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2次元干渉計測データからの高精度干渉縞復元

Research Project

Project/Area Number 19J21839
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 61010:Perceptual information processing-related
Research InstitutionWaseda University

Principal Investigator

草野 翼  早稲田大学, 理工学術院, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Keywords非定常信号解析 / 短時間Fourier変換 / アトミックノルム / synchrosqueezing変換 / 窓関数 / スパース推定 / 時間周波数マスキング / 瞬時周波数
Outline of Research at the Start

近年,干渉計を用いた音響測定が研究され,マイクロホンでは不可能な多チャンネル音響計測の実現が期待されている.しかし,干渉計測は測定系の誤差が観測データに大きく影響することから,観測データからの干渉縞の復元処理が必須である.干渉縞復元において,2次元の経験的モード分解が重要な技術として用いられている一方で,経験的モード分解に用いる包絡推定の結果が分解精度に大きく影響する.本研究では,2次元経験的モード分解における包絡推定を改良することで高精度な干渉縞復元の実現を目指す.

Outline of Annual Research Achievements

局所的に狭帯域な特徴を持つ干渉計測データを扱うために,昨年度はアトミックノルムを用いたスパース時間周波数(T-F)表現推定と位相の時間微分である瞬時周波数を利用したsynchrosqueezing変換(SST)について検討を行ってきた.本年度は,昨年度に提案したアトミックノルムを用いたスパースT-F表現推定手法のノイズ除去へ応用を検討した.また,SSTを2次元干渉計測データのノイズ除去に適用した.
T-F解析手法で広く用いられる短時間Fourier変換で得られるT-F表現は,窓関数をかけた影響により広がってしまい,解析や処理の性能に影響を及ぼす.
より局在化されたT-F表現を得るために,昨年度はアトミックノルムを用いたスパースなT-F表現を推定する手法を提案した.今年度は完全再構成の制約を緩和して誤差を許容することによるノイズ除去への応用を検討し,ノイズを含む状況においても従来のl1ノルムを用いた手法と比較してスパースな表現が得られることを確認した.さらに,このアトミックノルムを用いたスパース最適化とスパース性を誘導する非凸な関数を組み合わせることでスパース性を向上させる手法を提案し,ノイズ除去性能が改善されることを確認した.
また,局在化したT-F表現を得る別の手法として,広がったT-F表現を瞬時周波数を利用して元の位置に再割り当てするSSTがある.昨年度は,微分窓のサイドローブが最小化することで瞬時周波数計算に適した窓関数を設計する手法を提案した.今年度は設計した窓関数についての評価や従来の窓関数との比較を行った.さらに,これらの検討を2次元のWindowed Fourier変換(WFT)に対するSSTに応用し,干渉縞のノイズ除去に適用した.SSTで信号の成分が局在化することにより,従来のWFTと比較してスレッショルディングのパラメータに対して頑健なノイズ除去が可能となった.

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 3 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Window Functions With Minimum-Sidelobe Derivatives for Computing Instantaneous Frequency2022

    • Author(s)
      Kusano Tsubasa、Yatabe Kohei、Oikawa Yasuhiro
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 10 Pages: 32075-32092

    • DOI

      10.1109/access.2022.3161543

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Modal decomposition of musical instrument sounds via optimization-based non-linear filtering2019

    • Author(s)
      Masuyama Yoshiki、Kusano Tsubasa、Yatabe Kohei、Oikawa Yasuhiro
    • Journal Title

      Acoustical Science and Technology

      Volume: 40 Issue: 3 Pages: 186-197

    • DOI

      10.1250/ast.40.186

    • NAID

      130007641588

    • ISSN
      0369-4232, 1346-3969, 1347-5177
    • Year and Date
      2019-05-01
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Representation of complex spectrogram via phase conversion2019

    • Author(s)
      Yatabe Kohei、Masuyama Yoshiki、Kusano Tsubasa、Oikawa Yasuhiro
    • Journal Title

      Acoustical Science and Technology

      Volume: 40 Issue: 3 Pages: 170-177

    • DOI

      10.1250/ast.40.170

    • NAID

      130007641577

    • ISSN
      0369-4232, 1346-3969, 1347-5177
    • Year and Date
      2019-05-01
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Presentation] アトミックノルムによるスパース最適化の非凸最適化への拡張2022

    • Author(s)
      草野翼,矢田部浩平,及川靖広
    • Organizer
      日本音響学会春季研究発表会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] Sparse time-frequency representation via atomic norm minimization2021

    • Author(s)
      Tsubasa Kusano, Kohei Yatabe, and Yasuhiro Oikawa
    • Organizer
      IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report 2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Simultaneous declipping and beamforming via alternating direction method of multipliers2021

    • Author(s)
      Yoshiki Masuyama, Tomoro Tanaka, Kohei Yatabe, Tsubasa Kusano, and Yasuhiro Oikawa
    • Organizer
      European Signal Processing Conference (EUSIPCO)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] アトミックノルム最小化によるスパース時間周波数表現を利用したノイズ除去2021

    • Author(s)
      草野翼,矢田部浩平,及川靖広
    • Organizer
      日本音響学会秋季研究発表会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] アトミックノルム最小化によるスパース時間周波数表現2021

    • Author(s)
      草野翼,矢田部浩平,及川靖広
    • Organizer
      日本音響学会春季研究発表
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 瞬時周波数計算のための微分窓のサイドローブ最小化2020

    • Author(s)
      草野翼,矢田部浩平,及川靖広
    • Organizer
      日本音響学会秋季研究発表
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Maximally energy-concentrated differential window for phase-aware signal processing using instantaneous frequency2020

    • Author(s)
      Tsubasa Kusano, Kohei Yatabe, and Yasuhiro Oikawa
    • Organizer
      IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 瞬時周波数計算のためのエネルギー局在微分窓2020

    • Author(s)
      草野翼,矢田部浩平,及川靖広
    • Organizer
      日本音響学会春季研究発表会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Three-dimensional sound source localization using microphone array and its display with mixed reality technology2019

    • Author(s)
      Tsubasa Kusano, Yasuhide Matsumoto, Yuta Kataoka, Wataru Teraoka, Yasuhiro Oikawa, Kenichi Yoshida, Yoshimi Kitazumi
    • Organizer
      International Congress and Exhibition on Noise Control Engineering (Inter-Noise)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Designing nearly tight window for improving time-frequency masking2019

    • Author(s)
      Tsubasa Kusano, Yoshiki Masuyama, Kohei Yatabe, and Yasuhiro Oikawa
    • Organizer
      International Congress on Acoustics (ICA)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Fourier spectral method for acoustic simulation with domain enclosed by curved boundary2019

    • Author(s)
      Yu Kohase, Tsubasa Kusano, Kohei Yatabe, and Yasuhiro Oikawa
    • Organizer
      International Congress on Acoustics (ICA)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 短時間Fourier変換の瞬時周波数推定における窓関数の影響2019

    • Author(s)
      草野翼,矢田部浩平,及川靖広
    • Organizer
      日本音響学会秋季研究発表会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] MATLAB瞬時周波数Toolbox2019

    • Author(s)
      矢田部浩平,升山義紀,草野翼,及川靖広
    • Organizer
      日本音響学会秋季研究発表会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] スペクトル法の曲面形状への拡張2019

    • Author(s)
      小長谷悠,草野翼,矢田部浩平,及川靖広
    • Organizer
      日本音響学会秋季研究発表会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-05-29   Modified: 2024-03-26  

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