 」. ご▲. 考掌 1} ‘-ド. ▲. -. 1984. ● ,. ‐ 隻 :. 瀞. 一睡 ぼ ,平. 1988. 妾. ′. 圭 …. 1992. 1995. Fig. 1. lnterannual sea ice extent by sM MR and ssM /li n the okhotsk sea (af ter. l Cho, et a . ,1996) (51).

(5) . 中山 雅茂・谷川. 200. 朋範・西尾 文彦, 酒井. 源樹. は, 長 ら (1996) が衛星 マイ ク ロ 波 放 射 計 SM MR, SSM /工の デー タ を用 いて 求め た オ ホ ー ツ ク 海 の 海 氷. 面積の変動である. 近年, 最大海氷面積が減少する傾向にあることがわかる. 2. 2. 航空 機 搭載 マイ クロ 波放 射 計 航 空 機 搭 載マイ ク ロ 波放 射 計 (AMR:Ai t rborne Microwave Radi ome er) は, 宇 宙 開発 事業 団 によ っ. 001年に打ち上げが予定されている ADEOS- ロ に 搭 載 の高 性 能マイ ク ロ 波放 射 計 (AMSR : Advanced て2 Microwave Scanning Rad iome ter) の準 備 プロ グラム と して 開 発 さ れた 航 空 機 搭 載 用 地 球 観 測 セ ン サ で. ある. このセンサは, 海氷面や海面, または地表面などから放射される微弱なマイクロ波を多周波, 多偏波 で受信し, 様々な物理量を推定することのできるセンサとして期待されている. 解析に使用したデータは, 中日 本航 空 株 式 会社 所 有 の ビー チク ラ フ ト200ス ー パ ー キ ン グエ ア に AMR を搭 載 し観測 し た も の で あ る.. 0 に傾いて固定され 航空機の進行に伴って観測対象範囲が センサの視野は航空機の進行方向に対し後方55 , 移動する. 観測周波数は6周波あり, それぞれ水平・垂直偏波があり合計1 2チャ ンネルとなる‐ 両偏波は積分時間1 3 . 3秒 で交 互 に観測 する こ と か ら, 両偏 波 の 有効 視野 (EFOV:af f i ld of Vi t ec ew) は 一 致 しな い. ve Fi e そ して, ホ ー ン型 の ア ンテ ナ によ っ て 観測 さ れた 電磁 波 はア ンテ ナ輝 度 温度 に 変換 さ れ記 録 さ れる‐ ま た,. 観測と同時に撮影したビデオの視野は航空機の直下に向けられ, 観測高度600m, AMR のアンテナ入射角 oの場合には AMR の観測視野の中心よりも約8 55 60m前方を撮影していることになる. これらの条件にも , とづき, ビデオモザイク画像より海氷密接度を推定し, AMR によっ て観測されたアンテナ輝度温度と比較 した‐ しかし, 航空機の旋回中は AMR の観測位置とビデオ画像との対応付けが困難であり, アンテナ入 射角が変化することから, 解析を行っ たのは飛行の姿勢が安定した区間のみと した. AMR 観測概念図を Fig‐2 に, 主 な 諸元 につ い て は Table l にま と めた‐ Table l 中の ビーム幅は水平偏 波 の 場合 を示 してお り, 垂 直偏 波 で は E1 i ) とAz imuth (Az ) が逆 と なる. evat on (EI . ‐. 無熊房謬丘種 金一と=1.55口ぬこ. zヱ]岡 部. T. V v. 鰹 ぬ 亜 璽 霊園瀞霊圃国 翻 v爾 V. 錐 豆-11間 V. Fig.2 ion of airborne AMR IFOV and VTR image on sea ice surface. ject . Pro. (52).

