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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。衛星画像企業は、Apple MapsやGoogle Mapsなどの政府や企業にライセンス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準軌道飛行で撮影されました。 1946年10月24日に米国が打ち上げたV-2飛行では、1.5秒ごとに1枚の画像が撮影されました。遠地点は65マイル（105km ）で、これらの写真は、 1935年のエクスプローラーII気球ミッションによる 13.7マイル（22km）という以前の記録の5倍の高さから撮影されたものです。[ 1 ]地球の最初の衛星（軌道）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ました。[ 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可能性があります。ブルーマーブル写真は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になりました。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、一般に無料で利用可能です。他のいくつかの国も衛星画像プログラムを実施しており、欧州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。また、商用衛星画像を提供する民間企業も存在します。21世紀初頭には、複数の企業や組織が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を提供し始めたことで、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がある。
あまり一般的ではない用途としては、衛星画像から説明のつかない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には、可視光、近赤外線、赤外線、レーダーなど、さまざまな波長の光が含まれる。この幅広い周波数の光は、研究者に膨大な量の情報を提供することができる。
衛星画像は、農業、地質・水文学研究、林業、環境保護、国土計画、教育、諜報活動、軍事など、多くの分野で利用されています。こうした画像は、可視光領域だけでなく、紫外線、赤外線、その他の波長域でも撮影可能です。また、レーダー測量を用いて作成された様々な地形図も存在します。
現在、衛星画像の復号化と解析は、ERDAS ImagineやENVIといった自動化されたソフトウェアシステムを用いて行われることが増えている。この産業が発展し始めた当初は、米国政府が委託した画像強調処理の一部は、請負業者によって行われていた。例えば、ESL Incorporatedは、デジタル画像処理のための最初の2次元フーリエ変換の一つを開発した。
衛星画像解析は環境保護に積極的に利用されており、例えば「違法埋立地の視覚的衛星検索」手法により、ロシア連邦の5つの構成主体の領域で200を超える無許可の都市固形廃棄物および家庭廃棄物埋立地が特定されている。[ 6 ] [ 7 ]フランスでは、衛星画像が私設プールの発見に利用され、プール税の脱税を抑制している。[ 8 ]
民間の画像を購入することは、オープンソースインテリジェンス（OSINT）コミュニティの間でも一般的な慣行である。例えば、ウクライナ戦争の状況下で再装備可能な保管中のソ連軍の残存兵器を推定することが可能となる。[ 9 ]
地球上の陸地の総面積が非常に大きく、解像度も比較的高いため、衛星データベースは膨大になり、画像処理（生データから有用な画像を作成する作業）には時間がかかります。そのため、画像ストライピングなどの前処理が必要となる場合が多くあります。使用するセンサーによっては、気象条件が画像品質に影響を与えることもあります。例えば、山頂など雲に覆われやすい地域では、画像を取得するのが困難です。こうした理由から、一般に公開されている衛星画像データセットは、通常、第三者によって視覚的または科学的な商業利用のために処理されています。
商業衛星企業は、自社の画像をパブリックドメインに公開したり、販売したりすることはありません。代わりに、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、商業衛星画像から合法的に二次的著作物を作成する能力は制限されます。
プライバシーに関する懸念から、自分の所有地が上空から表示されることを望まない人々がいます。Google マップは、FAQで次のような声明でこうした懸念に答えています。「お客様のプライバシーに関する懸念は理解しております。Google マップが表示する画像は、特定の地理的な場所を上空から見たり車で通り過ぎたりする人が見ることができるものと何ら変わりありません。」[ 10 ]
リモートセンシングにおける衛星画像について議論する際には、空間解像度、分光解像度、時間解像度、放射測定解像度、幾何学的解像度の 5 種類の解像度があります。キャンベル (2002) [ 11 ]はこれらを次のように定義しています。
