Intelligent scatter and fluctuation imaging
| Project Area | Comprehensive understanding of scattering and fluctuated fields and science of clairvoyance |
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| Project/Area Number |
20H05890
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
谷田 純 大阪大学, 情報科学研究科, 教授 (00183070)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
中村 友哉 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (70756709)
西崎 陽平 地方独立行政法人大阪産業技術研究所, 森之宮センター, 研究員 (40768933)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥149,500,000 (Direct Cost: ¥115,000,000、Indirect Cost: ¥34,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥24,440,000 (Direct Cost: ¥18,800,000、Indirect Cost: ¥5,640,000)
Fiscal Year 2022: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000)
Fiscal Year 2021: ¥16,640,000 (Direct Cost: ¥12,800,000、Indirect Cost: ¥3,840,000)
Fiscal Year 2020: ¥71,110,000 (Direct Cost: ¥54,700,000、Indirect Cost: ¥16,410,000)
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| Keywords | 散乱透視学 / 散乱・揺らぎ場 / 機械学習 / スペックル |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、機械学習やスペックル相関イメージングなど情報工学に基づく手法を活用して、簡素な光学系による非侵襲な散乱イメージングを開発する。敵対的生成ネットワークなど最新の深層学習モデルによる高機能化と、スペックル相関イメージングの多次元化や視野拡大に取り組む。一方、時間変化する散乱媒質を介したイメージング技術の開発も進める。高時間分解能計測により、計測散乱場の逆関数を高速更新する手法、リカレントニューラルネットワークにより散乱媒質の時間変化を推定する手法などの研究を進める。さらに、ディジタルツインの概念により、情報工学に基づいた散乱・揺らぎ場の透視化に関する系統的学理の形成をめざす。
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| Outline of Annual Research Achievements |
機械学習応用による散乱イメージングでは、光制御に対し機械学習を導入し、制御設計の高速化を進めた。これまでの２次元光制御手法を３次元に拡張し、実験実証を通じ評価を行った。従来手法に比べ約150倍の高速化が可能となり、この手法により、散乱イメージングにおける３次元化や高速化に寄与できる。
メモリ効果が存在する散乱媒質を通したイメージングに向けて、符号化開口を利用したシングルショット散乱イメージングについて取り組んだ。瞳面に符号化開口を挿入し、瞳面における点像分布関数推定における未知数を削減させることにより、物体再構成を実現させる。概念実証としてインコヒーレント光で照明された対象に対し、大きな収差をレンズで与えた単一撮影画像を取得し、本手法による物体再構成に成功した。本手法は蛍光顕微鏡等の分野に貢献できる。また、散乱イメージングにおける光源の小型化、低コスト化を目的にインコヒーレント光による波面制御手法の原理構築にも取り組んだ。波面制御の実証実験において、LEDを用いた対象の再生に成功した。本手法は散乱イメージングの光学系の簡略化に寄与できる。
動的散乱体を介したイメージングに向けて、その基礎となる散乱体透過行列の高速計測法を検討した。提案手法では、散乱体の状態変化に追従して透過行列を更新する計画であるが、初期の透過行列は事前計測する必要がある。また、このプロセスは高速かつ安定に実装される必要がある。このために、多波長情報多重化と非干渉光学系を用いた高速行列計測手法を提案し、数値及び光学実験により原理検証した。数値実験は良好に完了し、光学実験はまだ高精度な結果が得られていないものの提案手法の効果を確認できる結果が得られた。行列計測の実験系を構築し、それを用いた散乱イメージングの実験系も構築できている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
上記のように研究は順調に進んでおり、その成果は学術雑誌と学会で報告している。符号化開口を利用したシングルショット散乱イメージングでは、学会発表まで完了し、論文は査読中である。インコヒーレント光による波面制御については、論文公開まで完了した。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の成果の論文公開に取り組む。また、引き続き散乱体を介したスペックル相関イメージングに取り組む。具体的には、スペックル相関イメージングの機能拡張として限定されている視野の緩和に取り組む。また、散乱体を介したイメージングの新規手法として、機械学習や数理学を利用した原理の構築にも取り組む。
提案した行列計測手法については成果をまとめ外部発表する。また、行列の動的更新手法を具体的に検討する。研究を推進する中で、散乱イメージングについて何か一つ具体化な状況を設定した方が良いとの議論があったため、マルチモードファイバを介した生体イメージングを具体的応用例として設定し、それを前提とした原理設計に進む。
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Report
(2 results)
Research Products
(11 results)