(6) . 航空機搭載マイクロ波放射計を用いた海氷情報抽出アル ゴリ ズムの高精度化の研究(ェ). 2 01. ion of Airborne Microwave Radiometer (A M R) f icat Table t. Speci 200 aircraft, ibedand AMRi Theparameter specifications of AMR aredescr sborned on a Beach‐. ) 観測中心周波数 (GHZ. 6 925 .. 10 65 .. 18 7 .. 23 8 .. 36 5 ‐. 0 89 .. 観測帯域幅 (MHz ). 350. 100. 200. 400. 1000. 3000. 1 33 .. 積分時間 (s ) e c. 温度分解能 (K). <0.1. <0.I. <0.2. 偏波. H and V. )会 g 超蒸留謝e そ. 10 8 .. 9 O .. 6. 6. 5. 5. 6. 3. 0 6.. 12 3 .. 10 0 .. 7 9 .. 6 3 .. 7 2 .. 6 9 .. 主ビーム効率 (%). >90. 交差偏波発生率 (%). <3. ) サンプリング周期 ( s. 3 2 .. ダイナミックレンジ (K). 30~340. 絶対精度 (K). <I. 3. 1996年2月17日観測データ (AMRとSPOT画像) による解析 マイクロ波放射計を用いた観測はアンテナ入射角によって観測輝度温度が変化する. そこで, 解析に用い たデータは海氷域観測データのうち, 航空機の旋回中や上昇・下降中を除いたものを使用した. 3. 1. SPOT画像による観測海氷域の特定 航空機観測と同じ日にサロマ湖を含む, オホーツク海沿岸のSPOT画像が取得された. そこで, 後述す る ビデオモザイク画像をSPOT画像と対応させ, AMR によって観測された海氷域を特定した. SPOT 画像 と 各 観測 コース の 軌 跡, 対応 づ けた ビ デオ モ ザイ ク 画 像 を Fig 3 に示 す‐ SPOT 画 像 は3 シー ン (PATH . LOW :334 260 12 の 画 像 をモ ザイ ク 後, 画 像 下 に 写 っ て い る サ ロ マ 湖 と , 334 261 , 334 262) の Leve. その周辺の道路や港を基準とし地図投影したものである. Fi 3の赤色のラインで示された各観測コースの g . 軌跡は, 航空機に備え付けられた飛行情報システム FDS 200によって得られた位置情報 (緯度, 経度) に ‐ よ っ て得 た‐ そ して, ビ デオ モ ザイ ク 画 像 は SPOT 画 像 内 で対応 が確 認 で き た も の だ け を, SPOT 画 像 の 縮 尺 に合 わせ 縮小 し対応 地 点 に重 ね 合 せ た. Coursel の赤色で示した軌跡と, SPOT 画像に対応 した ビデ. オモザイク画像が海岸に近くなるほど離れていることがわかる. これは, SPOT 画像が航空機の観測より も約2時間前にとられていることから, 海岸線近くでは海氷が西から東に向かって流れていることがわかる. また, 海氷域をAとBの2つに分けたが, 海氷域Aは海氷がまだ発達しておらず, 表面に積雪がないと考え られ, 砕け氷な どの集まりである と推測される. もしくは, 氷盤サイ ズ がSPOT の地上分解能20mに満た ないために, 1画素中の視野内が海氷と開水面の混合したものと考えられる. 3. 2. Coursel の偏波 ,. 周波数間の輝度温度の関係. 今 回の ビ デオ モ ザイ ク 画 像 を用 い解 析 に使用 した Coursel の各周波数における垂直・水平偏波の輝度温. 度の散布図をFi 4に示した. 右斜め上半分が垂直偏波間, 左斜め下半分が水平偏波間の各周波数ごとの特 g . 徴空間である (以後, 垂直をV, 水平をHと表記する) . まず, 周波数が上がるにつれ輝度温度の変化幅が 小 さく なり, 輝 度 温度 の最 低 値 が6 925GHZ OGHZ ‐Vと89 ‐Vで は, 89 ‐Vの 方 が10OK以 上 高 く な っ て . . .OGHZ (53).

