衛星画像

衛星画像（地球観測画像、宇宙写真、または単に衛星写真とも呼ばれる）は、世界中の政府や企業が運用する画像衛星によって収集された地球の画像です。衛星画像会社は、 Apple MapsやGoogle Mapsなどの政府や企業にライセンスを供与することで画像を販売しています。

宇宙からの最初の画像は、弾道飛行で撮影された。 1946年10月24日に米国が打ち上げたV-2ロケットの飛行では、1.5秒ごとに1枚の画像が撮影された。遠地点は65マイル（105 km）で、これらの写真は、1935年のエクスプローラー2号気球ミッションによる以前の記録である13.7マイル（22 km）の5倍の高さから撮影された。^[1]地球の最初の衛星（軌道上）写真は、1959年8月14日に米国のエクスプローラー6号によって撮影された。^{[2] [3]}月の最初の衛星写真は、1959年10月6日にソ連の衛星ルナ3号によって月の裏側を撮影するミッションで撮影されたと推定される。ブルーマーブルの写真は1972年に宇宙から撮影され、メディアや一般の人々の間で非常に人気となった。また、1972年に米国は宇宙から地球の画像を取得する最大のプログラムであるランドサット計画を開始しました。1977年には、米国のKH-11衛星システムによって最初のリアルタイム衛星画像が取得されました。最新のランドサット衛星であるランドサット9号は、2021年9月27日に打ち上げられました。^[4]

NASAが作成したすべての衛星画像は、NASA 地球観測所によって公開され、一般の人々が無料で利用できます。他のいくつかの国でも衛星画像プログラムが実施されており、ヨーロッパの共同プロジェクトでは、さまざまなセンサーを搭載したERS​​衛星とEnvisat衛星が打ち上げられました。商用衛星画像を提供する民間企業もあります。21 世紀初頭には、衛星画像データベースにアクセスできる手頃な価格で使いやすいソフトウェアがいくつかの企業や組織によって提供され、衛星画像が広く利用できるようになりました。

衛星画像はさまざまな分野で数多くの用途に使用されています。

• 天気：パターンの予測、嵐の追跡、気候変動の理解において気象学者を支援します。
• 海洋学: 海水温を測定し、生態系を監視することで、衛星画像から海洋の健全性と地球の気候に関する洞察が得られます。
• 農業と漁業: 衛星データは、魚の個体群の位置を特定し、作物の健康状態を評価し、繁栄する農業と漁業のための資源利用を最適化するのに役立ちます。
• 生物多様性: 保全活動では、衛星技術を活用して生息地の地図を作成し、生態系の変化を監視し、絶滅危惧種を保護します。
• 林業: 衛星データは、森林破壊を追跡し、火災リスクを評価し、資源を効果的に管理することで、持続可能な林業を促進します。
• 景観: 衛星画像を使用して土地利用パターンを分析すると、都市計画がサポートされ、持続可能な開発の取り組みが促進されます。

あまり主流ではない用途としては、衛星画像から原因不明の現象を探すという批判されている調査手法である異常探索がある。^[5]

衛星画像のスペクトルは多様で、可視光、近赤外光、赤外光、レーダーなど、多岐にわたります。この広範囲の光周波数は、研究者に大量の有用で豊富な情報を提供します。上記の衛星アプリケーションに加えて、これらのデータは強力な教育ツールとして機能し、科学研究を前進させ、環境へのより深い理解を促進します。これは、衛星画像が豊富な情報を提供し、世界的な発展を促進できることを示しています。

リモートセンシングにおける衛星画像の解像度には、空間解像度、スペクトル解像度、時間解像度、放射解像度、幾何学解像度の5種類があります。Campbell (2002) ^[6]は、これらを次のように定義しています。

