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ARCHERという略称でも知られるAirborne Real-time Cueing Hyperspectral Enhanced Reconnaissanceは、目視や通常の航空写真よりもはるかに詳細な地上画像を生成する航空画像システムです。[ 1 ]米国政府関係者によると、 これは利用可能な最も高度な非機密ハイパースペクトル画像システムです。 [ 2 ] ARCHER は、探している対象物 (行方不明の航空機など) の特定の特徴、[ 3 ]周辺地域の異常、または以前に記録されたスペクトル特徴からの変化について、詳細な画像を自動的にスキャンできます。[ 4 ]
捜索救助、麻薬対策、災害救援および影響評価、国土安全保障に直接応用でき、米国では民間航空パトロール隊（CAP）がオーストラリア製のギップスランドGA8エアバン固定翼機に搭載して運用している。[ 2 ] CAPは米国空軍の民間補助組織であり、米国で航空機の捜索救助活動を行うボランティアによる教育および公共サービスを行う非営利団体である。
ARCHERは、物体の反射光を分析することで機能する、昼間の非侵襲的な技術です。夜間、水中、密集した植生の下、地下、雪の下、または建物の内部では物体を検出できません。[ 5 ]このシステムは、航空機の腹部にある石英ガラスのポータルを通して下向きに取り付けられた特殊なカメラを使用し、通常は標準的な任務高度である2,500フィート（760メートル）、対地速度100ノット（50 メートル/秒）で飛行します。[ 6 ]
システムソフトウェアはロサンゼルスのスペースコンピュータコーポレーションによって開発され、システムハードウェアはハワイ州ホノルルのノバソル社がCAP向けに特別に供給している。[ 5 ] [ 7 ] ARCHERシステムは、米国海軍研究所（NRL）と空軍研究所（AFRL）が以前に実施したハイパースペクトル技術の研究とテストに基づいている。[ 7 ] CAPは、NRL、AFRL、米国沿岸警備隊研究開発センターと協力してARCHERを開発した。これは、CAPが74年の歴史の中で実施した最大の省庁間プロジェクトである。[ 8 ]
2003年以降、 2002年国防歳出法に基づき承認された約500万米ドルが開発と配備に費やされてきた。[ 5 ] 2007年1月現在 CAPは、米国全土に16機の航空機の初期配備を完了し、100人以上のオペレーターを訓練したと報告したが、システムを数回の捜索救助任務で使用しただけで、残骸を最初に発見したとは認めていなかった。[ 9 ] 2007年にジョージア州とメリーランド州で行われた捜索で、ARCHERは航空機の残骸を発見したが、CAPの先進技術担当ディレクターでARCHERプログラムマネージャーのドリュー・アレクサ大佐によると、どちらの事故にも生存者はいなかった。[ 1 ]民間航空パトロールのユタ州支部のARCHER搭載機が、2007年9月に冒険家のスティーブ・フォセットの捜索に使用された。 [ 3 ] [ 10 ] ARCHERはフォセット氏を発見できなかったが、ネバダ州 の砂漠地帯にある、 数十年前の8か所の未調査の墜落現場を発見するのに役立った。[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
アレクサ大佐は2007年に報道陣に対し、このシステムについて次のように説明した。「人間の目は基本的に3つの光の帯を識別します。ARCHERセンサーは50の帯を識別します。金属や飛行機の残骸など、植生の中にある異常なものを識別できます。」[ 1 ]ネバダ州民間航空パトロール隊のシンシア・ライアン少佐も2007年に報道陣に対し、このシステムについて次のように説明した。「ARCHERは基本的に地球科学で使用されるものです。人間の目が一般的に認識できる範囲を超えた、非常に高度なものです。」[ 15 ] 彼女はさらに詳しく説明し、「岩や木、山、セージブラシなど、何でも識別できますが、『あれではない』または『あれだ』と判断できます。驚くべき点は、対象のわずか10パーセントしか見えなくても、そこから推測できることです。」[ 16 ]
CAPは、主な捜索救助任務に加えて、ARCHERのその他の用途もテストしてきました。[ 17 ]例えば、ARCHERを搭載したCAP GA8は、2005年8月にミズーリ州で行われたパイロットプロジェクトで、有害物質の環境への放出を追跡するためのシステムの適合性を評価するために使用され、[ 18 ]また、2005年9月には、ハリケーン・リタの後にテキサス州で発生した石油流出を追跡するために配備されました。[ 19 ]
