Multi-dimensional visualization of ultra-fast optical emission based on streak camera and sparse image processing

• Project/Area Number: 16K13715
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: General applied physics
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: Masahiro Iwahashi 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (30251854)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 徹 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (90514018) ; 吉田 太一 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 助教 (60737914)
• Research Collaborator: YOSHIDA TAICHI
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2018: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2017: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2016: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: 画像処理 / 短時間現象 / 圧縮 / ストリーク像 / プラズマ / スパースコーディング / 画像 / 情報基礎

Outline of Final Research Achievements

Recently, it became possible to observe the ultra-fast optical emission phenomenon. It has been difficult to observe spatial observation of the phenomenon with conventional approaches. This project makes it possible to observe the phenomenon as a multi-dimensional information with a compact equipment based on a streak camera. We developed 1) an observation equipment with the polarization optical devices, 2) sparse coding algorithm to reconstruct the multi-dimensional information, and 3) a compact system based on a parallel computing system.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

学術的な特色は、ストリークカメラ1台で、極短時間スケールの発光現象を空間＋時間の多次元情報として超高速度に撮影できる点である．これまでに開発された高速度カメラには、空間次元や時間軸の制約があるため，空間情報を取得することが困難であった．本研究では，発光体の光特性を効果的に活用し，空間情報をストリークカメラのイメージ内に圧縮し，スパース画像処理を用いた解析により，極短時間の発光現象を多次元情報として可視化できる．これにより，極短時間の発光現象を1台のストリークカメラのシングルショットで観測できるようになった。

Research Products

• [Presentation] ストリークカメラと画像圧縮法を用いた多方向同時検出システムの開発 (2018)
  • Author(s): 佐々木徹,永井信一郎 北島天貴 高橋一匡 菊池崇志, 岩橋政宏
  • Organizer: 第35回 プラズマ・核融合学会年会
• [Presentation] 多次元超高速圧縮画像撮影システムの構築に向けた基礎特性の検討 (2018)
  • Author(s): 永井信一郎, 佐々木徹, 岩橋政宏, 菊池崇志, 高橋一匡, 高橋佑介, 北島天喜
  • Organizer: 電気学会新潟支所会
• [Presentation] ストリークカメラと画像圧縮法を用いた短時間現象撮影の検討 (2017)
  • Author(s): 小宮山、吉田、佐々木、岩橋
  • Organizer: 電気学会プラズマ/パルスパワー/放電合同研究会
• [Presentation] Simulation of ultrafast multidimensional imaging using streak camera and compressed sensing with sparse representation (2017)
  • Author(s): Toru Sasaki, Takuma Komiyama, Shinichiro Nagai, Kazumasa Takahashi, Takashi Kikuchi, Taichi Yoshida, Masahiro Iwahashi
  • Organizer: 10th International Conference on Inertial Fusion Sciences and Applications