• 空間解像度は、センサーの瞬間視野(IFOV)によって決定される、地上で測定される表面積のサイズ(つまり m ² )を表す画像のピクセルサイズとして定義されます。
• スペクトル分解能は、波長間隔のサイズ（つまり、電磁スペクトルの個別のセグメントのサイズ）とセンサーが測定する間隔の数によって定義されます。
• 時間解像度は、特定の地表位置の画像収集期間の間に経過する時間 (日数など) によって定義されます。
• 放射分解能は、画像システムが多くのレベルの明るさ（例：コントラスト）とセンサーの有効ビット深度（グレースケール レベルの数）を記録する能力として定義され、通常は 8 ビット（0～255）、11 ビット（0～2047）、12 ビット（0～4095）、または 16 ビット（0～65,535）として表されます。
• 幾何学的解像度とは、衛星センサーが地球の表面の一部を 1 ピクセルで効果的に画像化する能力を指し、通常は地上サンプル距離(GSD) で表されます。GSD は、全体的な光学的および体系的なノイズ源を含む用語であり、1 つのセンサーが 1 ピクセル内で地上の物体をどれだけ「見る」ことができるかを比較するのに役立ちます。たとえば、Landsat の GSD は ≈30m で、これは画像内の 1 ピクセルにマッピングされる最小単位が ≈30m x 30m であることを意味します。最新の商用衛星 (GeoEye 1) の GSD は 0.41m です。これは、Coronaなどの初期の軍用フィルム ベースの偵察衛星で得られた 0.3m の解像度と比較されます。^{[引用が必要]}

衛星画像の解像度は、使用される機器と衛星の軌道高度によって異なります。たとえば、ランドサットアーカイブは、地球の 30 メートル解像度の画像を繰り返し提供していますが、そのほとんどは生データから処理されていません。ランドサット 7 の平均再来期間は 16 日です。多くの小さな領域では、41 cm の解像度の画像が利用できます。^[7]

衛星画像は、解像度は高いものの、1平方メートルあたりのコストが高い航空写真で補完されることがあります。衛星画像は、他のデータ セットと適切に位置合わせされるように空間的に補正されている限り、 GISでベクター データまたはラスター データと組み合わせることができます。

地球表面の衛星画像は、多くの国が衛星画像プログラムを維持するほど公共の利益性が高い。米国は、これらのデータを科学的な用途に自由に利用できるようにすることに先導的役割を果たしてきた。以下に、人気のあるプログラムをいくつか挙げる。最近では、欧州連合の Sentinel 衛星群がこれに続いた。

CORONAプログラムは、米国空軍の多大な支援を受けて、中央情報局(CIA)科学技術局が製作、運用した一連の米国戦略偵察衛星です。画像の種類はウェットフィルムパノラマで、立体画像の撮影には 2 台のカメラ (AFT と FWD) が使用されました。

Landsat は、最も古い継続的な地球観測衛星画像プログラムです。Landsat の光学画像は、1980 年代初頭から 30 m の解像度で収集されてきました。Landsat 5からは、熱赤外線画像も収集されるようになりました (光学データよりも粗い空間解像度で)。現在、 Landsat 7、 Landsat 8、およびLandsat 9衛星が軌道上にあります。

MODIS は、2000 年以来、36 のスペクトル バンドで地球の衛星画像をほぼ毎日収集しています。MODIS は、NASA の Terra 衛星と Aqua 衛星に搭載されています。

ESA は現在、Sentinel衛星群を開発中です。現在、それぞれ異なる用途の 7 つのミッションが計画されています。Sentinel -1 (SAR イメージング)、Sentinel-2 (陸地表面の 10 メートル光学イメージング)、およびSentinel-3 (陸地と水域の 10 メートル光学および熱イメージング) はすでに打ち上げられています。

ASTERは、1999 年 12 月に打ち上げられた NASA の地球観測システム (EOS) の主力衛星である Terra に搭載された画像機器です。ASTER は、NASA、日本の経済産業省(METI)、および宇宙システム開発利用推進機構(J-spacesystems) の共同プロジェクトです。ASTER データは、地表温度、反射率、および標高の詳細な地図を作成するために使用されます。Terra を含む EOS 衛星の調整システムは、NASA の科学ミッション局と地球科学部門の主要な構成要素です。NASA 地球科学の目標は、地球を統合システムとして科学的に理解し、変化に対する地球の反応を解明し、気候、天気、自然災害の変動と傾向をより正確に予測することです。^[8]

