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
航空画像システム

ARCHERペイロードを搭載した米国民間航空パトロール のギップスランドGA8エアバン航空機
CAP 士官が任務前に ARCHER を装備した GA8 の石英ガラスポータルを清掃しています。
キャビンコンソール

ARCHER（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）は、通常の航空写真や平面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、 これは現在利用可能な最も洗練された非機密ハイパースペクトル画像システムです。 [2] ARCHERは、探している物体（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を詳細画像で自動的にスキャンできます。[4]

このシステムは、捜索救助、麻薬対策、災害救助と影響評価、国土安全保障に直接応用でき、米国の民間航空パトロール（CAP）によってオーストラリア製のギップスランドGA8エアバン固定翼航空機に搭載されて配備されている。[2]アメリカ空軍の民間 補助組織であるCAPは、米国で航空機の捜索救助を行うボランティアによる教育および公共サービスの非営利団体である。

概要

ARCHERは、物体の反射光を分析することで機能する、昼間の非侵襲性技術です。夜間、水中、密林、地下、雪の下、建物内の物体は検知できません。[5]このシステムは、航空機の胴体部にある石英ガラス製のポータルを通して下向きに設置された特殊なカメラを使用します。航空機は通常、標準的なミッション高度である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社によって開発され、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によってCAP専用に供給された。[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機関間プロジェクトである。[8]

2003年以来、2002年国防予算法に基づいて承認された約500万ドルが開発と配備に費やされました。[5] 2007年1月の時点で[アップデート]、CAPは米国全土で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ましたが、このシステムは数回の捜索救助ミッションで使用されただけで、残骸を最初に発見したシステムであるとは認められていませんでした。[9] 2007年のジョージア州とメリーランド州での捜索で、ARCHERは航空機の残骸を発見しましたが、CAPの先端技術ディレクターでARCHERプログラムマネージャーであるドリュー・アレクサ大佐によると、どちらの事故でも生存者はいませんでした。[1] 2007年9月、ユタ州の民間航空パトロール隊のARCHER搭載機が冒険家スティーブ・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することはできなかったが、ネバダ州 の高地砂漠地帯にある、 数十年前の未発見の墜落現場8か所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ました。「人間の目は基本的に3つの光の帯しか見ません。ARCHERセンサーは50の帯を認識できます。金属や飛行機の残骸など、植生の中にある異常なものも見分けることができます。」[1]ネバダ州民間航空パトロールのシンシア・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説明し、「ARCHERは基本的に地質科学で使われているものです。人間の目が通常見ることができる範囲を超えた、非常に高度な装置です。」[15] 彼女はさらに、「岩、木、山、セージブラシなど、何でも見えるかもしれませんが、『あれは違う』『あれは違う』と判断できます。このシステムの驚くべき点は、目標物のわずか10%しか見えず、そこから外挿して推測できることです。」[16]

CAPは、主要な捜索救助任務に加えて、ARCHERの追加的な用途を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、環境への有害物質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ました。 [18]また、 2005年9月には、テキサス州でハリケーン・リタの被害を受けた原油流出を追跡するために1機が配備されました。[19]

それ以来、ミズーリ州発の便の場合には、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、その後、このデータは数マイルにわたる起伏のある森林地帯に広がる航空機の残骸の位置を特定するために使用されました。2007 年 7 月、ARCHER システムは、カンザス州の石油精製所で発生した洪水による油流出を特定しました。この油流出は下流に広がり、以前は疑われていなかった貯留地域に侵入していました。[21]クライアント機関 (EPA、沿岸警備隊、およびその他の連邦および州機関) は、迅速な修復にこのデータが不可欠であると判断しました。2008 年 9 月、テキサス ウィング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。これは直接的な発見ではなく、システムの精度と有効性の検証でした。その後の回収作業で、ARCHERがデブリの領域を非常に正確に描画していたことが判明しました。[要出典]

技術的な説明

ARCHERサブシステムの主なコンポーネントは次のとおりです。[6]

