- Mission JunoのJunoCam画像処理ギャラリーは、元画像をダウンロードして自分で補正・加工した成果物を共有する市民科学の場である
- 木星の強い放射線帯がJunoCamの一部部品に影響を与えており、PJ56画像ではダイナミックレンジの低下と背景・ノイズの増加が確認されている
- 参加者は単純なクロップから大気の特徴強調、色補正、コラージュ、高度な色再構成まで、さまざまな方法で木星と衛星の画像を扱うことができる
- ギャラリーはJunoCamの元画像とコミュニティ投稿をあわせて表示し、Perijove Pass、Points of Interest、Mission Phase、投稿者によるフィルタリングをサポートする
- JunoCamは回転する探査機で動作するpushframeイメージャーであり、RGB・約890nmのメタンフィルター、TDI、8ビットのコンパンディングといった撮影・伝送上の制約を前提に画像を提供している
JunoCam画像処理ギャラリーの役割
- JunoCamギャラリーは、元画像をダウンロードし、ユーザーが自ら処理した画像をアップロードして共有する場である
- 推奨される処理方法は、単純な補正から高度な再構成まで幅広い
- 単純なクロップ
- 特定の大気の特徴の強調
- 色補正
- コラージュ作成
- 高度な色再構成
- これまでの寄稿作品は、Juno、Jupiter、JunoCamに関する記事や科学コミュニティの報告に使われており、科学ジャーナルの論文でも適切な出典表示とともに活用されている
- 一部の作品は芸術作品として見ることもできるため、それらをアートとして展示する方法も検討中である
放射線の影響と画像処理の課題
- Junoの大きな課題の1つは木星の強い放射線帯であり、Junoのエンジニアリング・科学サブシステムの寿命を制限すると予想されている
- JunoCamは現在、一部部品で放射線の影響を示している
- PJ56画像では、ダイナミックレンジが縮小し、背景とノイズが増加している
- 市民科学者は、このような画像でも木星と衛星の美しさと神秘を引き出せる新しい処理方法を探ることができる
PJ-1画像と初期撮影テスト
- 木星の最初の**近木点通過(perijove pass)**は、JunoCamの試験運用という性格を持っていた
- 当時撮影された28枚の画像は、最適な観測ジオメトリとカメラ設定を見つけるために設計された
- 北極撮影では、4枚の画像で複数の条件を比較した
- 極域に適したTDI値を見つけるため、2種類のtime-delayed-integration設定を使用した
- 木星オーロラの検出のため、非常に高いTDIレベル、すなわち長時間露光を試した
- 極を真上から見るジオメトリと、より近距離から斜めに見るジオメトリを比較した
- 南極でも同様のテストが行われ、別の比較項目には圧縮設定のテストが含まれていた
- 極域の科学調査のために搭載されたメタンフィルターは、検出器の波長範囲の限界に近いため、十分な光子を得るには非常に長い露光が必要である
- 一部の画像では、このために散乱光が現れている
- 科学目的では、そのアーティファクトを含む部分を切り取る予定である
- 今後の撮影で散乱光の問題を減らすため、どの条件が原因かを特定する作業が進められている
ギャラリーの閲覧とフィルタリング
- ギャラリーには、JunoCam自身の画像とコミュニティ投稿画像があわせて表示される
- JunoCam画像は小さな宇宙船アイコンで識別される
- 元画像と処理済み画像は、準備でき次第あわせて表示される
- JunoCamの動画投稿は個別画像数が多すぎるため、zipファイルの束としてダウンロードできる
- ギャラリーは複数の基準でフィルタリングできる
- Perijove Pass
- Points of Interest
- Mission Phase
- Submitted by
- 特定の「artist」の個人ギャラリーを作るには、左側の「Submitted by」で目的の投稿者を選んでから「Filter」を押せばよい
