空間情報最大化光学系を駆使した新原理コンピュテーショナル広視野超解像顕微鏡法

• Project/Area Number: 23K23260
• Project/Area Number (Other): 22H01992 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 30020:Optical engineering and photon science-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 中村 友哉 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (70756709)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000); Fiscal Year 2024: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2022: ¥11,570,000 (Direct Cost: ¥8,900,000、Indirect Cost: ¥2,670,000)
• Keywords: コンピュテーショナルイメージング

Outline of Research at the Start

光の解像限界を超える超解像光イメージングは、微細な対象の時空間ダイナミクスの観察が必要であるライフサイエンスにおいて重要である。本研究では、計測後の演算処理を前提に多層符号化光学系を最適化するアプローチに基づき、新しい超解像イメージングの手法を開発する。符号化光学系自体はこれまでにも研究されているが、それを多層化したときイメージング性能がどのように改善するか、また、それにより超解像を実現できるかを検証する。

Outline of Annual Research Achievements

空間情報最大化顕微鏡のための多段符号化光学系について，これまでに振幅変調に基づく光学設計を数値シミュレーションで評価し，それにより明らかになった有効性を実際の光学系を用いて検証した．リソグラフィーにより物理的な振幅変調素子を実装し，レンズレス符号化光学系においてこれを多層配置した場合，単相配置の場合と比較して観測行列の条件数が抑制されることを確認した．さらに，その結果として再構成処理のノイズ耐性が向上することを確認した．成果を国際会議で発表するとともに，論文をプレプリントサーバに公開した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

提案手法の一形態について光学実験による原理実証を完了した．

Strategy for Future Research Activity

今後は，より光利用効率の高い位相変調光学系による原理実証を目指す．さらに，符号パターンの最適化設計に取り組む．

Research Products

• [Presentation] Multi-stage coded aperture for compressed super-resolution lensless imaging (2023)
  • Author(s): R. Kato, T. Nakamura, K. Iwata, Y. Makihara, Y. Yagi
  • Organizer: The 13th Japan-Korea Workshop on Digital Holography and Information Photonics (DHIP2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 圧縮超解像イメージングにおける符号化開口の多段化の検討 (2022)
  • Author(s): 加藤伶菜, 中村友哉, 岩田和也, 槇原靖, 八木康史
  • Organizer: 研究報告コンピュータビジョンとイメージメディア（CVIM）
• [Presentation] 圧縮超解像イメージングにおける符号化開口の多段化の検討 (2022)
  • Author(s): 加藤伶菜, 中村友哉, 岩田和也, 槇原靖, 八木康史
  • Organizer: 第25回 画像の認識・理解シンポジウム (MIRU2022)