衛星画像の解像度は、使用する機器と衛星の軌道高度によって異なります。たとえば、ランドサットのアーカイブには、地球の30メートル解像度の画像が繰り返し提供されていますが、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号の平均帰還周期は16日です。多くの小さな領域では、41cmという高解像度の画像が 利用可能です。[ 12 ]
衛星画像は、より高解像度であるものの、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できるよう空間補正されていれば、GIS内でベクトルデータや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公共の利益に大きく貢献するため、多くの国が衛星画像プログラムを維持している。米国は、これらのデータを科学利用のために無償で公開する取り組みを先導してきた。以下に、特に普及しているプログラムをいくつか挙げる。最近では、欧州連合のセンチネル衛星群もこれに続いた。
CORONA計画は、中央情報局（CIA）科学技術局がアメリカ空軍の多大な支援を受けて製造・運用した一連のアメリカの戦略偵察衛星計画である。画像の種類は湿式フィルムによるパノラマ画像で、立体画像を撮影するために2台のカメラ（AFTとFWD）が使用された。
ランドサットは、最も歴史の長い、継続的に運用されている地球観測衛星画像プログラムです。光学画像によるランドサット画像は、1980年代初頭から30mの解像度で収集されてきました。ランドサット5号機以降は、熱赤外線画像も収集されるようになりました（光学データよりも空間解像度は粗い）。現在、ランドサット7号機、ランドサット8号機、ランドサット9号機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る。MODISはNASAのテラ衛星とアクア衛星に搭載されている。
欧州宇宙機関（ESA）は現在、センチネル衛星群の開発を進めている。現時点で7つのミッションが計画されており、それぞれ異なる用途を想定している。センチネル1号（SAR画像）、センチネル2号（地表面の10メートル級光学画像）、センチネル3号（陸地および水域の1ヘクトメートル級光学・熱画像）は既に打ち上げられている。
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）の旗艦衛星であるTerraに搭載された画像観測装置です。ASTERは、NASA、日本の経済産業省（METI）、およびジャパンスペースシステムズ（J-spacesystems）の共同事業です。ASTERデータは、地表面の温度、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衛星の協調システムは、NASAの科学ミッション局および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理解し、気候、天気、および自然災害の変動と傾向をより良く予測することです。[ 13 ]
静止気象衛星メテオサット2号は、1981年8月16日に画像データの提供を開始した。EUMETSATは1987年からメテオサットを運用している。
ひまわり衛星シリーズは、高度な画像処理技術と頻繁なデータ更新を特徴としています。ひまわり8号とひまわり9号は、気象予報、災害対策、気候研究において不可欠なツールとなり、日本だけでなくアジア太平洋地域全体に恩恵をもたらしています。
以下のいくつかの衛星は、民間企業によって製造および維持されている。
GeoEye社のGeoEye-1衛星は2008年9月6日に打ち上げられました。[ 14 ] GeoEye-1衛星は高解像度画像システムを備えており、パンクロマチック 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。マルチスペクトルまたはカラー画像は1.65メートル（約64インチ）の解像度で収集されます。
Maxar社のWorldView-2衛星は、空間分解能0.46m（パンクロマチックのみ）の高解像度商用衛星画像を提供します。[ 15 ] WorldView-2のパンクロマチック画像の0.46メートルの解像度により、衛星は地上で少なくとも46cm 離れている物体を区別することができます。同様に、Maxar社のQuickBird衛星は、0.6メートル（天底）の解像度のパンクロマチック画像を提供します。
Maxar社のWorldView-3衛星は、0.31mの空間分解能を持つ高解像度の商用衛星画像を提供します。WVIIIには、短波赤外線センサーと大気センサーも搭載されています。[ 16 ]
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）光学地球画像衛星で構成されています。プレアデスHR 1AとプレアデスHR 1Bは、 26日周期で地球表面をカバーします。民間/軍事用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と、民間および商業ニーズを満たします。 プレアデスネオ[ 17 ]は、高速応答性を備えた4機の同一の30cm解像度衛星からなる先進的な光学衛星群です。