- Earth Flybyミッション段階の画像は、Junoが2013年に地球を通過した際に取得した画像であり、処理済みの例示画像の大半はアマチュアによる寄稿である
JunoCam画像の技術的特性
- JunoCamは、以前のMSSSカメラと同様にpushframeイメージャーである
- 検出器には、異なる帯域幅を持つ複数のフィルターストリップが光活性面に直接結合されている
- 各ストリップは検出器の全幅を横切るが、高さは一部しか占めない
- JunoCamのフィルターストリップは幅1600ピクセル、高さ約155行である
- フィルターストリップは探査機の回転によって対象上を走査する
- 公称回転速度2RPMでは、フレームは約400ミリ秒ごとに取得される
- JunoCamには4種類のフィルターがある
- 赤、緑、青の可視光フィルター3種
- 中心波長約890nmの狭帯域メタンフィルター1種
- 探査機の回転速度のため、露光が約3.2ミリ秒を超えると1ピクセル以上のブレが生じる可能性がある
- 木星の照明条件では、そのような短い露光ではSNRが低すぎるため、カメラは**Time-Delayed-Integration(TDI)**を提供している
- TDIは、露光中に3.2ミリ秒ごとに画像を縦方向に1行ずつ移動させ、回転によるシーン移動を相殺する
- 軌道上の撮影条件では、フレーム間オーバーラップに必要なフレームレートを維持しながら、最大約100TDIステップを使用できる
- Earth Flybyでは光量が十分だったため、メタン帯域と夜面撮影を除けばTDIは不要であった
- JunoCamのピクセルはカメラ内では12ビット深度を持つが、装置内部の損失なしの**コンパンディング(companding)**テーブルを通じて8ビットに変換される
- この処理はガンマ補正に似ており、データサイズを削減するためのものである
- Mission Junoウェブサイト上のすべてのJunoCam生成物は、地球で受信された8ビット形式である
- 放射測定解析を行う科学利用者は、Planetary Data Systemに保管された「RDR」データ製品を使う必要があり、これは線形12ビットスケールへ再変換された形式である
1件のコメント
Hacker News のコメント
これらの写真は Juno からのもの。2011年に打ち上げられ、2016年から木星を周回している探査機で、正直もう注目の外にあると思っていたが、Wikipedia のスケジュールを見ると、今も毎月と1週間ほどごとに近木点（perijove）へ接近しながら、少しずつ異なる経度で観測を続けている: https://en.wikipedia.org/wiki/Juno_(spacecraft)#Timeline
ミッション終了予定は約1年後で、カメラは「教育および一般向け広報を支援するために搭載されたが、その後、木星の雲の力学研究用に再活用された」
Juno は雲層の下を見るために、レーダーで貫通観測するミッションだったと記憶している
大学時代に息子がレーダーデータを処理する FFT エンジンの作業をしていて、今そのコードが木星の周りを回っている
採用側が「最新の Android ライブラリや手法を使えますか」みたいなことを聞き始めたら、すぐに「彼のコードは別の惑星にあります。何でも習得できる能力は十分あります」と答える
するとすぐ静かになる
冗談のように言っているが、本気で素晴らしく、誇りに思っていいことだ
異星的な感じがして、ときどき不安になるほどだ
月面着陸の写真から Mars rover、さまざまな小惑星や惑星ミッションへと続く中で、太陽系の天体が生々しく複雑で、何より「実在する」場所として迫ってくるようになった気がする
こういう画像はいつ見ても驚かされる。より見やすく印象的にするための後処理があるのは分かっているが、それでもすごい。今後、画像はさらに良くなっていくだろう
本当に怖い。あの渦が全部、惑星サイズのハリケーンのように見える。木星がもっと大きければ星になっていて、地球の生命は存在できなかったはずだと思うとぞっとする
[1]: https://www.astronomy.com/science/ask-astro-could-jupiter-ev...
