2022 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 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 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 |
2022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）空間位相変調器により大気揺らぎを付加した単一画素イメージングの光学系を構築し，再構成時に深層学習を利用することにより，散乱・揺らぎを除去可能な透視イメージングを基礎実証した。また，散乱・揺らぎの解析とモデリングに活かすために，深層ニューラルネットワークの層構造の寄与を解析し，考察した。（２）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をシミュレーションにより実証し，実験系の構築と基礎実験評価を行った。（３）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に向けて，光相関システムの光学デバイスを改良し，安定化を行った。また，2022年12月に光相関デバイスインターフェイスが国際標準化として承認された。（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・散乱除法を，新しい光導波路により実装し，実験により適用範囲を考察した。
（５）薄い散乱物体について散乱光の偏光状態分布を撮影するにあたって，撮影方法が空間分解能に与える影響を検討し，定量的な結果を得た。不可分性を評価する指標についても検討を進め，従来のコンカレンスに代えて「内在的コンカレンス」を用いるべき場合があることが分かった。
（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，光空間通信への適用を想定し，短波長での基礎的な光波伝搬シミュレーションを構築した。さらに基礎実験に向けて実験環境に合わせたシミュレーションの改変を進めた。
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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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