(7) . 2 02. 中山 雅茂・谷川. 朋範・西尾 文彦, 酒井 源樹. いることがわかる. また, 同じ周波数の組み合わせによる特徴空間を見た場合, 水平偏波間よりも垂直偏波 間のほうが分散が小さく, 隣り合った周波数では一本の直線上に分布が集中し, 周波数が離れる ごとに2つ の 分布 に分 か れて いく こ と がわ かる.. 3. 3.. 考察 (Coursel - A,. Coursel - B, Course3 - A, Course3 - B). Fig.5 は36 OGHZ 5GHZ ‐Vと89 ‐V の 散布 図で ある. Course1 とCourse3 をそれぞれ海氷状態によっ てA . .. とBに分けてある. ここでの海氷状態とは, ビデオモザイク画像から視覚的に海氷の表面状態, 氷盤の大き さ の違 い によ っ て 海 氷 を 分類 した も の である. 海氷 状態 A, B は Fi 3 のSPOT 画像を用いた海氷状態の g . 分類に対応しており, Aが生成初期からまだ氷板としては未発達な砕け氷の海氷であり, Bは表面のアルベ ドが高く, 海 氷 の 表 面 が積雪, も しく は雪 氷 の構 造 にな っ て いる 板 氷 と 推 測 し た‐ Course3の海氷状態は SPOT画像では雲によって確認できないので, 観測と同時に撮影した ビ デオ画像を基準に判 断した. 次章 で 説明す る ビ デオ モ ザイ ク 画 像 を, 各 コース, 各 海 氷域 ごと にそ の一 部 分 を Fi 6 に示 した. g. Fi 5 の 特 徴 空 間 にお い てCoursel -A (×) とCourse3 ーA (●) は, 同 一 の 直 線 上 に 位 置 す る. こ g‐ れは, Fi 6 の ビ デオ モ ザイ ク 画 像 か らも 明 ら か なよう に, 同 じ海氷タイ プを意 味 してい る. 次 に, Course g. l -B(△) とCour se3ーB(■) では, 輝度温度が高くなるにつれ同上の直線上から離散して空間的な広. がりが大きくなる. これは密接度が高いが, AMR の有効視野内を構成する海氷の種類が1つではなく, そ の混 合比 によ っ て変 化 して いる も の と 考 え ら れる.. 次に, 海氷域A (×, ●) と海氷域B (△, 1 ) を比較してみる. この二つの海氷域の直線的な空間分布 1 5GHZ OGHZ の交 点 で ある, 36 ‐V の約237K付 近 が 海 水 面 を 表 し, そ れ ぞ れ 海 氷 密 接 度 が -Vの約200K, 89 . ‐. 増加するにつれ輝度温度も増加する. しかしながら, 海氷域Bは36 5GHZ ‐Vの輝度温度増加に対し, 約245 . Kあ たり か ら89 OGHZ OGHZ は波長 に して0 34cmと なり, 海 ‐Vの輝 度 温度 が増加 しなく なる もの がある. 89 ‐ . .. 氷板の上に積雪が存在する場合, 海氷からの放射は積雪によっ て吸収されるものと考えられる. そのために, 36 OGHZ 5GHZ‐Vの輝 度 温度増 加 にも か か わ ら ず, 89 -Vの 輝 度 温度 の 増 加 が お さ え ら れ て い る も の と 推 測 . . でき る.. 4. ビデオ画像による航空機搭載マイクロ波放射計の有効視野画像作成 既存のアル ゴリズム評価と新しいアル ゴリ ズム開発のためには, 航空機観測による高分解能データの取得 l が不可欠となっ た. しかしながら, 航空機搭載マイクロ波放射計の地表面分解能は数百m (Tab e 2参照) とSPOT, TMなどの光学センサよりも低い. そのために, マイクロ波放射計の有効視野 (EFOV) の情報 を, 他の方法で得る必要がある. そこで, 航空機搭載マイクロ波放射計を用いた観測と同時に, 航空機の直 下を撮影した ビデオ画像からマイクロ波放射計の有効視野内画像を得る手法を新しく開発した. この章では, 実際に作成した有効視野切り出しを行うのに必要な事項について, 順を追って説明する. 実際には本研究で 用いた航空機搭載マイクロ波放射計の視野は楕円であるが, ここではそれを含む長方形の画像を切り出す手 法について説明する. 4. 1. ビデオモザイク画像の作成 AMR 観測と同時に航空機直下の海氷分布状態を撮影したビデオ画像を A/D 変換し, 1シーン240×180 ま た は320×240ピク セ ル, フ レーム レイ ト (fps) を飛 行 高 度 によ っ て 変 更 し動 画画 像 と して 保 存 し た. そ. してこの動画画像を各フレームごとに分割し, A/D 変換の際に生じる画像周辺のノイズと画面下部に撮影 4) (5.

