太陽高度の低い時期における衛星画像の新しい地形効果補正法の提案

抄録

1 はじめに
　可視域から中間赤外域の人工衛星の受動型センサにより山地 を観測すると，地形効果と呼ばれる陰影が発生する．これは， 斜面への入射光が太陽と斜面の相対的位置関係（太陽入射角i ） によって変動するためであり，データを利用する上で大きな誤 差要因となる．そこで，地形効果を補正する研究が多数行われ てきた．
　現在までの研究によって，太陽高度の高い時期の画像につい ては良好な補正結果が得られる補正法が開発されている．しか し，直達光成分の小さい太陽高度の低い時期や起伏の激しい山 岳地域の画像に有効な補正法は示されていない．
　そこで本研究では，太陽高度が低い時期における起伏の激し い地域の画像に適用可能な新しい地形効果補正法を提案する． 手法には，計算が簡便で一般に使用しやすい経験的手法を用 いる．
2 研究手法
2.1 使用データ
　本研究では，急峻な山岳地帯である赤石山脈の約10×10km の範囲を対象地域として研究を行った．使用した衛星データは， 2004 年11 月10 日撮影のEOS-Terra/ASTER データの可視・ 近赤外3 バンド（Band1∼3）である．正確な地形効果補正を行 うためにはDEM と衛星画像の整合性が重要となるため，オル ソ補正済みのレベル3A プロダクトを使用した．使用した衛星 画像を図1(a) に示す．観測時の太陽高度は36.1◦ と非常に低 く，使用した画像には直達光が当たらない部分が多く存在する．
　DEM については，北海道地図社製GISMAP Terrain（10m メッシュ）を用いた．衛星データに合わせてピクセルサイズ15 × 15m で共一次内挿法によるリサンプリングを行った．斜面 傾斜角および斜面方位の算出には，8 近傍法を用いた．
2.2 補正方法
　ある任意の斜面に対する入射光を考えると，太陽入射角の余 弦cosi が正の部分においては太陽からの直達光成分が支配的で あるのに対し，直達光が当たらないcosi が負の部分においては 天空光や環境光といった散乱光成分が占めるようになる．そこ で，本研究ではcosi が正の部分と負の部分とで別々に回帰直 線を求めるDPR（Dual Partitioning Regression）法を提案す る．DPR 法では，土地被覆別，標高ごとに抽出したサンプルを 用いて横軸にcosi，縦軸に補正前の輝度値Do をとった散布図 を描き，cosi が正の部分と負の部分で別々に求めた回帰直線の 傾きを補正パラメータとする．補正式は，以下のようにcosi=1 のとき補正後の輝度値Dc が補正前の輝度値Do と等しくなる ように導出した．
Dc = Do + m_p · (1 − cos i) (cos i ≥ 0) (1)
Dc = Do + m_p − m_n · cos i (cos i < 0) (2)
ここで、m_p はcosi が正の部分の補正パラメータ，mn はcosi が負の部分の補正パラメータであり，それぞれの回帰直線の傾 きとして求められる．
3 結果と考察
　DPR 法を用いて地形効果補正を行った衛星画像を図1(b) に 示す．補正後の画像（図1b）は平面的に見え，補正前の画像 （図1a）と比較して地形効果が大きく軽減されていることが分 かる．
　補正後の輝度値とcosi との関係を図2 に示す．いずれのバ ンドにおいても，補正後の輝度値とcosi との回帰直線の傾きの 大きさは1 以下，相関係数の大きさは0.03 以下と非常に小さい 値である．これは補正後の輝度値にcosi 依存性がないことを示 しており，太陽高度が低い時期の画像に対する地形効果補正法 としてのDPR 法の有効性が示された．