ハイパースペクトルイメージャー

パッシブハイパースペクトル イメージング分光法 リモートセンサーは、対象物を複数のスペクトル帯域で観測します。HSIカメラは、画像スペクトルを可視スペクトルの青色端の500ナノメートル （nm）波長から赤外線の1100nmまでの52の「ビン」に分割し、11.5nmのスペクトル分解能を実現します。 [22] ARCHERは52帯域すべてでデータを記録しますが、計算アルゴリズムは500nmから960nmまでの最初の40帯域のみを使用します。これは、960nmを超える帯域はノイズが多く、役に立たないためです。[23]比較すると、通常の人間の目は約400nmから700nmの波長に反応します。[24]また、人間の目は3色型で、錐体細胞は3つのスペクトル帯域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、反射した太陽光がHSIカメラレンズによって集光されます。集光された光は、一連のレンズを通過し、集光されて地表の画像を形成します。この撮像システムは、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、集光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、水平線画像が作成されます。

水平線像は回折格子に投影されます。回折格子は非常に微細にエッチングされた反射面であり、光をスペクトルに分散させます。回折格子は、水平線像から2次元（2D）スペクトル像を作成するために特別に設計・配置されています。回折格子の設計と配置により、スペクトルは垂直方向、すなわち線像に垂直に投影されます。[要出典]

2次元スペクトル画像は、電荷結合素子（CCD）2次元画像センサーに投影されます。CCD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たスペクトルと一致します。各ピクセル列は、元の画像から1つの水平方向のピクセルのスペクトルを受け取ります。CCD内の垂直方向のピクセルセンサーの配置により、スペクトルは明確に区別され、重複しない間隔に分割されます。CCD出力は、504個の水平方向の画像ピクセルそれぞれに対して、52のスペクトルバンドの電気信号で構成されます。[要出典]

機内コンピュータは、CCD出力信号を毎秒60回のフレームレートで記録します。航空機の高度が地上2,500フィート（約2,500メートル）、速度が100ノット（約100ノット）の場合、60Hzのフレームレートは、1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メートルの地上スワス（帯状の領域）のスペクトルデータが含まれています。[23]

高解像度イメージャー

高解像度画像 (HRI) 白黒カメラ (パンクロマティック カメラ) が HSI カメラの隣に設置され、両方のカメラで同じ反射光を撮影できるようにします。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幅広の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回折格子がありません。その代わりに、光はより幅の広い CCD に向けられ、より多くの画像データが撮影されます。フレームごとに地上画像の 1 行を撮影するため、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 720 Hz 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面の 3 インチ x 3 インチの領域を表します。この高解像度により、一部の物体を識別できるようになります。[23]

処理

コックピットのモニターには詳細な画像がリアルタイムで表示され、システムは画像と全地球測位システムのデータを1時間あたり30ギガバイト（GB）の速度で記録し、後で分析します。[1]機内データ処理システムは、データの取得と記録、生データの補正、ターゲット検出、キューイングとチッピング、高精度画像地理位置合わせ、画像製品とターゲット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。

  • 反射光をスペクトルシグネチャと照合するシグネチャマッチング
  • 画像内のピクセルの統計モデルを使用して、ピクセルがプロファイルと一致しない確率を決定する異常検出[26]および
  • 変化検出は、現在の画像と、同じ地域における前回のミッションで取得された地上状況をピクセルごとに比較します。

変化検出では、シーンの変化が識別され、新しい、移動した、または離れ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、塗装色などの行方不明の航空機のパラメータを使用してシステムをプログラムして、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、環境に放出された石油製品やその他の化学物質などの特定の物質、[18]または一般的に入手可能な青いポリエチレン 防水シートなどの一般的な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、嵐で被害を受け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、災害救援活動を方向付けるのに役立ちます。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]