(8) . . 航空機搭載マイクロ波放射計を用いた海氷情報抽出アル ゴリ ズムの高精度化の研究(工). 203. . r・ ・;¥ .. - ムイ き三省 レニ ,. 1 5 「2: 09#・. 、 11:. se6.蝿*. . へ} .-,. r .・ ●. 』 . 「 . し .. 小 ▲ .. ‘, . ・ ・ }く i~ . 二 . r . . .. .‐ー “キー ・- ,テ ・ .きざ . も. 一 二 ; ・. ¥ ′・ . ノ;ゞぇ ′婁‘* ”′ }’泳 ご’長 .三、 一. . ‐〆 デー い ざ轡二 こも, キー . . 」. ! ーて ~ :A 1 . , ・ 1.ノ ‐ ′′ ′、 : .. .. ’ そ ご′. ちぎるメ ド;. . . -′ ・ ←- ′,‐キ ′ゞ ‐シ ー . 、 こぎミ .三. ・ .′ ′ ノ ′ .′‐1‐ ‐ ′ . . ′ ・ 〆・ ′ . ;:つ γ .」 , ′ ,. ・ ‐ ′. . i ▲ J r. た ¥. . ‐ ‐. . . 一等 ,も三 一 , -鷲45. -′ . ‐ ′ ′- : ′ 二 ‐ メニー ‐ 三 つ . せ : Y .ぎ ざ ざき も キ ‐ゞ ぎ. 1 F さ ミニ ‐ 、 ,ラ ニ セメ ・ .. . ‐弦 ; , . . 」 { .‐ ごミ ゞ・ ダニ こ . .. . トキL一. ‐ i c ・ ノ 或鼠F -. r 雲 ′ 言ノ三 、 詠三. 計 一 岸」 」 「 】. . ‐ .・- - 、 . ′ ・ ・ . - ‐ -. ′ 声. ー ‐ -‘:ノ 一 . - - 、 ・′- 「 . . 1 . - 「 ・ ね - :. 、 1 を ‘ ・一 ・ ・. 三. - 、三. \ 1 - \ャ .ノ ー藁モル.r 】±ヒー. . 1 - ・ ‘ ー . Fig.3. SPOT image of sea ice f loes in the okhotsk Sea (February 17 1996 ) .. (55). 二.べ 「 j 」 、 」 . 15 0--1 1 , :50: ,. 、 三 義 ー 」 亀 .

(9) . 20 4. 中山. 雅茂・谷川 朋範・西尾. 文彦, 酒井. 源樹. 那 加 櫛 柵 凋 郡 鋤 田 畑 i第 饗 珊. 董\濯〆 図 図 図. 図が. 董. 1餌 斑 珊 瑚 樹 澱 lkyPo lar ized Wave zonta. Fig. 4. Scat iZat ion on CoUrsel. ter pーots an nong the san r le poーar. 贈り昔 製 Nエリodの帯 世ゴー 云為 { 等 〉- と 湧き -. 230 190. 200. 210. 2a0. 230. 240. 250. 260. Bパgh 5GHZ t ne際;箕田npe l -V(幻 a山鳩at36 .. Fig.5 . Scatter p1ots of 36.5GHZ-V versus 89.OGHZ‐V on Coursel - A、 Coursel - B、 Course3 - A ar ld Course3 - B. (56). 270.

(10) . . . . . . . . (57). , .. . MOSaiCed \ /TR in -A、 1 - B、 3 一 A、 3一一B. r lages on Courset-. Fig・6.. . .. 3‐B. 3‐A. 1‐B. 1‐A. ムGr F E E ”””に”に” ”に”””に”””” に ”“ ヒコドムr ・ ●● . ●.● ● ●. ・ . . . . 205 航空機搭載マイクロ波放射計を用いた海氷情報抽出アル ゴリ ズムの高精度化の研究(1). . ・. . .. , {.

