Development of a 3D measurement system under limited field of view by applying a naked eye 3d display technique and its application to plasma

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K05364
• Research Institution: Kyoto Institute of Technology
• Principal Investigator: 三瓶 明希夫 京都工芸繊維大学, 電気電子工学系, 講師 (90379066)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 三次元計測 / インテグラルフォトグラフィ / 微粒子プラズマ / 画像計測 / 逆磁場ピンチ

Outline of Annual Research Achievements

裸眼3Dディスプレイで用いられているインテグラルフォトグラフィの技術を応用することで，視線方向が限定された視野から微粒子プラズマの三次元構造を100ミクロン程度の誤差で再構成できるシステムを構築した．このシステムでは，実験条件に最適化したレンズアレイを通した散乱光を直接CMOSセンサーに結像させている．開発したシステムを用いて微粒子プラズマの三次元的な時間発展を一方向のみから計測することに成功し，従来の微粒子プラズマ実験による結果と矛盾のない値が得られた．
逆磁場ピンチ(RFP)プラズマに対しても同様の技法を適用したが，ぼやけた境界を持つ半透明の撮影対象に対しては，従来の技法では再構成結果の自由度が高く，輝度分布を一意に決定できないため，インテグラルフォトグラフィとデコンボリューションを組み合わせた技法を開発した．RFPプラズマのような連続光源をマルチレンズで撮影し，インテグラルフォトグラフィによって三次元ライトフィールドを作成すると，ライトフィールドは連続的に分布する点光源から伸びる円錐が重なり合っている状態が得られる．この円錐を既知の点像分布関数とみなして，Lucy-Richardson deconvolutionを適用することにより，計測対象である半透明な連続光源の三次元分布を一方向から得る事が可能となった．また，マルチピンホールと軟X線カメラを組み合わせた軟X線三次元計測装置の開発を行った．ピンホールに装着するフィルターを変えることで，逆磁場ピンチプラズマに対して二次元温度分布計測を行い，反転が浅い状態では高温のヘリカル状態が形成されること，及び内部輸送障壁が存在していることを示唆する結果が得られた．
これらの成果により，異なる空間・時間スケールのプラズマに対して，限定された視野からの三次元構造計測が可能となり，自己組織化現象の詳細な理解に繋がることが期待できる．

Research Products

• [Int'l Joint Research] Auburn University(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Auburn University
• [Journal Article] Repeatable Intense Beam Generation of Micro-Particles Attached with 10^7 Electrons (2018)
  • Author(s): Akihiro Mohri, Akio Sanpei
  • Journal Title: Plasma and Fusion Research Volume: 13 Pages: 1406042-1 - 3
  • DOI: 10.1585/pfr.13.1406042
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Levitation of Microorganisms in the Sheath of an RF Plasma (2018)
  • Author(s): Sanpei Akio、Kigami Tomohito、Kanaya Hiroki、Hayashi Yasuaki、Sampei Mai
  • Journal Title: IEEE Transactions on Plasma Science Volume: 46 Pages: 718～722
  • DOI: 10.1109/TPS.2017.2753850
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Design of an open-ended plenoptic camera for three-dimensional imaging of dusty plasmas (2017)
  • Author(s): Akio Sanpei, Kazuya Tokunaga, Yasuaki Hayashi
  • Journal Title: Japanese Journal of Applied Physics Volume: 56 Pages: 080305-1 - 4
  • DOI: 10.7567/JJAP.56.080305
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Reconstruction of 3D SXR emissivity structure with integral photography technique -possible application to 3D tearing mode structure in toroidal plasmas- (2018)
  • Author(s): A. Sanpei, S. Masamune
  • Organizer: US-Japan MHD Workshop "Toward development of integrated studies of 3D magnetic field effects in fusion devices"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Reconstruction of three-dimensional emissivity structure with integral photography technique (2018)
  • Author(s): A. Sanpei, S. Masamune and RELAX group
  • Organizer: 2nd Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Levitation of Microorganisms in the Sheath of an RF Plasma (2017)
  • Author(s): Sanpei Akio、Kigami Tomohito、Kanaya Hiroki、Hayashi Yasuaki、Sampei Mai
  • Organizer: 8th International Conference on the Physics of Dusty Plasmas
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 画像計測による低アスペクト比RFPダイナミクスの研究 (2017)
  • Author(s): 三瓶明希夫， 政宗貞男，RFPグループ，大舘暁，水口直紀，秋山毅志
  • Organizer: 平成29年度核融合科学研究所共同研究研究会「高ベータトーラスプラズマの自律的構造形成・維持とその応用」
• [Presentation] Observation of hollow SXR emissivity distribution in a low-A RFP (2017)
  • Author(s): A. Sanpei, S. Masamune, S. Kunita, H. Makizawa, M. Emori, C. Tada, S. Yoshioka, T. Okamoto, H. Himura, S. Ohdachi, N. Mizuguchi, T. Akiyama
  • Organizer: 1st Asia-Pacific Conference on Plasma Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 限定視野下における微粒子プラズマ三次元分布再構成 (2017)
  • Author(s): 三瓶明希夫
  • Organizer: 平成29年度東北大学電気通信研究所 共同プロジェクト研究会「微粒子-流体混成系がもたらす多様な機能性~ 基礎物理から、メタマテリアル効果、熱応答性、種々の新現象 ~」
  • Invited
• [Presentation] Correlation between MHD Instabilities and Helical Structure in a Low-aspect-ratio RFP (2017)
  • Author(s): A. Sanpei, S. Masamune, S. Kunita, H. Makizawa, M. Emori, C. Tada, S. Yoshioka, T. Okamoto, H. Himura, S. Ohdachi, N. Mizuguchi, T. Akiyama
  • Organizer: The 21st International Stellarator/Heliotron Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] MHD studies in low-A RFP with SXR imaging diagnostic (2017)
  • Author(s): A. Sanpei, S. Masamune, S. Kunita, H. Makizawa, M. Emori, C. Tada, S. Yoshioka, T. Okamoto, H. Himura, S. Ohdachi, N. Mizuguchi, T. Akiyama
  • Organizer: US-Japan CT workshop 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Measurements of 3-D Structure in Plasmas with Integral Photography Technique (2017)
  • Author(s): A. Sanpei, S. Kunita, M. Emori, H. Makizawa, H. Kanaya, T. Okamoto, T. Kiagami, S. Yoshioka, E. Kai, H. Himura, S. Masamune Y. Hayashi, S. Ohdachi, N. Mizuguchi, T. Akiyama
  • Organizer: Plasma Conference 2017
• [Presentation] Identification of 3-D structure of Low-A RFP with imaging technique (2017)
  • Author(s): A. Sanpei, S. Kunita, M. Emori, H. Makizawa, H. Kanaya, T. Okamoto, T. Kiagami, S. Yoshioka, E. Kai, H. Himura, S. Masamune Y. Hayashi, S. Ohdachi, N. Mizuguchi, T. Akiyama
  • Organizer: 26th International Toki Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Levitation and Crystallization of Microorganisms in an RF Plasma (2017)
  • Author(s): Sanpei Akio、Kigami Tomohito、Kanaya Hiroki、Hayashi Yasuaki、Sampei Mai
  • Organizer: Fine particle plasma workshop2017
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 京都工芸繊維大学 研究者総覧データベース
  • URL: https://www.hyokadb.jim.kit.ac.jp/profile/ja.2f965ca8f50ea3fc94f675f4fcb5670b.html