参考文献

  1. ^ abcd Friess, Steve (2007-09-07). 「ARCHER監視カメラ、スティーブ・フォセット捜索で空へ」Wired News . CondéNet, Inc. 2010-02-20時点のオリジナルよりアーカイブ。ARCHERは…肉眼や通常の写真撮影では捉えられない、はるかに詳細なパンクロマティック航空画像を撮影することができます。
  2. ^ abc 「AFNORTH航空支援ハンドブック（AFD-070808-022）」（PDF）。国防民間当局支援（DSCA）ハンドブック。米国空軍。2007年8月1日。p. 51。2008年5月29日時点のオリジナル（PDF）からのアーカイブ。入手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。
  3. ^ abc Fiorino, Frances (2007年9月). 「Advanced Recon System Aids Fossett Search」. Aviation Week . McGraw-Hill. 2007年9月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年9月8日閲覧。CAPによると、ARCHERシステムには、標的の色や形状など、標的の特徴を表す一連のパラメータがプログラムされている。
  4. ^ Goodlin, Lt Col Douglas (2007-08-03). 「Instruction 10-2701 Civil Air Patrol」(PDF) 。2008-08-28時点のオリジナル(PDF)からのアーカイブ。HSI— 「ARCHER」とも呼ばれる。HSIは、マルチスペクトルバンドでターゲットを観測するパッシブセンサーシステムである。 {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=（ヘルプ）が必要です
  5. ^ abc Alexa, Colonel Drew (2005年8月). 「ファクトシート：Civil Air Patrol ARCHERシステム」(PDF) . Civil Air Patrol . 2007年7月8日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2007年9月8日閲覧。HSIは、物体の反射光を分析することで機能する、昼間の非侵襲性技術です。
  6. ^ ab Alexa, Colonel Drew (2005年8月). 「ファクトシート：Civil Air Patrol ARCHERシステム：技術仕様」(PDF) . Civil Air Patrol . 2007年7月8日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2007年9月8日閲覧。ARCHERには、高度なハイパースペクトル画像化（HSI）システムとパンクロマティック高解像度画像化（HRI）カメラが搭載されている。
  7. ^ ab Stevenson, B.; O'Connor, R.; Kendall, W.; Stocker, A.; Schaff, W.; Alexa, D.; Salvador, J.; Eismann, M.; Barnard, K.; Kershenstein, J. (2005). 「Civil Air Patrol ARCHERハイパースペクトル処理システムの設計と性能」. Shen, Sylvia S.; Lewis, Paul E. (編).マルチスペクトル、ハイパースペクトル、ウルトラスペクトル画像のためのアルゴリズムとテクノロジー XI . Proceedings of the SPIE. Vol. 5806. pp.  731– 742. Bibcode :2005SPIE.5806..731S. doi :10.1117/12.604471.各ARCHERシステムは、GA-8キャビン内に搭載された統合センサーアセンブリ内のNovaSol設計のプッシュブルーム型可視/近赤外（VNIR）ハイパースペクトルイメージング（HSI）センサー、コボアサイト可視パンクロマティック高解像度イメージング（HRI）センサー、およびCMIGITS-III GPS/INSユニットで構成されています。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、データの取得と記録、生データの補正、ターゲット検出、キューイングとチッピング、高精度画像地理位置合わせ、画像製品とターゲット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。
  8. ^ Card, Linda. 「情報が飛び立つとき、AFDWの想像力は高まる」。米国ワシントン空軍管区。2011年7月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年10月31日閲覧。
  9. ^ Button, Rick; Justice, RDML Wayne (2007-01-18). 「Regular Session 1-07」.議事録. 国家捜索救助委員会. p. 4. オリジナル(MS Word)から2011-07-18にアーカイブ。2007-09-08に閲覧。ポール・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拡張偵察機の初期配備を完了したと報告しました…
  10. ^ Friess, Steve (2007-09-07). 「友人が行方不明の飛行士を頼りにしている」ニューヨーク・タイムズ. 2007-09-08閲覧. …ユタ州民間航空パトロール隊の飛行機が、ハイパースペクトル画像とパンクロマティック画像を収集できる機材を搭載して水曜日に到着した…
  11. ^ フリース、スティーブ (2007年9月11日). 「FAA、パイロットにデジタル送信機の使用を要請」ニューヨーク・タイムズ.アーチャーはフォセット氏の所在をまだ特定できていないものの、シエラネバダ山脈の険しい地域で、これまで発見されていなかった少なくとも8機の飛行機の残骸を発見するのに役立った。
  12. ^ 「フォセット機捜索、捜索隊に不満」USAトゥデイ、AP通信、2007年9月10日。2007年9月14日閲覧。捜索隊は、ネバダ州西部の険しい山岳地帯とその周辺で何年も行方不明になっていた8機の飛行機の残骸を発見した。