(11) . 中山 雅茂・谷川 朋範・西尾 文彦, 酒井. 206. 源樹. Tab1e 2. Ef fect i ieーd of vi ident a1 ve f ew size at 55 degrees of inc 1gー e.. 中心周波数(GHz ). 925 6 .. 10 65 .. 18 7 .. 飛行高度(m). 3000. 定常飛行速度(m/s ) e c. 9 0. 有効視野(km). 36 5 .. 89 0 .. 81 .. 2 13 .. 1 74 .. 1 39 .. 1 13 .. 1 28 .. 1 28 .. Az .. 0 98 .. 0. 79. 0 59 .. 0 49 .. 0 57 .. 0 57 .. 飛行高度(m). 00 5. 定常飛行速度(m/s ) e c. 80. 有効視野 (km). 23‐ 8. EI .. 44 0 .. 0‐ 38. 0 32 ‐. 0 27 .. 0 3 .. 0 3 .. Az .. 0 16 .. 0 13 .. 0 I .. 0 08 .. 0 09 .. 0 09 .. 時刻があるため, トリミング処理を施した. そして各画像を別途開発された自動モザイク画像作成ソフトウェ 998) によりモザイク画像を作成した. 処理の流れをFi ア (織田他, 1 7 g . , 作成 した ビ デオモザイク画像 を Fi 8 に示 した‐ なお, 自 動 モ ザイ ク 画 像 作 成 ソ フ トウ ェ ア は, 各 フ レーム 間の 画 像 内の 移 動 量 を 非 線 形 最 g‐. 適化を行うことにより自動的に計算し, 接合するものである. 4. 2. ビデオ モ ザイ ク画 像 上 にお ける AM R有 効 視 野 の 位 置 合 わ せ. ビデオモザイク画像上にAMRの有効視野の位置を特定するために, 航空機の GPSデータを用いない次 の よう な 方 法 を用 いた. こ こ で, GPS デー タ を用 い な か っ た の は 航 空機 の移 動 速 度 が速 いた め に, GPS の. データ出力値に誤差が含まれ正確な位置合わせができなかっ たためである. ビ デオ画 像 の モ ザイ ク はあ る フ レーム レイ ト (z) の動 画 画 像 を使用 して いる 場 合, あ る 時 刻 (丁) の 次 の フ レーム の 撮 影 時刻 T′は T′ = T+i/z. ( 1 ). と 表 せ ら れる‐ こ のよう に して, 元 の ビ デオ 画 像 の 先 頭 フ レー ム の撮 影 時刻 を Ts と 決める こ と で, モ ザ イ. ク後の画像上において撮影時刻による座標を与えることができる(Fi 9) g . ‐ ここではそれを観測時刻座標と 呼ぶ. 次 に, n フ レーム 目の 中心 座標 の 時刻 は. ( 2). rれ = rs十%/z. と なる. 1 フ レーム 目か ら れ フ レーム 目の 間 に進 む距 離 Dれ は, その 間 の平 均 飛 行速 度 を ひ とする と,. ) ( 3. Dれ = り(rれ- Ts). と表すことができる. 両辺をり で割ると. ( 4 ). Dれ/ひ ; Tれ 一 Ts. と なる. こ れ は1 フ レーム 目 か ら れ フ レー ム 目の 間 に航 空 機 が進 ん だ 距 離 を 観 測 時 刻 座 標 に よ っ て 表 して いる. そこ で, 同様 に, 飛 行 高 度 ね, 入 射角 α の 時 の ビ デオ 視 野 の中 心 と AMR 有 効 視 野 の 中 心 ま で の 距 離であるね・ t anα をその間の平均飛行速度 物 で割ることによって 有効視野の中心位置を撮影時刻 Tガ で. ,. 表すと Tれ′ = rれ 一ね.tanα/』. ( 5 ). と なる (Fig 10) . .. このようにして AMR の有効視野の中心を VTR モザイク画像上に対応 づけた. また, 有効視野の進行方 (58).

(12) . 航空機搭載マイクロ波放射計を用いた海剥ぐ情報抽出アル ゴリ ズムの高精度化の研究(1). 207. 向両端の座標は次のように表すことができ, 切り出された観測周波数毎の有効視野の画像を Fig.11に 示 す.. 研醐. 醐 +{平. のに 醐(. ¥≧. Ma n(. 『. . ( 6 ). .a n(α十号) 二t. ①. . ここで, 添字(s) …進行方向前方, (8) …進行方向後方, 入射角をα, ビーム幅をβとする.. モザイク対象領域の選定 ムー ビーファイルの作成 各フレームの分割 画像周辺ノイ ズ部分の削除. 各画像の位置ずれ情報を作成 ビデオモザイク 画像の作成 AMR有効視野範囲の切り出 し. Fig. 7. F1ow chart of producing VTR mosaiced image.. 9) (5. Fig.8.. Mosaiced VTR images,.

