ストリークカメラとスパース画像処理による極短時間の発光現象の多次元的な可視化技術

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K13715
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 岩橋 政宏 長岡技術科学大学, 工学研究科, 教授 (30251854)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐々木 徹 長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (90514018) ; 吉田 太一 長岡技術科学大学, 工学研究科, 助教 (60737914)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 画像

Outline of Annual Research Achievements

超高速撮像技術の発展により，ピコ秒～ナノ秒時間の発光現象を伴う様々な物理現象の観測が可能となっている．従来の撮像技術では極短時間現象の空間的な観測が不可能であり，物理現象の解明が困難であった．本研究では，1台のストリークカメラで，極短時間スケールの発光現象を，空間3次元＋時間1次元の4次元情報として，超高速に撮影できる技術を確立する．これにより，コンパクトなシステムで極短時間現象の時間変化を空間的に観測できるようになる．具体的には，(1) 偏光技術を利用した光学観測装置の開発，(2) スパース画像処理アルゴリズムの最適化，(3) GPUを利用したハードウェア並列化の構造設計を行う．これらを応用して，ピコ秒～ナノ秒の時間スケールを持つ物理現象を，4次元情報として可視化できる技術を構築する．
今年度については、偏光スプリッタを用いて観測情報を多次元化できると考え、これに適合するようにスパース画像処理を最適化し、専用の並列化ハードウェアを設計した．具体的には、研究分担者らがこれまでに築いたストリークカメラによる短時間発光現象の観測装置をベースとして，偏光スプリッタ等の光学系を新規拡張した．また、撮像されたディジタル情報を，研究代表者らの画像処理技術を基礎として，スパース画像処理を用いたデノイジングと多次元化を行い，画像の再構成アルゴリズムを確立した。学術的観点からは，スパース画像処理 min||E-OI||2+λφ(I) における正則化項φの本システムへの適合度を調査した．

Current Status of Research Progress

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

Reason

初年度であるため、実験装置の構築に重点を置いた。また、画像再構成アルゴリズムについては種々の実験によりその効果を検証できた。

Strategy for Future Research Activity

確立された画像再構成アルゴリズムを用い、シミュレーション実験の他、実画像に適用することで本研究課題の効果を検証する。

Causes of Carryover

装置の一部に仕様を変更する必要が生じたため、部品の購入を遅らせることとなった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

仕様を慎重に再検討した上で変更して適切な部品を購入する。