2018 Fiscal Year Research-status Report
Three-dimensional (3D) microscopy of microorganism under low amount of radiation using multispectral imaging system
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17K06463
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
李 旻哲 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 助教 (60363397)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 計測工学 / センシング情報処理 / 3次元光信号処理 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、様々な映像システムを組み合わせて得られるマルチスペクトラム情報を利用し、物体の3次元プロファイルを非破壊かつリアルタイムで取得する方法を提案する。具体的にはマルチスペクトラム情報に統計処理を加えることで、低放射光量下での可視化が可能である。さらにレンズアレイを用いることで一回の撮影で3次元構造が取得できるため、リアルタイム処理も容易である。
この年度は、顕微鏡の光学系を介して得られた様々な情報の特性分析と活用法に関する理論的研究、及び最適化されたマイクロスコピシステムを製作した。
１）3次元データの生成に必要な再生アルゴリズムの開発を行った。集積映像に使用される要素画像が互いに類似するピクセルを持つという性質を使用して、局所エネルギー関数（localized energy function）を使用してMarkov Random Field（MRF）で3次元再生映像を生成する方法を用いて光子計数映像で最適の光子の数を取得する技術を開発した。またマルチスペクトラム映像システムを介して得られた様々な情報の特性分析ためのカラー光子計数イメージング技術を開発した。
２）少量の放射線条件での非線形フィルタを使用した生体画像の認識する研究を行った。少量の放射線条件で光子計数画像法集積映像法によって復元された生体画像は存在する光子の数に応じて画質が変わる。したがって、生体画像の認識率も光子の数との関係がる。本研究では、非線形フィルタを使用して光子計数生体画像を認識する方法を使用した。一般的に、映像を認識するための最も基本的な方法は、相関フィルタ（correlation filter）を使用するものである。
得られた結果を取りまとめ、国内外の学会に報告するとともに、国際専門ジャーナルに論文発表した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究は少量の放射線条件では、存在する光子の数が非常に少ないため、一般的にマイクロスコピシステムでは、映像獲得が不可能である。この問題を解決するために、少数の光子を計数する光子計数映像法（Photon counting imaging）が提案された。しかし、この方法も、少数の光子を検出するので、映像の画質を向上させることはできない。これを補完するために、光子計数画像法集積映像法を混合した3次元フォトニック係数集積映像法が提案した。この方法は、集積映像を通じて多数の生体画像を取得し、これを光子計数映像法で光子を抽出した後、統計推定法でウォン映像を復元するものである。このの方式では、各生体画像に関する情報（prior information）をUniform分布であると仮定してMaximum Likelihood Estimation（MLE）に元映像を推定した。
また、生きた細胞や微生物の損失なしに3次元情報を取得するため、顕微鏡と高解像度カメラを組み合わせたマイクロスコピシステムと高解像度な画像のデータ解析や高速アルゴリズムの開発に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、マルチスペクトラム映像システムを用いて最適化された3次元マイクロスコピ製作、取得された様々な情報や高度な統計手法を活用した微生物の判別システムの構築を行う。また３次元可視化映像の解像度の改善を行い、統合されたシステムを制作する。関連アルゴリズム開発とソフトウェアの最適化を推進し、パフォーマンスの向上を目指す。
生体の映像情報で期待できるような精密な復元画像を得ることができない問題が予想されるので光子計数映像法で光子を抽出した後、統計的推定法・集積映像コンピュータ再生法などのソフトウェア手法を用いて、3次元的に復元することで高解像の情報を得る。
得られた結果を取りまとめ、国内外の光学会、ディスプレイ学会に報告するとともに、国際専門ジャーナルに論文発表する。
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