• 陸面気候学 - 陸面パラメータ、地表温度などの調査により、陸面相互作用とエネルギーおよび水分フラックスを理解する
• 植生と生態系のダイナミクス - 生物生産性を推定し、陸地と大気の相互作用を理解し、生態系の変化を検出するために、植生と土壌の分布とその変化を調査します。
• 火山監視- ガス放出、噴煙、溶岩湖の発達、噴火履歴、噴火の可能性など、噴火および前兆事象の監視
• 災害監視 - 山火事、洪水、海岸浸食、地震被害、津波被害の範囲と影響の観察
• 水文学—地球規模のエネルギーと水文学のプロセス、およびそれらの地球規模の変化との関係を理解する。植物からの蒸発散も含まれる。
• 地質学と土壌学 - 地表のプロセスと地球の歴史を研究するための表土と岩盤の詳細な構成と地形学的マッピング
• 地表と土地被覆の変化 -砂漠化、森林破壊、都市化を監視し、保護区、国立公園、自然保護区を監視するためのデータを保全管理者に提供

メテオサット2 静止気象衛星は、1981 年 8 月 16 日に画像データの提供を開始しました。ユーメトサットは1987 年からメテオサットを運用しています。

• メテオサット可視赤外線撮像装置(MVIRI)は、可視光、赤外線、水蒸気の 3 チャンネル撮像装置です。第 1 世代のメテオサット (現在も稼働中) で動作します。
• 12 チャンネルの回転型拡張可視赤外線撮像装置 (SEVIRI)には、MVIRI で使用されるものと同様のチャンネルが含まれており、30 年にわたる気候データの継続性を提供します ( Meteosat 第 2 世代(MSG))。
• メテオサット第3世代（MTG）のフレキシブル複合イメージャー（FCI）にも同様のチャンネルが含まれるため、3世代すべてが60年以上の気候データを提供することになります。

ひまわり衛星シリーズは、気象観測と環境モニタリングの大きな進歩を表しています。高度な画像技術と頻繁なデータ更新により、ひまわり8号とひまわり9号は気象予報、災害管理、気候研究に欠かせないツールとなり、日本だけでなくアジア太平洋地域全体に利益をもたらしています。

• 頻繁な更新: これらの衛星は、アジア太平洋地域のフルディスク画像を 10 分ごとに提供し、特定の地域 (日本) についてはさらに頻繁 (2.5 分ごと) に提供できるため、気象学者は正確な天気予報を行うための最新情報を得ることができます。
• スペクトルバンド:
  • 可視光バンド (0.47 μm、0.51 μm、0.64 μm): これらのバンドは、日中の雲、陸地、海面の観測に使用されます。雲の動きを追跡し、気象条件を評価するために重要な高解像度の画像を提供します。
  • 近赤外線バンド (0.86 μm、1.6 μm、2.3 μm、6.9 μm、7.3 μm、8.6 μm、9.6 μm、11.2 μm、13.3 μm): これらのバンドは、さまざまな種類の雲、植生、地表の特徴を区別するのに役立ちます。特に霧、氷、雪の検出に役立ちます。
  • 赤外線バンド (3.9 μm、6.2 μm、10.4 μm、12.4 μm): 残りのバンドは熱赤外線スペクトルをカバーします。これらのバンドは雲頂温度、海面温度、大気中の水蒸気含有量を測定するために重要です。これにより気象パターンを継続的に監視できます。
• 先進画像技術: ひまわり8号とひまわり9号には、地球の高解像度画像を提供する先進ひまわりイメージャー (AHI) が搭載されています。AHI は、16 種類のスペクトル バンドで画像を撮影できるため、気象パターン、雲、環境現象を詳細に観測できます。

