2016 Fiscal Year Research-status Report
光受容タンパク質を用いた視覚受容野型の情報処理素子の作製と画像処理
| Project/Area Number |
15K00226
|
|---|
| Research Institution | The University of Electro-Communications |
|---|
Principal Investigator |
岡田 佳子 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (50231212)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | バクテリオロドプシン / 画像フィルター / 視物質 / DOGフィルター / 神経節細胞受容野 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
受容野とは視覚細胞がもつ限られた視野のことで，興奮と抑制領域で構成される．それぞれの領域は光を受けると極性の異なる電位応答を示す．本研究は、視物質類似の「光合成タンパク質」を用いた視覚受容野型の情報処理素子を開発し，アナログ画像処理に適用することを目的としている．電源や外部演算回路のいらない一画素生体チップを用いることによって，現在計算機で行われているデジタル画像処理演算量と消費電力の大幅な低減をめざしている.
本年度は，素子における光応答出力特性の素子サイズ依存性を調べるため，まずパターン無しの単純センサーの電極面積と電極間距離を変えて時間応答特性 (出力，応答速度，帯域幅) を検討した． その結果バクテリオロドプシンセンサーは，ヒトの視覚系と同様の周波数特性を有し，セル構造でセンサーキャパシタンスを制御できることがわかった．これより神経節細胞を模倣したDOGフィルターのセル構造と電解質溶液を変えることによってＸ型，Ｙ型神経節細胞受容野を両方実現できる可能性を見出した．これをふまえてまず線形素子であるX型神経節細胞を模倣した2次元2値化DOGフィルター素子を作製した．円形形状なのでこれまで成膜が難しかったが，従来のディップコート法に加えて，インクジェットプリンターにも挑戦した．空間周波数特性を確認しながらDOG 関数のパラメーターを変えて受容野形状を最適化したところ，ヒトの神経節細胞受容野の興奮：抑制の直径の比1：3に非常に良く一致することがわかった．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度は基本に立ち戻って，パターン無しの単純センサーや単純なパターンをもつセンサーの時空間基礎特性を丁寧に測定した．単純センサーセルの構造 (電極面積と電極間距離) を変えて時間応答特性 (出力，応答速度，帯域幅) を検討したところ，ヒトの視覚系と同様の周波数特性を示し，大きさや電極間距離を変えることによってセンサーキャパシタンスを制御できることがわかった．さらに単純なパターンをもつセンサーを用いて，たたみ込み演算特性と動画検出を行った成果が2016年10月にIP2.3の学術論文誌に掲載された．一方，複雑なパターン素子である網膜神経節細胞受容野を模倣した2次元2値化DOGフィルター素子の作製に，従来のディップコート法に加えて，インクジェットプリンターにも挑戦した．ヒトの視覚特性と非常によく一致した結果が得られたため，イギリスと日本で開催された2件の国際会議において招待講演を行った．
|
| Strategy for Future Research Activity |
今年度は基本型センサーと網膜神経節細胞受容野を模倣した2次元2値化DOGフィルター素子を作製し，評価したので，最終年度は初年度作製した一次視覚野単純型細胞受容野を模倣したcos-Gaborフィルターおよびsin-Gaborフィルター素子の二種類を組み合わせることにより高度な画像処理に着手する．
研究のまとめとして，本研究で提案した生体視覚ハードウェアを用いたハイブリッド画像処理システムを提案する．アナログ量のままで高速処理できる利点とコンピューター処理の利点を融合し，デジタル画像処理の演算量と消費電力の低減に貢献する．
|
| Causes of Carryover |
学内競争的資金である研究活性化経費を取得できたたため，平成28年9月国際会議における招待講演の旅費を使用しなかった．また平成28年9月と平成29年3月の応用物理学会における複数名の大学院生発表のため，参加費・旅費等の予算を残しておいたが，東京都内で開催されたOPJ2016における発表者1名で未使用額が生じた．
|
| Expenditure Plan for Carryover Budget |
最終年度は，すでに2つの国際会議において招待講演を予定しているので，旅費として適正に使用する．
|
| Remarks |
UEC e-Bullitin: Updates on research, innovation, and events at UEC
|
