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生成器の改良による細胞画像のセグメンテーション

Publicly Offered Research

Project AreaResonance Biology for Innovative Bioimaging
Project/Area Number 18H04746
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionMeijo University

Principal Investigator

堀田 一弘  名城大学, 理工学部, 教授 (40345426)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2018: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Keywords細胞内画像処理 / 生成器 / 識別器 / 深層学習 / 細胞画像のセグメンテーション / ディープラーニング / 画像認識 / 細胞画像 / セグメンテーション / 機械学習
Outline of Annual Research Achievements

まず、pix2pixと呼ばれる生成器と識別器という2つのディープラーニングを競い合わせながら生成の精度を向上させる方法の改良を行った。従来の方法では全クラスに対して1つの生成器と1つの識別器を用いていたが、クラス毎に生成器と識別器を用意する手法を提案した。もう1つの改良法を提案したが、その方法では複数の異なる識別器を用いた。生成器や識別器が複数あると見る所が違うので、両手法ともに細胞画像のセグメンテーションの精度を向上させることができた。
また、近年、人間の注意機構を模倣したattentionと呼ばれる方法がディープラーニングに導入され、精度の向上に寄与することが報告されている。従来はディープニューラルネットワークの各層毎にattention機構を導入していたが、我々は異なる層の持つ情報を利用してattentionを行う方法を提案した。さらに、上の層から下の層への情報をフィードバックしてattentionを決める方法にも取り組んだ。これらにより、従来よりも精度を向上させることに成功した。
また、ディープラーニングによりセグメンテーションの学習を行うと、最初は難しい箇所が全体に広がっているが、徐々に難しい箇所は物体間の境界に集中してしまう。そこで、難しい箇所を優先的に学習する方法を提案した。その結果、従来よりも少ない学習回数で高い精度が得られるようになった。また、ディープラーニングの中でも新しい枠組みであるCapsule networkを改良した細胞画像のセグメンテーションにも取り組んだ。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (27 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 12 results)

  • [Journal Article] Robust cell particle detection to dense regions and subjective training samples based on prediction of particle center using convolutional neural network2018

    • Author(s)
      K.Nishida and K.Hotta
    • Journal Title

      PlosOne

      Volume: 13 Issue: 10 Pages: 1-13

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0203646

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A Novel Morphological Marker for the Analysis of Molecular Activities at the Single-cell Level2018

    • Author(s)
      A.Imanishi, T.Murata, M.Sato, K.Hotta, I.Imayoshi, M.Matsuda and K.Terai
    • Journal Title

      Cell Structure and Function

      Volume: 43 Issue: 2 Pages: 129-140

    • DOI

      10.1247/csf.18013

    • NAID

      130007432164

    • ISSN
      0386-7196, 1347-3700
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Feedback U-net for Cell Image Segmentation2020

    • Author(s)
      E.Shibuya and K.Hotta
    • Organizer
      CVPR Workshop on Computer Vision for Microscopy Image Analysis (CVMI2020)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cell Segmentation by Image-to-Image Translation using Multiple Different Discriminators2020

    • Author(s)
      S.Kato and K.Hotta
    • Organizer
      BIOSIGNALS2020
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Visualizing and Modifying Difficult Pixels in Cell Image Segmentation2020

    • Author(s)
      D.Matsuzuki and K.Hotta
    • Organizer
      BIOSIGNALS2020
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Feedback Attentionによる細胞画像のセマンティックセグメンテーション2020

    • Author(s)
      津田大輝,堀田 一弘
    • Organizer
      SSII2020
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 高解像度化フィルタを用いた教師無し画像変換手法による細胞のセマンティックセグメンテーション2020

    • Author(s)
      加藤 聡太,堀田 一弘
    • Organizer
      動的画像処理実利用化ワークショップ2020 (DIA2020)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] EncapNet-3D and U-EncapNet for Cell Segmentation2019