それ以来、ミズーリ州発のフライトの場合、ARCHER システムは 2006 年 10 月にオクラホマ州アントラーズで残骸を発見し、その有用性を証明しました。[ 20 ]国家運輸安全委員会は ARCHER が提供したデータに非常に満足しており、このデータは後に何マイルにもわたる険しい森林地帯に散らばった航空機の残骸の位置特定に使用されました。2007 年 7 月、ARCHER システムはカンザス州の石油精製所から発生した洪水による油流出を特定し、それが下流に広がり、これまで疑われていなかった貯水池地域に侵入しました。[ 21 ]依頼機関 (EPA、沿岸警備隊、その他の連邦および州の機関) は、このデータが迅速な修復に不可欠であると判断しました。2008 年 9 月、テキサス航空団の民間航空パトロール GA-8 がアーカンソー州で行方不明の航空機を捜索しました。この航空機はオクラホマ州で発見され、地上の捜索隊と上空を飛行する ARCHER システムによって同時に特定されました。これは直接的な発見というよりは、システムの精度と有効性を検証するものでした。その後の回収作業で、ARCHERが残骸の分布域を非常に高い精度で特定していたことが判明しました。
ARCHERサブシステムの主要コンポーネントには以下が含まれます。[ 6 ]
受動型ハイパースペクトルイメージング分光リモートセンサーは、マルチスペクトルバンドでターゲットを観測します。HSIカメラは、可視スペクトルの青色端の波長500ナノメートル（nm）から赤外線の1100 nmまで、画像スペクトルを52の「ビン」に分割し、カメラのスペクトル分解能を11.5 nmにします。[ 22 ] ARCHERは52バンドすべてでデータを記録しますが、計算アルゴリズムは、960 nmを超えるバンドはノイズが多すぎて役に立たないため、500 nmから960 nmまでの最初の40バンドのみを使用します。 [ 23 ]比較のために、通常の人間の目は約400～700 nmの波長に反応し、[ 24 ]三色型であり、目の錐体細胞は3つのスペクトルバンドの光のみを感知します。
ARCHER航空機が捜索区域上空を飛行すると、反射された太陽光がHSIカメラレンズによって集光されます。集光された光は、地上の像を形成するために光を集束させる一連のレンズを通過します。この画像システムは、プッシュブルーム方式で画像を取得します。プッシュブルーム方式では、集束スリットによって画像の高さが垂直方向の1ピクセル分に縮小され、水平方向の線状の画像が生成されます。
水平線像は回折格子に投影されます。回折格子とは、光をスペクトルに分散させる非常に微細なエッチング加工が施された反射面です。回折格子は、水平線像から二次元（2D）スペクトル像を生成するように特別に設計・配置されています。スペクトルは、回折格子の設計と配置によって、垂直方向、すなわち線像に垂直な方向に投影されます。
2次元スペクトル画像は、電荷結合素子（CCD）2次元イメージセンサーに投影されます。このセンサーは、水平方向のピクセルが画像の水平方向と平行になるように配置されています。その結果、垂直方向のピクセルは回折格子から生成されるスペクトルと一致します。各ピクセル列は、元の画像の1つの水平方向ピクセルのスペクトルを受け取ります。CCD内の垂直方向ピクセルセンサーの配置により、スペクトルは互いに重ならない明確な区間に分割されます。CCDの出力は、504個の水平方向画像ピクセルそれぞれについて、52のスペクトルバンドに対応する電気信号で構成されます。
機上コンピュータは、CCD出力信号を毎秒60フレームのレートで記録します。航空機の高度が 地上2,500フィート、速度が100 ノットの場合、 60Hzのフレームレートは、ピクセルあたり約1平方メートルの地上画像解像度に相当します。したがって、CCDから取得される各フレームには、長さ約1メートル、幅約500メートルの地上帯のスペクトルデータが含まれています 。[ 23 ]
高解像度イメージング（HRI）白黒またはパンクロマチックカメラは、HSIカメラの隣に設置され、両方のカメラが同じ反射光を捉えることができるようになっています。HRIカメラは、HSIカメラと同様にプッシュブルーム方式を採用し、同様のレンズとスリット配置で入射光を細く広いビームに制限します。ただし、HRIカメラには入射反射光を分散させるための回折格子はありません。代わりに、光はより広いCCDに導かれ、より多くの画像データをキャプチャします。1フレームあたり地上画像の1ラインをキャプチャするため、ラインスキャンカメラと呼ばれます。HRI CCDは 幅6,144ピクセル、高さ1ピクセルです。フレームレートは720Hzです 。ARCHERの捜索速度と高度（ 地上2,500フィートで地上100ノット ）では、白黒画像の各ピクセルは、地上の3 インチ×3 インチの領域を表します。この高解像度により、一部の物体を識別する機能が追加されます。[ 23 ]
操縦席のモニターにはリアルタイムで詳細な画像が表示され、システムは画像と全地球測位システム（GPS）データを毎時30ギガバイト（GB）の速度で記録し、後で分析します。 [ 1 ]機上データ処理システムは、データ取得と記録、生データの補正、目標検出、キューイングとチッピング、高精度画像ジオレジストレーション、画像製品と目標キュー情報の表示と配信など、多数のリアルタイム処理機能を実行します。[ 25 ]