軌道上にある3機のSPOT衛星（Spot 5、6、7）は、パンクロマチックチャンネルで1.5m、マルチスペクトル（R、G、B、NIR）で6mという非常に高解像度の画像を提供します。Spot Imageは、他の光学衛星、特に台湾のFormosat-2と韓国のKompsat-2、およびレーダー衛星（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。Spot Imageは、解像度0.50メートル（約20インチ）の高解像度Pleiades衛星からのデータの独占配信も行っています 。これらの衛星はそれぞれ2011年と2012年に打ち上げられました。同社は、受信および処理のためのインフラストラクチャと付加価値オプションも提供しています。
Planet Labsは、 RapidEye、Dove、SkySatという3つの衛星画像コンステレーションを運用している。
2015年、PlanetはBlackBridgeと、2008年8月に打ち上げられた5機のRapidEye衛星群を買収しました。[ 18 ] RapidEye衛星群は、同一のマルチスペクトルセンサーを搭載しており、同様に校正されています。そのため、1機の衛星からの画像が他の4機の衛星からの画像と同等となり、大量の画像（1日あたり400万km2）を収集し、毎日同じエリアを再訪することが可能です。各衛星は高度630kmの同じ軌道面を飛行し 、5メートルピクセルサイズの画像を提供します。RapidEye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ます。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てサービスやソリューションを作成するために顧客と協議しています。Planetは2020年4月にRapidEye衛星群を退役させました。
Planet社のDove衛星は、重量4キログラム（8.8ポンド）、長さ10×幅×高さ30センチメートル（3.9インチ× 3.9インチ× 11.8インチ）のCubeSatで、 [ 19 ]高度約400キロメートル（250マイル）を周回し、解像度3～5メートル（9.8～16.4フィート）の画像を提供し、環境、人道、およびビジネス用途に使用されます。[ 20 ] [ 21 ]
SkySatは、サブメートル解像度の地球観測衛星群で、画像、高精細ビデオ、分析サービスを提供しています。[ 22 ] Planetは、2017年にGoogleからTerra Bella（旧Skybox Imaging）を買収した際に、これらの衛星を取得しました。Terra Bellaは、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、 2009年にDan Berkenstock、Julian Mann、John Fenwick、Ching-Yu Huによって設立されました。[ 23 ] [ 24 ]
SkySat衛星は、安価な車載グレードの電子機器と高速な市販プロセッサを使用することを基本としていますが、[ 25 ]ミニ冷蔵庫ほどの大きさに拡大されています。[ 26 ]衛星の長さは約80センチメートル（31インチ）で、3Uキューブサットの約30センチメートル（12インチ）と比較すると大きく、重量は100キログラム（220ポンド）です。[ 26 ]
地球資源観測衛星（EROS衛星）は、軽量で低軌道を周回する高解像度衛星であり、撮像対象間を高速で移動できるように設計されています。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あり、非常に機敏なため、非常に高い性能を発揮します。衛星は、高度510km （±40km ）の太陽同期準極軌道に配備されています。EROS衛星の画像アプリケーションは、主に情報収集、国土安全保障、国家開発の目的で使用されますが、地図作成、国境管理、インフラ計画、農業モニタリング、環境モニタリング、災害対応、訓練およびシミュレーションなど 、幅広い民生用途にも使用されています。
EROS Aは、1.9～1.2mの解像度を持つ高解像度パンクロマチック衛星で、2000年12月5日に打ち上げられた。
EROS Bは、70cmの解像度を持つパンクロマチック方式の超高解像度衛星の第2世代であり 、2006年4月25日に打ち上げられた。
EROS C2は、30cmの解像度を持つパンクロマチック方式の超高解像度衛星の第3世代であり 、2021年に打ち上げられた。
EROS C3は、 30cmの解像度を持つ全色・多波長観測が可能な第3世代の超高解像度衛星で、2023年に打ち上げられました。
GaoJing-1 / SuperView-1 (01、02、03、04) は、中国四威測量地図技術有限公司が管理する中国のリモートセンシング衛星の商用コンステレーションです。4 機の衛星は高度 530 km で運用され、同じ軌道上で互いに 90° 位相がずれており、12 km の幅で 0.5 m のパンクロマチック解像度と 2 m のマルチスペクトル解像度を提供します。[ 27 ] [ 28 ]