2020 Fiscal Year Annual Research Report
ヘッドマウントディスプレイを用いた視知覚矯正・補助フレームワークの構築
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18H04116
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
清川 清 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (60358869)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
酒田 信親 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (40452411)
河合 紀彦 大阪工業大学, 情報科学部, 准教授 (30610670)
佐藤 智和 滋賀大学, データサイエンス学部, 教授 (50362835)
不二門 尚 大阪大学, 生命機能研究科, 特任教授 (50243233)
森本 壮 大阪大学, 医学系研究科, 寄附講座准教授 (00530198)
広田 雅和 帝京大学, 医療技術学部, 助教 (40835435)
長井 志江 東京大学, ニューロインテリジェンス国際研究機構, 特任教授 (30571632)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 視覚拡張 / 視覚矯正 / 視覚補助 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
・網羅的・統一的に視覚拡張(AV: augmented vision)の方法論を確立するために，視知覚のプロセスをデジタル画像処理における射影変換や時空間画像フィルタのアナロジーで捉え，その逆問題を解く計算論的アプローチにより，汎用的な枠組みで典型的な非定型視知覚の体験者に定型と等価な視知覚を生じさせること(視覚矯正・補助)を目指しています．令和２年度は，以下の研究に取り組みました．
・視覚拡張ディスプレイの開発に関して，将来のスマートサングラスの実現に向けて，前年度に開発した楕円ミラーを用いた方式を改良し，放物ミラーを組み合わせた，画素単位で減光可能な超広視野光学透過型(OST)HMDの詳細設計を行いました（英文論文投稿予定）．また，LCDを用いた簡易スマートサングラスの画質向上を実現し，特許申請を行いました．
・眼機能評価の研究に関して，眼球運動を計測可能なアイトラッカーと，眼球収差を解析可能な波面センサを用いて，初期老視眼における他覚的および自覚的な調節応答を評価しました．その結果，明視域に至るまでは調節反応が早く，自覚的に明視したと認識すると調節反応は緩やかになることが判明しました．一方，アイトラッカーは眼球運動を非侵襲的に計測可能な機器ですが，視標をディスプレイに呈示する必要があるため，眼科臨床では普及していません．物体検出人工知能 (single shot multibox detector, SSD) で検者が呈示した視標位置を計算し，アイトラッカーで計測した眼位データと統合することで，現実空間において柔軟な検査が可能な装置に関する発明をしました．
・ASDの知覚機序解明に関して，ASD者の知覚過敏・鈍麻を引き起こす神経機序を解明するため，深層ニューラルネットワークを用いた視覚過敏の発生機序のモデル化に引き続き取り組みました．
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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
・視覚拡張ディスプレイの開発に関して，将来のスマートサングラスの実現に向けて，画素単位で減光可能な超広視野光学透過型(OST)HMDの詳細設計を行いました（学会発表，特許出願済）．前年度の楕円ミラーを用いた方式に加えて，さらに高画質化可能な放物ミラーを用いた方式についても詳細設計と評価を行い，論文投稿を予定しています．180度に近い超広視野と画素単位の減光は従来両立が困難とされていたもので，画期的な成果です．すでにトップカンファレンスでの発表と国内特許出願を終え，国外特許の取得を目指しています．一方，LCDを用いた簡易スマートサングラスの製作も順調で，リアルタイムに動作する試作システムを完成させトップカンファレンスでの発表と特許出願を終えています．
・眼機能評価の研究に関して，アイトラッカーと波面センサを用いて，初期老視眼における他覚的および自覚的な調節応答を評価しました．その結果，明視域に至るまでは調節反応が早く，自覚的に明視したと認識すると調節反応は緩やかになることが判明し，画期的な発見です．また，アイトラッカーでは視標をディスプレイに呈示する必要があるため臨床普及していないという問題に対し，物体検出人工知能を用いて検者が呈示した視標位置を計算し，アイトラッカーで計測した眼位データと統合することで，現実空間において柔軟な検査が可能な装置に関する発明をしたことも画期的な成果です．
・ASDの知覚機序解明に関して，ASD者の知覚過敏・鈍麻を引き起こす神経機序を解明するため，深層ニューラルネットワークを用いた視覚過敏の発生機序のモデル化に引き続き取り組んでいます．
・これらの成果は，当初計画に含まれていないものもあり，発展的な課題といえます．一方，視線計測を用いた実時間補正などは未着手で，総じて「おおむね順調」といえます．
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| Strategy for Future Research Activity |
眼位矯正HMDの開発と評価に関して，これまでに開発した眼位を調整可能なビデオ透過型(VST)HMDの効果を検証します．また，その結果に基づき眼位を調整したVSTHMDにより，融像が復元することを確認します．具体的には，ヘスチャートプロジェクタによる眼位検査法とHMDによる眼位検査法の精度を比較し，同等以上の検査精度が得られることを客観的に示します．
視覚過敏補助HMD（スマートサングラス）の開発と評価に関して，すでに試作している不快な視覚体験を生じないような現実環境の画素単位の減光が可能なシステムの改良を進めます．特に，処理の高速化とユーザの眼球位置・瞳孔径を考慮した高画質化に取り組みます．
斜視やASD知覚のメカニズムの解明に関しては，当初予定以上に進展しており，引き続き発展的課題に取り組んで行きます．
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Research Products
(45 results)
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[Journal Article] An update on retinal prostheses2020
Author(s)
Ayton Lauren N.、Barnes Nick、Dagnelie Gislin、Fujikado Takashi、Goetz Georges、Hornig Ralf、Jones Bryan W.、Muqit Mahiul M.K.、Rathbun Daniel L.、Stingl Katarina、Weiland James D.、Petoe Matthew A.
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Journal Title
Clinical Neurophysiology
Volume: 131
Pages: 1383～1398
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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