福爾摩沙衛星五號 │ 影像處理

光學遙測酬載儀器自主發展能力,發展關鍵元件與技術

太空中心福衛影像處理系統發展歷程與系統架構

福衛五號影像處理系統承襲福衛二號影像處理系統之系統發展架構,並將其功能擴展至可同時支援福衛二號及福衛五號之多衛星操作環境,其系統架構包括資料擷取次系統、資料處理次系統、資料管理次系統、規劃排程次系統與影像品質次系統五個次系統,以進行福衛遙測取像任務排程與影像處理。


▲ 遙測衛星影像處理系統架構

福衛五號於2017/9/7首度傳回衛星影像資料,經影像處理系統處理產出之影像,如下圖所示(註):

註:影像經輻射校正、去模糊處理、及正射融合處理


▲ 福衛五號拍攝2017/9/7美國加州影像

與福衛二號影像處理系統相比較,福衛五號影像處理系統的發展有幾項特色。首先福衛五號影像處理系統採取全面自主發展的策略。過去福衛二號資料擷取次系統,因關鍵的衛星空中壓縮程式原始碼無法取得,是以採取外購方式。福衛五號的資料擷取次系統在衛星自製之利基下,得以掌握解壓縮, 解密及解源格式等核心技術,是以於福衛五號影像處理系統設計之初即決定由太空中心自行發展。其次,福衛五號衛星影像處理系統需同時兼顧福衛五號與福衛二號的操作,系統設計上為一多衛星操作的整合環境。最後考量福衛五號衛星具備非同步取像能力,規劃排程次系統需能夠對衛星沿非地面軌跡方向計算衛星姿態變化。

在軌系統調校

福衛五號影像處理系統於2017年影像回傳後開始進行在軌 (in-flight)系統調校(calibration)與品質改進工作。已完成取像系統性能量測, 包含地面取樣距離(GSD)、影像銳利度參數(MTF)、及訊噪比(SNR)等。在系統參數調校方面,已完成第一版本絕對幾何、絕對輻射參數及暗訊號(Dark Current)參數確認,預期於2018年6月完成相對幾何及相對輻射調校工作。

因應福衛五號影像發生系統性之模糊光斑現象,利用銳利邊緣重建(Sharp Edge Construction)數值方法找出模糊及光斑之核函數(Kernel ),再以此核函數對原圖進行反迴旋(deconvolution)運算,驗證可去除光斑模糊還原拍攝區之地表影像。


▲ 福衛五號絕對輻射拍攝地點與發射前(黑色)後(彩色)絕對輻射值


▲ 福衛五號拍攝2018/4/2澳大利亞新南威爾斯州影像
圖左:原始彩色影像, 圖右:去模糊彩色影像

福衛五號影像應用實例

歷經近半年的元件調校、軌道操作及影像處理,衛星影像品質已可支援多項災害及民生應用,已針對2017年12月加州大火、2018年1月東海油汙事件、印尼阿貢火山活動監測、及2018年2月花蓮地震等事件進行連續拍攝,預計今年(2018年) 迅期間可提供災防相關需求。


▲ 圖左:印尼阿貢火山活動監測, 圖右:東海油汙影像


▲ 於2018守望亞洲年會展示福五影像