地球のような場所はあまりにもまれだ。もっと多くの人が地球を大切にしてほしい
木星の軌道に小さな恒星、たとえば赤色矮星サイズの星があっても、夜空でより明るく見えること以外、地球に大きな違いをもたらさないかもしれない
木星を固定された角度から24時間ライブ映像で見せてくれる何かを送るのは、どれほど難しいのだろうか？
木星の影響圏は放射線で満ちているため、衛星には多くの遮蔽が必要で、そうすると非常に重くなる。さらに、木星まで行くだけでなく、地球ではない惑星の同期軌道に入るには大きな推進力が必要なので、燃料も多く要る。最後に時間も問題だ。Europa Clipper はちょうど地球を離れたところだが、木星到着まで8年かかる。打ち上げ可能期間は長いものの非常にまばらなので、ミッションのタイミングも重要になる
面白い事実として、Clipper は Europa に向かうが、ミッションのかなりの時間を木星軌道で過ごし、各軌道で Europa の近くを通過する。これはミッション中に衛星が受ける放射線を減らすための選択で、放射線をできるだけ避けるために軌道も非常に大きい
木星とその衛星の周辺は、太陽系で最も過酷な宇宙環境のひとつである可能性が高い。小惑星を捕まえ、放射線が強く、ガスに満ちた巨大惑星は、入れば人間と宇宙船を腐食させるだろうし、巨大な重力井戸のせいで一度入ると再び抜け出すのが難しい。太陽系で木星とその衛星たちほど危険な場所は多くない
写真が美しい。ところで、なぜフル解像度の画像を自前のサーバーではなく Flickr に上げているのか気になる
愚かな質問かもしれないけど、なぜ写真が切り取られているんだろう？
「画像は予備的な幾何学的カメラモデルに基づいて再投影され、一部のカメラ由来のアーティファクトが除去され、入射角と放射角のコサインに対する3次多項式BRDFによって、おおまかな照明補正が適用される」
各写真に付いている「Source Image(s)」リンクを見ると、カメラが実際に何を見ているのかをずっとよく理解できる。元画像の下の方へスクロールすると、異なるカラーチャンネルが送信のためにどのようにインターリーブされているかも見られる。その説明を引用した例と元画像はこちら。
https://www.missionjuno.swri.edu/junocam/processing?id=17025
https://www.missionjuno.swri.edu/junocam/processing?id=JNCE_...
[0] https://en.wikipedia.org/wiki/JunoCam#Design
木星はなぜこんなに色彩豊かなのだろう？
色の変化が密度の変化と似たような差を示しているのだとしたら、なぜ木星にはこれほど乱流が多く、上層部がもっと均一ではないのだろう？潮汐運動のせいだろうか？誰か知っている人はいる？
この論文[2]は楕円形の嵐を研究しているが、大気と色に関する詳細も含まれている。
赤色は通常、赤い**発色団(chromophores)**によるものと考えられており、これはアンモニアがアセチレンとともに紫外線で光分解されるなど、複雑な化学反応の産物である。こうした発色団は、アンモニア粒子をコーティングする物質のように働く可能性がある。
木星大気の雲構造、とくに大赤斑や白色楕円のような渦状の特徴の本質は、いまだに謎である。
この論文[3]は、実験室で反応を再現し、観測された色と比較しようとしている。潜在的な色の形成過程について、もう少し詳しく扱っている。
それから、この写真[4]もぜひ入れておきたい。小さな綿毛のような雲とその影が生み出す奥行き感が本当に良い。
[1]: https://www.jpl.nasa.gov/images/pia25018-nasas-juno-mission-...
[2]: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/201... Characterization of the white ovals on Jupiter's southern hemisphere using the first data by the Juno/JIRAM instrument
[3]: https://doi.org/10.1016/j.icarus.2016.03.008 Chromophores from photolyzed ammonia reacting with acetylene: Application to Jupiter’s Great Red Spot (use the hub of science for full paper)
[4]: https://apod.nasa.gov/apod/ap241103.html
意図は良い。画像をはるかに有益なものにし、とても格好いいので一般の支持を得る助けにもなる。ただ、少し誤解を招き、人々を混乱させることもある。
https://science.nasa.gov/resource/jupiter-in-true-and-false-...
https://www.cnet.com/science/space/why-nasas-image-of-jupite...
JunoCam[1]はJunoの科学観測機器ではない。私たちが楽しめるこうした素晴らしい画像を作るために追加された機器だ。個人的には、その点がうれしい。
もちろんデータはデータなので、これを活用した科学研究も一部計画されている。
[1]: https://en.wikipedia.org/wiki/JunoCam