以下のように、いくつかの衛星は民間企業によって製造・保守されています。

GeoEyeのGeoEye-1衛星は2008年9月6日に打ち上げられました。^{[9] GeoEye-1衛星は高解像度の画像システムを備えており、}パンクロマティックまたは白黒モードで地上解像度0.41メートル（16インチ）の画像を収集できます。1.65メートル（約64インチ）の解像度でマルチスペクトルまたはカラー画像を収集します。

MaxarのWorldView-2衛星は、0.46メートルの空間解像度（パンクロマティックのみ）の高解像度の商用衛星画像を提供します。^[10] WorldView-2のパンクロマティック画像の0.46メートル解像度により、衛星は少なくとも46センチメートル離れた地上の物体を区別することができます。同様に、MaxarのQuickBird衛星は、0.6メートル解像度（天底）のパンクロマティック画像を提供します。

MaxarのWorldView-3衛星は、0.31mの空間解像度を持つ高解像度の商用衛星画像を提供します。WVIIIは短波赤外線センサーと大気センサーも搭載しています。^[11]

プレアデス 衛星群は、2機の超高解像度（パン50センチメートル、スペクトル2.1メートル）の光学地球画像衛星で構成されています。プレアデスHR1AとプレアデスHR1Bは、 26日間の繰り返し周期で地球表面をカバーします。民生/軍事デュアルシステムとして設計されたプレアデスは、欧州防衛の宇宙画像要件だけでなく、民間および商業のニーズも満たします。プレアデスネオ [fr] ^[12]は、応答速度が速い4機の30センチメートル解像度の同一衛星を備えた高度な光学衛星群です。

軌道上にある3機のSPOT衛星（スポット5、6、7）は、パンクロマティックチャンネルで1.5メートル、マルチスペクトル（R、G、B、NIR）で6メートルという非常に高解像度の画像を提供します。スポットイメージ社は、特にFormosat-2（台湾）とKompsat-2（韓国）などの他の光学衛星や、レーダー衛星（TerraSar-X、ERS、Envisat、Radarsat）からのマルチ解像度データも配信しています。スポットイメージ社は、解像度0.50メートル（約20インチ）の高解像度Pleiades衛星のデータの独占配信者でもあります。打ち上げはそれぞれ2011年と2012年に行われました。同社は、受信と処理のためのインフラストラクチャ、および付加価値オプションも提供しています。

Planet Labs は、 RapidEye、Dove、SkySat の3 つの衛星画像衛星群を運用しています。

2015年、プラネットはブラックブリッジと、2008年8月に打ち上げられた5機のラピッドアイ衛星群を買収した。 ^[13]ラピッドアイ衛星群には、同様に較正された同一のマルチスペクトルセンサーが含まれている。そのため、1つの衛星からの画像は他の4つの衛星のいずれかからの画像と同等であり、大量の画像（1日あたり400万km ²）を収集し、毎日特定の地域を再訪することができる。各衛星は630kmの同じ軌道面を移動し、5メートルのピクセルサイズで画像を配信する。ラピッドアイの衛星画像は、農業、環境、地図作成、災害管理の用途に特に適している。同社は画像を提供するだけでなく、この画像の分析に基づいたサービスやソリューションを作成するよう顧客に相談している。ラピッドアイ衛星群は、プラネットによって2020年4月に引退した。

プラネット社のダブ衛星は、重さ4キログラム（8.8ポンド）、長さ、幅、高さが10×10×30センチメートル（3.9インチ×3.9インチ×11.8インチ）のキューブサットで、 ^[14]高度約400キロメートル（250マイル）を周回し、3～5メートル（9.8～16.4フィート）の解像度の画像を提供し、環境、人道、ビジネス用途に使用されています。^{[15] [16]}