  13. ^ ライリー、ブレンダン (2007年9月8日). 「広大な荒涼地がフォセット捜索を阻む」モントレー・ヘラルド。2007年9月11日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年9月10日閲覧。…金曜日、リノの南東約45マイルの丘の中腹で発見された別の墜落機…これは古い墜落事故であることが判明し、オレゴン州で最後に登録されたのは1975年の飛行機だった。
  14. ^ ラピドス、ジュリエット (2007年9月11日). 「未知の航空機の墓：シエラネバダ山脈周辺で発見されている未踏の航空機残骸の真相とは？」.スレート・マガジン. 2007年9月20日時点のオリジナルよりアーカイブ。…ARCHER画像システムのようなハイテク捜索機器が登場する前の話だ。ARCHER画像システムは、2,500フィート離れた場所からバイクほどの小さな標的を識別できる。フォセットチームが発見した墜落現場の一つは、1964年頃のものかもしれない…
  15. ^ Woollard, Rob (2007年9月5日). 「冒険家フォセットの捜索にハイテク飛行機が利用される」AFP通信. Yahoo!ニュース. 2007年9月21日時点のオリジナルよりアーカイブ。「ARCHERは基本的に地球科学で使われるものです」とライアン氏は言った。「かなり高度な技術で…人間の目で見える範囲を超えています。」
  16. ^ 「ハイテク飛行機がフォセット氏を捜索」NEWS.com.au. News Limited. 2007年8月6日. 2007年9月8日閲覧。「ロボットは岩や木、山、ヤマヨモギなどを見るかもしれないが、それでも『あれは違う』とか『そうだ、あれは』と言うのです」と彼女は言う。 [リンク切れ]
  17. ^ 「ARCHER HSIシステム」。Space Computer Corporation。2008年6月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。CAPはARCHERのさらなる用途を見出しており、国土安全保障、災害評価、麻薬取締りなどのミッションにも活用されている。
  18. ^ ab 「EPA/MoDNRパイロットプロジェクト - 空中ハ​​イパースペクトルイメージングによる環境汚染の特性評価」ミズーリ州天然資源局。2007年8月21日時点のオリジナルからのアーカイブ。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。
  19. ^ 「民間航空パトロールが対応」。アメリカ空軍。2005年9月26日。2014年6月20日閲覧。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・リタの被害状況把握のため、ウェスト・ヒューストン空港に到着した。
  20. ^ 「オクラホマの飛行機墜落事故で3人の遺体発見、4人目の犠牲者は依然として行方不明（FOXニュース）」Fox News . 2007年12月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年9月24日閲覧。
  21. ^ 2007年民間航空パトロール年次報告書（議会提出）
  22. ^ 「HSIテクノロジー — 用語集」。非科学者のためのハイパースペクトルイメージングテクノロジー。Civil Air Patrol。2011年7月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年10月29日閲覧。
  23. ^ abc 「HSIテクノロジー — HSIとHRI画像」。Civil Air Patrol。2011年7月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年10月31日閲覧。
  24. ^ Freudenrich, Craig (2000年7月10日). 「How Light Works」. How Stuff Works . 2007年10月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年10月29日閲覧。
  25. ^ Stevenson, B.; O'Connor, R.; Kendall, W.; Stocker, A.; Schaff, W.; Alexa, D.; Salvador, J.; Eismann, M.; Barnard, K.; Kershenstein, J. (2005). 「民間航空パトロールARCHERハイパースペクトル処理システムの設計と性能」. Shen, Sylvia S.; Lewis, Paul E. (編).マルチスペクトル、ハイパースペクトル、ウルトラスペクトル画像のためのアルゴリズムと技術 XI . Proceedings of the SPIE. Vol. 5806. p. 731. Bibcode :2005SPIE.5806..731S. doi :10.1117/12.604471. ARCHERは、Space Computer Corporation (SCC) が開発したオンボードデータ処理システムを搭載しており、多数のリアルタイム処理機能を実行します…
  26. ^ 「CAPの高度技術グループ：ハイパースペクトルイメージング」。民間航空パトロール、国立本部。2007年8月14日時点のオリジナルからのアーカイブ。…シグネチャマッチング（反射光とスペクトルシグネチャのマッチング）、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、適合しないピクセルが存在する可能性を調べる）。
  27. ^ 「SCCのリアルタイムHSIデータ分析および可視化ツール」Space Computer Corporation。2008年3月22日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2007年9月9日閲覧。遠隔地の森林地帯に設置された防水シートは、麻薬対策に有効。
  • ノバソル社
  • スペースコンピュータ株式会社
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