| Project/Area Number |
21K17760
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 61010:Perceptual information processing-related
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
長浜 佑樹 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60833598)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2025: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2024: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
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| Keywords | ホログラフィ / 深層学習 / デジタルホログラフィック顕微鏡 / Mobile Microscopy |
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| Outline of Research at the Start |
デジタルホログラフィック顕微鏡は，物体から発せられる光の波を干渉縞であるホログラムの形式で記録し，そのホログラムを光波伝搬計算によって再生することで観測対象を3次元的に観察することが可能な装置である．
しかしながら，光学系の簡易さと，観察像の画質はトレードオフの関係となっており，安価で小型な光学系で高画質な観察像の得られるシステムの構築は困難である．そこで本研究では，深層学習によるアプローチによって，簡易で安価な光学系で高画質な観察像を取得する手法を考案し，ホログラムを撮影するための光学系と，ホログラムの再生を行うための計算系を統合した，持ち運び可能なスマートフォンベースのシステムの開発を行う．
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| Outline of Annual Research Achievements |
交付申請書中の『補助事業期間中の研究実施計画』の項において、【pix2pixを用いたホログラムの超解像，位相回復】、【DHMの光学系の構築】、【干渉縞の抽出による暗室不要なDHMの実現】、【高解像度画像の処理手法の検討】という4つの研究テーマを挙げた。
その中で、2023年度は、上に示した研究テーマの一つである、【干渉縞の抽出による暗室不要なDHMの実現】において、深層学習によってホログラム間の変換を学習できるか、実際に撮影したホログラムに変換を適用できるかどうかの検証を行い、その結果を論文にまとめた。
本研究の主要な応用先ともいえる、ホログラフィを応用した顕微鏡であるDHM(Digital Holographic Microscope)では、光の干渉によって生じる干渉縞によって光を記録するため、干渉性の低い自然光が光学系に入射するとその影響がある種のノイズとなる。そのため、DHMを用いる際は、自然光の入射しない、暗室内で使用する必要があった。
本研究では、自然光によるホログラムへの影響の除去を画像変換としてとらえ、深層学習によってホログラム間の変換を学習できるか、実際に光学系で撮影した撮影したホログラムに変換を適用できるかどうかの検証を行い、実際に深層学習による画像変換を用いて自然光によるホログラムへの影響の除去が可能であることを確認した。
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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
昨年度に【今後の研究の推進方策】で述べた、「干渉縞の抽出による暗室不要なDHMの実現」の検証結果を論文にまとめることができた。そのため、「おおむね順調に進展している」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究課題では、DHMのシステムをスマートフォン上で動作させることを目的の一つとしている。そのため、スマートフォンのアプリケーション上でホログラムの撮影、再生計算、表示を行うシステムを開発することを進めていきたい。
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