ARCHERには、ターゲットの位置を特定するための3つの方法があります。
変化検出では、シーンの変化が特定され、新しいターゲット、移動したターゲット、または出発したターゲットが評価のために強調表示されます。[ 2 ]スペクトルシグネチャマッチングでは、システムに、塗装の色などの行方不明の航空機のパラメータをプログラムして、オペレーターに残骸の可能性を警告することができます。[ 3 ]また、石油製品や環境に放出されたその他の化学物質などの特定の物質[ 18 ]、あるいは一般的に入手可能な青いポリエチレン防水シートなどの通常のアイテムを探すためにも使用できます。影響評価の役割では、嵐で損傷した建物を一時的に修復するために使用される青い防水シートの位置に関する情報は、災害救援活動の方向付けに役立ちます。麻薬対策の役割では、遠隔地にある青い防水シートは違法行為に関連付けられる可能性があります。[ 27 ]
は、肉眼や通常の写真撮影では得られないほど詳細なパンクロマチック航空画像を取得できます。
入手可能な最も高度な非機密ハイパースペクトルイメージングシステム。
によると、色や形状など、目標を記述する一連のパラメータが ARCHER システムにプログラムされている。
は「ARCHER」とも呼ばれます。HSI は、マルチスペクトルバンドでターゲットを観測する受動センサーシステムです。
{{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）は、物体の反射光を分析することによって機能する、昼間の非侵襲的な技術です。
、高度なハイパースペクトル イメージング (HSI) システムとパンクロマチック高解像度イメージング (HRI) カメラが搭載されています。
各ARCHERシステムは、NovaSol社が設計したプッシュブルーム型の可視光/近赤外線（VNIR）ハイパースペクトルイメージング（HSI）センサー、同軸視準の可視光パンクロマチック高解像度イメージング（HRI）センサー、およびCMIGITS-III GPS/INSユニットを統合したセンサーアセンブリで構成され、GA-8機内に搭載されています。ARCHERには、Space Computer Corporation（SCC）が開発した機上データ処理システムが組み込まれており、データ取得と記録、生データの補正、目標検出、キューイングとチッピング、高精度画像ジオレジストレーション、画像製品と目標キュー情報の表示と配信など、多数のリアルタイム処理機能を実行します。
・シューダ博士 (CAP) は、民間航空パトロールが 16 機の空中リアルタイムキューイングハイパースペクトル強化偵察機の初期配備を完了したと報告しました…
…ユタ州民間航空パトロール隊の飛行機が水曜日に到着し、ハイパースペクトル画像とパンクロマチック画像を収集できる装置を搭載していた…
アーチャーはフォセット氏を発見していませんが、険しいシエラネバダ地域でこれまで気づかれていなかった少なくとも8機の飛行機の残骸の発見に役立っています。
捜索隊は、ネバダ州西部の険しい山々で何年も行方不明になっていた他の8機の飛行機の残骸を発見した。
…金曜日にリノの南東約45マイルの丘陵地帯で発見された別の墜落機
…は、1975年にオレゴン州で最後に登録された古い墜落機であることが判明した。
…ARCHER イメージングシステムのようなハイテク捜索装置が登場する前は、2,500
フィート離れた場所からオートバイほどの小さな目標物まで識別できた。フォセットチームが発見した墜落現場の 1 つは 1964 年のものかもしれない…
「ARCHERは基本的に地球科学分野で使われるものです」とライアン氏は語った。「人間の目が通常見ることができる範囲を超えた、非常に高度な技術です。」
「岩が見えたり、木が見えたり、山が見えたり、セージの茂みが見えたり、何でも見えるかもしれないけれど、『あれじゃない』とか『あれだ』と言うんです」と彼女は言った。
はARCHERの多くの追加用途を発見しており、国土安全保障、災害評価、麻薬取締りなどの任務にも使用されている。
ミズーリ州天然資源局は、ARCHERの環境応用を評価するためのパイロットプロジェクトを進めています。
ギップスランド・エアロノーティクス社のGA-8「エアバン」が、ハリケーン・リタの評価を支援するため、ウェスト・ヒューストン空港に到着した。
ARCHERには、Space Computer Corporation (SCC) が開発したオンボードデータ処理システムが組み込まれており、多数のリアルタイム処理機能を実行します…
…シグネチャマッチング（反射光をスペクトルシグネチャに一致させる）、異常検出（画像内のすべてのピクセルの統計モデルを計算して、ピクセルが適合しない確率があるかどうかを確認する）。
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