(13) . . 208. 中山. T1. - 、、. 馳 TI. ‘. .. 朋範・西尾. 文彦, 酒井. 源樹. , . , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , 徽 “渦 , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,. -. 馬. 鯛痴. 雅茂・谷川. T. . . ,. ▽匝 間縦c煎郷. 襲 駆 霊 霊 園 ,. h ・ t an α T n’. T2 … w w 町 憎 洲‐ h M m M m w “ Th. Tn. Fig. lo. COI igurat ion between VTR ar ld 1f. AMR/EFOV. center Pos-t ーon.. Fig.9. Coordinates of observat i ion t r l re.. 4. 3. 海氷密接度 各有効視野内の海氷密接度を求める方法を説明する. ここで海氷密接度とは単位面積当たりに占める海氷 域の面積の割合で, 次のようにして求めた. 1 ) 海氷と開水面を分離するためには近赤外の波長帯が有効であることから, ビデオ画像の RGBのうち赤 (Red) の チ ャ ンネ ルの み を取 り 出 し, 単 バ ン ドイメ ー ジ に変 換 する. 2) 画 像 中の ピク セ ル値 に対 する ヒス ト グラム を求 める.. 3) 海氷域と開水面を分離するための閥値を決定し, 2階調化された画像を作成. 4) ピクセル値0(黒)を開水面, 255(白) を海氷とし密接度を計算. したがっ て, 次式の2値化画像による海氷密接度を定義した. 海‐ 氷 十” 密接- 度(%);. ピク セ ル 数 255(海氷)の 十十 十 廿 画 像中 の 全 ピク セ ル 数. ×100. (8). 以上のようにして求めた海氷密接度とAMR の放射輝度温度との対応を調べた. 4. 4. 有効視野画像の切り出し位置の評価 ビ デオモ ザイ ク 画 像 か ら切 り 出さ れた AMR の EFOV (Fi 11) の位 置 合 せ の 精 度 を 評 価 す る た め に,. g‐. 先に求めた海氷密接度と輝度温度の関係を調 べた. また, AMR の有効視野は瞬時視野を1 33秒積算 してい . るから, 画像の中心になるほど積算時間が長い‐ そこで, 密接度に対し積算時間の重み付けを行っ た. さら に, マイ ク ロ 波 放 射 計 の視 野 は 実 際 に は楕 円であ る こ と か ら, Fi 11の よう に切 り 出 さ れたBFOVを 含 む 四 g.. 辺形に切り出した領域に, 楕円のトリミング処理を施し実際のEFOV内の密接度の値と比較を行っ た. ここ で は, 地 上 分 解 能 の も っ と も 高 い36 5GHZ ‐V偏 波 の み を 使 用 し, 3 - 3節 で説明 した海氷状態の違う . Coursel - A Coursel -B に分 けて 密接 度 と 比 較 を行 っ た Fi 12 の(×)サ ン プル はCoursel - A, , . g .. (○) サ ン プル はCoursel -B の画 像 か ら求 め た密 接 度 である. ま たa)~d)の グ ラ フ は 次 の よ う に な っ て い る.. a). 有効視野範囲を含む四辺形に切り出した画像 (6 0).

(14) . . 航空機搭載マイクロ波放射計を用いた海氷情報抽出アル ゴリ ズムの高精度化の研究(工). b). a) に積算時間を考慮した重み付け. ) c. 有効視野範囲の画像 (楕円). d). ) に積算時間を考慮した重み付け c. l 以上のように求めたそれぞれの密接度と, 輝度温度との相関係数をTab e 3 に示 す. Sample No .970316 S1492 ly Polarized wave Horizontal . . 6.925. . 10.65. 18.7. . . . 89.O. 36.5. 23.8. . E n = 川 打 1 偉 体 に に 行 . 1 1 . 〉 、‐ ‐ 、 、1 1 1 ・I 11 …. . . 、 に” ” “ 決. 1 浦 服 序 捧 u 旦 員 ” ”割 引 柵 畿 眠 眠 旧 旧 … 間 期 細 釧…把 旅 甘 ” 11 1. Vertical ly polarized wave. Fig.11. Sample image of AMR/EFOV area.. Tab1e 3. Correーat ion coeff icients of sea ice cor ion and br ightness temperature lcentrat .. a). b). c). d). ○(氷板). 0 811 .. 0 835 .. 0 813 .. 0 832 .. × (砕け氷). 0 979 .. 0 974 .. 0 977 .. 0 973 .. (6 1). 209.

