• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to project page

2020 Fiscal Year Annual Research Report

Scattered and fluctuating field modeling with large-scale databases

Planned Research

Project AreaComprehensive understanding of scattering and fluctuated fields and science of clairvoyance
Project/Area Number 20H05888
Research InstitutionThe University of Electro-Communications

Principal Investigator

渡邉 恵理子  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (20424765)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 宮本 洋子  電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (50281655)
池田 佳奈美  大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (70822568)
Project Period (FY) 2020-11-19 – 2025-03-31
Keywordsホログラフィ / 相関イメージング / 位相シフトデジタルホログラフィ / 計算機ゴーストイメージング / 深層学習
Outline of Annual Research Achievements

散乱・ゆらぎ特性のデータベース化およびモデリング,散乱媒体背後の透視実験に向けて,基礎光学系の設計・試作,シミュレータの構築を実施した。具体的な実施事項を下記に示す。
(1)散乱・揺らぎとして想定した時間的に変動する空間ノイズを除去するために,光相関計算機イメージングの物体の再構成に用いるDeep Neural Networkを設計した。MNIST利用した光相関イメージング実験においては,時間的に変動する空間ノイズを付加してもイメージングが可能であることを実験により実証した。また,超高速に大量の複素符号化光パターンを安定生成できるシステムを目指すために,高速ホログラフィック光記録・再生(光相関)システムのトラッキングサーボ機能を解析した。(2)複素符号化光パターンとの相関信号を取得し,散乱・揺らぎ媒質のモデルリングに活かすために,光相関デジタルホログラフィを提案し,シミュレーションを構築した。(3)振幅,位相,波長,偏光という様々なパラメータを利用した散乱特性評価の一手法として,波長特性を計測可能な基礎実験光学系を試作した。(4)光相関システムと単一画素イメージング,深層学習を融合させた光相関計算機イメージングを利用して,散乱・揺らぎ特性のデータベース化,散乱・揺らぎ媒体を介した物体の透視イメージングに拡張するための基礎指針を立てた。(5)散乱光の偏光状態分布を詳細に撮影する光学系に向けて, 散乱実験に用いる空間光変調器の機種選定を行い,光学系の設計を行った。並行して散乱前後の空間分布と偏光状態の不可分性の変化を扱う理論的な枠組みの整備に着手した。(6)近赤外波長帯における散乱・揺らぎ場の解析・計測・特徴抽出へ向けた基礎光学系の準備を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

研究実績概要に示した通り,申請時に計画していた実施事項を基本的に計画通りに実施できたため。

Strategy for Future Research Activity

本研究で目的としている,散乱・ゆらぎ特性のデータベース化およびモデリング,散乱媒体背後の透視実験に向けて,下記の項目を推進する方策とする。深層学習を組み込んだ光相関イメージングや光相関デジタルホログラフィ技術の実験実証を行い,有効性を確認する。振幅,位相,波長,偏光という様々なパラメータをもつ光場の相関特性を,構築した相関光学系等で計測し,散乱特性のデータベース化およびモデリングを試みる。さらに光相関デジタルホログラフィの波面センサ応用を検討し,波面補正に向けたシステム設計を進める。また,深層ニューラルネットワークの層構造の寄与を解析することで,散乱・揺らぎの解析とモデリングに活かす手法の考案を目指す。また,新たな揺らぎ・散乱除法として,共通光路デジタルホログラフィと位相シフトデジタルホログラフィを,針状光導波路として実装できる手法を選定し,適用範囲を考察する。加えて,玉田・早野・高山計画研究との共同研究により,天文学への応用,通信分野への応用,植物や生体計測への応用に関する検討を進める。

  • Research Products

    (21 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (2 results) Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (17 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 4 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Stuttgart(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      University of Stuttgart
  • [Int'l Joint Research] SRM大学AP-Amaravati校(インド)

    • Country Name
      INDIA
    • Counterpart Institution
      SRM大学AP-Amaravati校
  • [Journal Article] 3D imaging through a highly heterogeneous double-composite random medium by common-path phase-shift digital holography2022

    • Author(s)
      Ohta Manami、Kodama Shutaro、Miyamoto Yoko、Osten Wolfgang、Takeda Mitsuo、Watanabe Eriko
    • Journal Title

      Optics Letters

      Volume: 47 Pages: 1170~1170

    • DOI

      10.1364/OL.451167

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Holographic 3D Imaging through Random Media: Methodologies and Challenges2022

    • Author(s)
      Takeda Mitsuo、Osten Wolfgang、Watanabe Eriko
    • Journal Title