    • Author(s)
      T.Sato and K.Hotta
    • Organizer
      International Conference on Digital Image Computing: Techniques and Applications (DICTA2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cell Image Segmentation by Integrating Pix2pixs for Each Class2019

    • Author(s)
      H.Tsuda and K.Hotta
    • Organizer
      CVPR Workshop on Computer Vision for Microscopy Image Analysis (CVMI2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Unsupervised High Resolution of Cell Images Using Deep Learning2019

    • Author(s)
      S.Kato and K.Hotta
    • Organizer
      International Conference on Systems Biology (ICSB2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Cell Image Segmentation Using Attention Module at Each Layer2019

    • Author(s)
      D.Matuzuki and K.Hotta
    • Organizer
      International Conference on Systems Biology (ICSB2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Medical image segmentation by CNN using the relationship between features of different layers2019

    • Author(s)
      Y.Hiramatsu and K.Hotta
    • Organizer
      International Conference on Systems Biology (ICSB2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Automatic Image Preprocessing Method Using Deep Learning2019

    • Author(s)
      S.Kato and K.Hotta
    • Organizer
      Resonance Bio International Symposium
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Visualization of Pixel-wise Difficulty of Segmentation by CNN2019

    • Author(s)
      D.Matuzuki and K.Hotta
    • Organizer
      Resonance Bio International Symposium
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Feedback Attention Mechanism For Convolutional Neural Network2019

    • Author(s)
      Y.Hiramatsu and K.Hotta
    • Organizer
      Resonance Bio International Symposium
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 生成器と識別器の関係性を考慮したAttention機構による細胞画像のセグメンテーション2019

    • Author(s)
      津田大輝,堀田 一弘
    • Organizer
      MI研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 異なる層の画素間の関係を考慮したAttention機構によるセマンティックセグメンテーション2019

    • Author(s)
      平松侑樹,堀田 一弘
    • Organizer
      MIRU2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Pixel-wise Difficulty Attention Moduleを用いた セマンティックセグメンテーション2019

    • Author(s)
      松月大輔,堀田 一弘
    • Organizer
      MIRU2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Feature Random Enhancement Moduleによる 細胞画像のセグメンテーション2019

    • Author(s)
      安藤嵩将,堀田 一弘
    • Organizer
      MIRU2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 複数の学習済みネットワークの知識を利用した細胞画像セグメンテーション2019

    • Author(s)
      池戸僚汰,堀田 一弘
    • Organizer
      MIRU2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 高難易度画素用の損失関数を用いたセマンティックセグメンテーション2019

    • Author(s)
      松月大輔,堀田 一弘
    • Organizer
      日本医用画像工学学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] U-EncapNetによる細胞画像のセグメンテーション2019

    • Author(s)
      佐藤拓海,堀田 一弘
    • Organizer
      SSII2019
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Segmentation of Cell Images by Leaking the Information of Discriminator to Generator2018

    • Author(s)
      K.Sawada, K.Hotta, A.Imanishi, M.Matsuda and K.Terai
    • Organizer
      International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Attention moduleを用いた細胞画像のセグメンテーション2018

    • Author(s)
      平松侑樹,堀田一弘
    • Organizer
      MI研究会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Log-Polar変換とCNNを用いた少ない学習画像から細胞画像のセグメンテーション2018

    • Author(s)
      本多慶伍, 今西 彩子, 寺井 健太, 松田 道行, 堀田 一弘
    • Organizer
      View2018
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 複数の識別器を用いたpix2pixに基づく細胞画像のセグメンテーション2018

    • Author(s)
      加藤聡太,堀田一弘,今西 彩子, 寺井 健太, 松田 道行
    • Organizer
      画像の認識・理解シンポジウム(MIRU2018)
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 生成器と識別器を連結させた敵対的ネットワークモデルを用いた細胞画像のセグメンテーション2018

    • Author(s)
      澤田恭也,堀田一弘,今西 彩子, 寺井 健太, 松田 道行
    • Organizer
      画像の認識・理解シンポジウム(MIRU2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2021-01-27  

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