スカイサットは、画像、高解像度のビデオ、分析サービスを提供するサブメートル解像度の地球観測衛星群です。 ^[17]プラネットは、2009年にダン・バーケンストック、ジュリアン・マン、ジョン・フェンウィック、チン・ユー・フーによって設立されたカリフォルニア州マウンテンビューに拠点を置く企業であるテラベラ（旧スカイボックスイメージング）を2017年にグーグルから買収して^{衛星を取得しました。 [19]}

スカイサット衛星は、安価な自動車グレードの電子機器と市販の高速プロセッサをベースにしているが^{[20] 、}ミニ冷蔵庫ほどの大きさにまでスケールアップされている。^[21]衛星の長さは約80センチメートル（31インチ）で、3Uキューブサットの長さは約30センチメートル（12インチ）で、重さは100キログラム（220ポンド）である。^[21]

地球資源観測衛星は、通称「EROS」衛星で、軽量で低軌道を周回する高解像度の衛星であり、撮影対象間の高速移動を目的として設計されています。商用高解像度衛星市場において、EROS は最小の超高解像度衛星です。機敏性に優れているため、非常に高いパフォーマンスを発揮します。衛星は、高度 510 km (± 40 km) の太陽同期近極軌道に配置されています。EROS 衛星の画像アプリケーションは、主に諜報、国土安全保障、国家開発を目的としていますが、地図作成、国境管理、インフラ計画、農業監視、環境監視、災害対応、トレーニング、シミュレーションなど、 幅広い民間アプリケーションにも使用されています。

EROS A – 1.9～1.2mの解像度を持つ高解像度パンクロマティック衛星が2000年12月5日に打ち上げられました。

EROS B は、70 cm の解像度を持つパンクロマティック画像を備えた第 2 世代の超高解像度衛星であり、2006 年 4 月 25 日に打ち上げられました。

EROS C2 – 30cm 解像度のパンクロマティックを備えた第 3 世代の超高解像度衛星であり、2021 年に打ち上げられました。

EROS C3 – 30cmの解像度のパンクロマティックおよびマルチスペクトルを備えた第3世代の超高解像度衛星であり、2023年に打ち上げられました。

高景1号/スーパービュー1号（01、02、03、04）は、中国四維測量地図技術有限公司が管理する中国の商用リモートセンシング衛星群である。4つの衛星は高度530kmから運用され、同じ軌道上で互いに90°位相がずれており、12kmの観測範囲で0.5mのパンクロマティック解像度と2mのマルチスペクトル解像度を提供している。^{[22] [23]}

地球上の陸地の総面積が非常に広く、解像度が比較的高いため、衛星データベースは膨大で、画像処理（生データから有用な画像を作成する）には時間がかかります。^[要出典]画像のデストライプなどの前処理が必要になることがよくあります。使用するセンサーによっては、気象条件が画像の品質に影響を与える場合があります。たとえば、山頂など雲に覆われやすいエリアの画像を取得するのは困難です。このような理由から、公開されている衛星画像データセットは通常、第三者による視覚的または科学的商用利用のために処理されています。

商業衛星会社は、その画像をパブリック ドメインにしたり販売したりしません。その代わり、画像を使用するにはライセンスを取得する必要があります。そのため、商業衛星画像から派生作品を合法的に作成する能力は低下しています。

自分の所有地を上空から映したくないという人々からプライバシーに関する懸念が提起されている。Google マップはFAQでこのような懸念に次のように回答している。「お客様のプライバシーに関する懸念は理解しています。Google マップが表示する画像は、特定の地理的位置の上空を飛行機や車で通過する人が目にする画像と何ら変わりありません。」^[24]

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ウィキメディア・コモンズには、衛星画像に関連するメディアがあります。

• ESA Envisat Meris – 300m – 欧州宇宙機関のEnvisat Merisによって作成された、これまでで最も詳細な地球全体の画像。
• Blue Marble: Next Generation – 地球全体の詳細なリアルカラー画像。
• World Wind – NASA JPLデータベースにアクセスするNASAが開発したオープンソースの3D地球表示ソフトウェア