      Light: Advanced Manufacturing

      Volume: 3 Pages: 301~313

    • DOI

      10.37188/lam.2022.014

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] ゆらぎと光渦2022

    • Author(s)
      宮本洋子
    • Organizer
      レーザー学会学術講演会第42回年次大会講演予稿集
    • Invited
  • [Presentation] Suppression of Time-Fluctuation Spatial Noise Influence in Single Pixel Imaging Using PG-TFNS Network2022

    • Author(s)
      Taku Hoshizawa, Yuta Wada, Hiroki Takahara, Moe Sakurai, Kaito Nakao, Eriko Watanabe
    • Organizer
      OPTICS & PHOTONICS International Congress 2022 SI-Thru
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] シングルピクセルイメージングを用いた時間変動空間ノイズ抑制の基礎実験評価2022

    • Author(s)
      櫻井 萌、新垣 駿太郎、高原 大樹、中尾 海都、和田 佑太、渡邉 恵理子
    • Organizer
      第16回関東学生研究論文講演会
  • [Presentation] 段階的成長DNNを用いた光相関イメージングの時間変動空間ノイズ抑制2022

    • Author(s)
      和田 佑太、高原 大樹、櫻井 萌、星沢 拓、中尾 海都、渡邉 恵理子
    • Organizer
      第69回応用物理学会春季学術講演会
  • [Presentation] High-speed planar lightwave circuit digital holographic microscope using a thin film heater for biological samples2021

    • Author(s)
      Hideaki Gomi, Kazutaka Nakama, Katsunari Okamoto, Eriko Watanabe
    • Organizer
      Biomedical Imaging and Sensing Conference 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Three-dimensional imaging through thick phase-fluctuating medium based on phase-shift digital holography with two adjacent light sources for common-path geometry2021

    • Author(s)
      Shutaro Kodama, Manami Ohta, Yoko Miyamoto, Wolfgang Osten, Mitsuo Takeda, Eriko Watanabe
    • Organizer
      Digital Holography and Three-Dimensional Imaging 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Preliminary Evaluation of Optical Correlator-based Computational Ghost Imaging for Acquiring Three-Dimensional Information2021

    • Author(s)
      Kaito Nakao, Yuta Wada, Shuntaro Aragaki, Taku Hoshizawa, Eriko Watanabe
    • Organizer
      Imaging, Sensing, and Optical Memory 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Reduction of Random Noise in Parallax Images Acquired by Single-Pixel Imaging using Deep Neural Network2021

    • Author(s)
      Kazumasa Kimura, Mon Nagata, Yuta Wada, Yutaro Katano, Norihiko Ishii, Eriko Watanabe, Tetsuhiko Muroi
    • Organizer
      Imaging, Sensing, and Optical Memory 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Improving noise immunity by using a deep neural network in optical-correlator-based single-pixel imaging2021

    • Author(s)
      Yuta Wada, Kaito Nakao, Kazumasa Kimura, Hiroki Takahara, Taku Hoshizawa, Eriko Watanabe
    • Organizer
      Imaging, Sensing, and Optical Memory 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Scattered optical field and non-separability2021

    • Author(s)
      Y. Miyamoto
    • Organizer
      2021 IEEE Photonics Society Summer Topical Meeting Series (SUM)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Scattered light and non-separability2021

    • Author(s)
      Y. Miyamoto
    • Organizer
      15th International Conference on Correlation Optics
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 不可分な光と偏光スペックル2021

    • Author(s)
      宮本洋子
    • Organizer
      研究会「光の軌道角運動量の発生機構と物質相互作用の理解」
    • Invited
  • [Presentation] 共通光路位相シフトデジタルホログラフィによる複数の位相揺らぎ層背後の3次元顕微イメージング2021

    • Author(s)
      大田 愛美、飯田 公平、宮本 洋子、武田 光夫、渡邉 恵理子
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 光相関シングルピクセルイメージングによる複素振幅像の再構成2021

    • Author(s)
      新垣 駿太郎、中尾 海都、星沢 拓、渡邉 恵理子
    • Organizer
      第82回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] 平面導波路による隣接点光源を用いた共通光路デジタルホログラフィック顕微鏡の基礎実験評価2021

    • Author(s)
      飯田 公平、大田 愛美、岡本 勝就、武田 光夫、渡邉 恵理子
    • Organizer
      Optics & Photonics Japan 2021
  • [Presentation] 光相関計算機イメージングにおける深層ニューラルネットワークの基礎評価2021

    • Author(s)
      高原 大樹、和田 佑太、木村 一正、中尾 海都、渡邉 恵理子
    • Organizer
      Optics & Photonics Japan 2021
  • [Presentation] Single-pixel imagingにおける時間的に変動する空間ノイズ抑制のための深層ニューラルネットワーク2021

    • Author(s)
      和田 佑太、木村 一正、中尾 海都、高原 大樹、渡邉 恵理子
    • Organizer
      Optics & Photonics Japan 2021

URL: 

Published: 2022-12-28  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi