多次元光学情報の高度情報解析による知的センシング

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H04144
• Research Institution: National Institute of Informatics
• Principal Investigator: 佐藤 いまり 国立情報学研究所, コンテンツ科学研究系, 教授 (50413927)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 画像解析 / 分光解析 / 素材識別 / 反射解析

Outline of Annual Research Achievements

物体の成分や特徴，組成を非破壊・非接触で知ることができる分光解析は，食品の産地判別，医薬品原料の種別，有害物質の推定，品質確認など，様々な応用が期待されている技術である。本研究では，可視域外の波長を含むワイドバンド光の反射・吸収・発光特性のデータ解析により，最高レベルの識別精度を実現する知的センシング技術を開発する。そして，深層学習結果に基づき，識別問題に有効な特徴量抽出に特化した光学システムを構築し実験することで，簡便な光学系を用いた素材識別や物質含有量の識別を実現できることを目的とする。本年度は、可視域に加えて紫外・赤外の波長を含むワイドバンド光源を照射し，物体表面の分光反射率および吸光度を広波長域において分光特性を確認し、さらに，単波長の光を照射し，その時の発光分光特性を計測することでワイドバンド波長における蛍光指紋の獲得も進めた。また，本研究の目的を実現するアルゴリズム開発のため、深層学習の最先端技術に関する技術調査を進めた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究では，可視域外の波長を含むワイドバンド光の反射・吸収・発光特性のデータ解析により，最高レベルの識別精度を実現する知的センシング技術を開発ことを目的とする。本年度は、素材識別，表面状態, 内部状態（熟成度，鮮度等）推定などの具体的な課題に対し，どのような光学特性（反射／吸光／発光特性）が解析に有効であるのかを調査検討するための分光データベースの調査と様々な素材サンプルの分光特性の解析を進めた。可視域に加えて紫外・赤外の波長を含むワイドバンド光源を照射し，物体表面の分光反射率および吸光度を広波長域において分光特性を確認し、さらに，単波長の光を照射し，その時の発光分光特性を計測することでワイドバンド波長における蛍光指紋の獲得も進めた。提案研究を実現するためのデータ獲得を順調に進めることができた。

Strategy for Future Research Activity

本年度の分光解析結果に基づき、物体の反射・吸収・発光データの深層学習により識別問題に有効な特徴量抽出データを取得する撮像デバイス設計を同時に実現した知的センシングを実装し，その精度検証を進めていく。具体的には，学習データと識別ネットワークの間に仮想光学システムによる物理情報抽出のプロセスを組み込み，識別問題に有効な特徴抽出とデータを取得する光学システムの同時設計を実現していく。さらに、識別問題における偏光特性計測の有効性についても検証する。