2021 Fiscal Year Annual Research Report
Scattered and fluctuating field modeling with large-scale databases
| Project Area | Comprehensive understanding of scattering and fluctuated fields and science of clairvoyance |
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| Project/Area Number |
20H05888
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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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)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| 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 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は，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，下記の項目を実施した。
（１）散乱・ゆらぎ特性のモデルの一つとして，大気ゆらぎを実験光学系における空間光変調器により変調される位相変化と仮定し，大気ゆらぎを定量化した。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において，深層学習による再構成精度を向上させるためのいくつかの検討を行った。（２）散乱特性評価の一つである複素符号化光パターンとの相関特性取得に向けて，位相パターンを扱う事の可能な，基礎的なホログラフィック光記録・再生（光相関）システムや単一画素イメージングの光学系を構築した。（３）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に向けて，ホログラフィック光記録・再生（光相関）システムの安定化・高速化を追求し，電気回路を改良した。（４）ゆらぎ・散乱抑制のための高速位相シフトデジタルホログラフィに向けて，新しい位相シフト方法を考案し，位相シフト時間を高速化した。
（５）空間光変調器の運用について実験による検討を行い，薄い散乱物体による散乱実験に着手した。コンカレンスを用いた理論的な枠組みについて検討を進めた。薄い散乱物体について散乱光の偏光状態分布を撮影して特徴量を評価するとともに，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を進めた。
（６）揺らぎ媒体背後の透視・近赤外波長帯等を含む多波長での解析に向けて，シミュレーションを構築し，大気揺らぎ影響下での空間光通信について検証を進めた。また，大気揺らぎ影響下での空間光通信について基礎実験を行う光学系を構築した。
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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
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。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）高精細な画像を対象とした散乱・揺らぎを除去可能な透視イメージングに向けて，単一画素イメージングの再構成時に利用する深層ニューラルネットワークを改良する。（２）深層ニューラルネットワークの層構造の寄与の解析や，光相関デジタルホログラフィを利用した散乱・ゆらぎ特性評価系により，散乱・揺らぎのモデリングを目指す。（３）複素振幅分布を高速に測定可能な波面センサに向けて，ホログラフィック光相関システムと単一画素イメージングを融合させた光相関デジタルホログラフィの光学系を改良し，高速波面測定が可能な光相関デジタルホログラフィの実装を目指す。
（４）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用いた新たな揺らぎ・散乱除法の実現デバイスとして，様々な機能を搭載した機能集積型光導波路照明素子を製作し，生体計測への適用範囲を考察し実証する。(5)薄い散乱物体による散乱実験を進めつつ，より複雑な散乱物体による散乱実験にも着手する。空間分解能や指標について得られた知見に基づいて，薄い散乱物体について散乱光の偏光状態分布を撮影して特徴量を評価し，散乱前後の空間分布と偏光状態の不可分性の変化を実験的に検証する。（６）適応対象に合わせた変調パターンの空間周波数や必要切り替え速度などを考察するために、適応対象に合わせた具体的なシミュレーションを行う。光通信用に構築したシミュレーションと基礎実験光学系を用いて，単波長での検証を進め，多波長での解析に向けた課題を精査する。
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