(15) . 中山. 210. 雅茂.谷川. 朋範・西尾. 260. l. β od紬 甑. R=D 811 .. 全 250. ー が一v v. L/警. 藁24〇. / 1. 妄23O. . . Yノ. . 0. 20. R=0 ,IS. . 廷24〇. 蕎 ・ 23o. 80. loo. ×. ×. 0. 20. 60. 80. 100. . p ‐ DBB {we … o‘州…I dhせ叩き. 竣-V 56H T朝 r eき n36 n “P窃鵠t u 、 : -d} o- ・ - ごw1 u ・ ut. 260. 250 O. 電24O. 40. Seal 挙句 t 岩請わn ( c eConcen. -繍博拍歳 無襟s歌 曲 醐 脂衡n織dB “ h熊s b s 9 } Re Tem e V a口 n3656H乏 - r u r eS. 9. 文. ×. seal i t c eCon C館[ r a o縦覧). 之6o ,. ×. ×. 200. 60. O ー o o ▼ o. =210. ー 40. イ. 2250. . 只=0 979ーーーーー ‐. ※. 260. 蔓z2O. / lx. / x. ZOO. 凝. ー 叉▼. ×. x. . 〆. ). 源樹. c) 繍ぬ嘘P醇璽冨豊 麗精霊豊 富 爾 欝 ㈱. 【嫌m鮎 a) 畿離 E醐 紗e鞭m畿蔽ぬ舵醐 加麟dB s Tem 56 キ t Z Y t - 議 u U i a r e懲36 徽P e 附 ‐ t行「 i nl 加 eき 増▼ ▼ ▼川em姿態嬢r ▲. 文彦, 酒井. 。 :. 2ー. 250 Q. Y ) 夢. イ. R=0‐ 83. . G. 夏24〇 お. O. 毎23O. 毎23〇. . . × ×. 豊22o. × ×. 琶22o - ≦ ’. き に. . 210. ×. ZOO. 杖. 200 0. 20. 40. 60. 80. 100. 0. 20. 40. 60. 80. 10O. . Se t t {%} a al r 窃n ce[oncen. 総aE礎 i (%) en r歌i on .Conc. Fig. 12. Relat ionship between sea ice concentrat ions and br ightness temperatures in 36.5GHZ‐V. b i ing to sample ) ) t t we ght a cu mg Image ・n square ing image in el l ipse c) cutt. 4. 5. 考. d) weight ing to sample. 察. Table 3から分かるように ,. 板氷 (○) はb) とd) の両方の場合で相関がよくなっ ている. これは個々. の氷板が認識可能なサイ ズのため, 海氷と海水面の境界がはっきりし, 重み付けの効果が現れたものと考え られる. しかしながら, 砕け氷 (×) では a) の四辺形に切り抜いた場合がもっ とも相関がよく, 他の場合 は下 が っ て いる‐ この 原 因 は いく つ か 考え ら・れる が, 相 関係 数0 973か ら0 979は有 効 視 野 の 位 置 が 正 しい こ . .. とを表すのに十分な値である‐ また, 板氷 (○) の相関係数が砕け氷 (×) より低くなった要因は, 分布す る 氷 板 の 種 類 が いく つ か混 ざり 合 っ ている こ と か ら, そ こ か ら放 射 さ れる マイ ク ロ 波帯 のエ ネ ル ギー 量 に違 い が生 じたた め と考 え ら れる.. 5.. ま. と. め. 本研究で用いた航空機搭載マイクロ波放射計はポイントセンサのため, 観測対象である海氷面を画像とし て得ることはできない. しかし, 同時撮影された ビデオ画像から観測対象領域のモザイク画像を作ることに (6 2).

(16) . 航空機搭載マイクロ波放射計を用いた海氷情報抽出アル ゴリ ズムの高精度化の研究(1). 1 21. より, そこからマイクロ波放射計の観測視野内の画像を得る 手法を新しく開発した‐ この手法はさらに小型 GPS による緯度・経 度 のセス ナ な どによ る 他 の セ ンサ を用 い た観測 に応 用 でき る可 能 性 があ る. ま た, ,. は高い. 今後は 情報を必要としないことから, 簡便な手法でありな がら本研究で明らかになったように精度 おけ 本研究で確立した手法を用いて, 海氷のマイクロ波帯における放射プロセスを明らかにし, 衛星観測に る 基 盤 を確 立 して い き た い. 辞. 6. 謝. び分 本研 究は宇宙開発事業団との共同研究である 「AMSRによるオホー ツク海における海氷密 接度およ 類 ア ル ゴリ ズ ム の 開 発」 によ っ て 行 わ れたも の であ る‐ ここ に記 して, 感 謝す る 次 第 である.. 参. 考. 文. 献. 981) K c rowave remote sensing -active and pass・ve. : Mi U1aby, F. T. e and A. K. Fung (1 , R. . Moor t ry) ome (Mi Volume l . ARTECH HOUSE,456p. crowave remote sensing, Fundamentals and Radi 接度 推 幸平, 佐々 木信 夫, 下田陽久, 坂田俊 文, 西尾文彦 (1996): オホーツク 海にお けるSSM/1データ を用いた海氷密 58 2 16 - . 定ア ル ゴリ ズムの評価 と改良, 日本リ モー トセンシン グ学会誌, Vol , 47 . , No. 海の海氷分布の 時系 列 変 化の 把 握 タによるオホーツク 佐々木信夫 長 幸平 下田陽久 坂田俊文 西尾文彦: SSM/1デー 長. ,. ,. ,. ,. 4 33 13 - 成6年度春季学術 講演 会論文集, 1 . (1994) , 日本リモー トセ ンシ ング学会平 i Pass 9 9 7 ) ( 1 d rowave algorithms f。r sea ve mi c Parkinson an p. GI : C L i e n 。 e r s Comiso J C D. J. Caval eri . . ,. , , . . 7 84 r。nment ion: A compari echniques. Remote Sensing Envi , 35 ‐3 . ice concentrat son oftwo t , 60 P GI。ersen, C. C i i i er A W L h i k q R Anderson, D. J・ Caval F EP er, D. T. , J. C. om so, ‐ , L. D. armer, . . o an c , . . d C. T. l h 1 R bi ti N1l ler l ikainen, J. A. N【aslanik, C. M[atz l l Garrity, T. C. Grenfe , R. A. e o , . u ns e n, an . Hal , 4 h Swif t( 9 2 ): Passive microwave signatures 。f sea ice, ed, by Frank D.Carse AGU, Ge。phy, Monograp , 1 9. 71 68 ‐ . ,47. 6): Reduction of weathereffects in the calculation 。f sea ice concentration i 198 eri( GI。ersen, P. and D. J. Caval 3919 3 一 ianc f es , crowave rad rom mi , Resリ 91(C3) ,391 ,J, Geophys Vl 織田和 夫, 近藤, 剛, 尾幡昌芳, 土居原健 (1998): LM 法による 画像の自動モ ザイク, 写真測量 とリ モー トセ ンシング, o◆ 3 4251 37 , No., - .. ) 1 9 7 7 増沢譲太郎 ( , 海洋科学基礎講座4-海洋物理W:, 東海大学出版会.. (63).

(17)

参照

関連したドキュメント

7.2 第2回委員会 (1)日時 平成 28 年 3 月 11 日金10~11 時 (2)場所 海上保安庁海洋情報部 10 階 中会議室 (3)参加者 委 員: 小松

ALPS 処理⽔の海洋放出にあたっての重要なポイントは、トリチウム、 62 核 種( ALPS 除去対象核種)及び炭素 14 の放射能濃度を希釈放出前にきちんと

撮影画像(4月12日18時頃撮影) 画像処理後画像 モックアップ試験による映像 CRDレール

 次に、羽の模様も見てみますと、これは粒粒で丸い 模様 (図 3-1) があり、ここには三重の円 (図 3-2) が あります。またここは、 斜めの線

目的の温度測定は達成できたが、水蒸気量が多く、水滴や放射線によるノイズの影