2019 Fiscal Year Research-status Report
光学干渉計による高速度映像からの音響情報抽出に関する研究
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19K14929
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
矢田部 浩平 早稲田大学, 理工学術院, 講師(任期付) (20801278)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 光学的音響計測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
マイクロホンなど従来の方法では原理的に計測できない音場に対して，レーザ干渉計を用いて非接触に音を計測する光学的音響計測の研究を進めている．音が光に与える影響は微弱であり，光学的音響計測には高度なシステムが要求されるので，従来は限定的な音場のみが計測の対象であった．そこで，これまで計測システムやデータ解析手法に関する検討を行い，光学的に測定可能な音響現象の種類を増やしてきた．また，現実の応用問題へ適用するにあたり，これまで取り組んだ計測法自体の改善に加え，計測されたデータに対する信号処理も考える必要がある．本研究では，これまで発展させてきた光学的音響測定手法を現実の工学的問題に適用することを目指し，光学干渉計によって測定された音響データに対する信号処理について検討を行っている．
今年度は，光学的音響計測における計測対象の拡張，画像処理による音響情報の抽出，そしてアレイ処理の適用を試みた．まず，流体と連成して発生する音響現象への光学的計測の応用を行い，データ処理の対象となり得る現象について更なる調査を行った．その上で，波動方程式に基づく時空間フィルタにエッジ保存型の画像処理を組み込む拡張を行い，計測領域の打ち切りの影響を緩和する処理を提案した．さらに，計測データを多チャンネル信号と考えて簡単なアレイ処理を導入することで，ブラインドな音響現象の抽出を試みた．その結果，一定の成果を得ることができたが，基礎的な調査を行う必要性も浮上したので，今後は計測および処理に関して複数の視点から検討を行う予定である．
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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
本研究では，これまで発展させてきた光学的音響測定手法を現実の工学的問題に適用することを目指し，光学干渉計によって測定された音響データに対する信号処理について検討を行うことを目的としている．今年度は，主に三種類の対象に対して簡単な検討を行った．まず，流体と連成して発生する音響現象への光学的計測の応用を行い，データ処理の対象となり得る現象について更なる調査を行った．その結果，音響現象よりも微視的な現象が混入した場合に，データの性質が変化することを確認した．特に，位相シフトを画素単位で行っていることによる座標ズレの影響が顕著に表れたので，音響関連現象における音以外の影響を考慮する必要性が浮上した．その上で，波動方程式に基づく時空間フィルタにエッジ保存型の画像処理を組み込む拡張を行い，計測領域の打ち切りの影響を緩和する処理を提案した．これは，音響現象と比べて微視的な現象を除去する効果があり，空間の位置毎に適応的に処理をすることで，計測領域の売り切りによる悪影響を緩和することができた．しかし，適応的な処理の効果がどのように結果に反映されるかに関する理論が存在しないため，その原理に踏み込んだ検討を行う必要がある．さらに，計測データを多チャンネル信号と考えて簡単なアレイ処理を導入することで，ブラインドな音響現象の抽出を試みた．解析解を得られる比較的単純な処理を行ったことにより，ある程度想定通りの結果が得られたが，通常のアレイと異なり積分の影響が入り込むため，その影響を慎重に見定める必要性が見られた．総じて，新たな方向性で研究に取り組み，一定の成果を得ることができたが，想定と異なる結果も含まれていたので，その結果に対して調査を進めることが望まれる形となった．
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の結果により，音響現象のみを対象とした場合に，以前より用いていたシステムおよび信号処理は適切に作用することが確認できたが，一方で，音響現象以外の現象との相互作用が存在する場において，特別な配慮が必要となることが示唆された．特に，細かな現象が存在する場合に，計測された位相分布の乱れが特定のパターンとして発生することが観測された．これは，画素ごとに位相シフトを行うことで位相シフト量と画素位置の対応が取れていないことが原因であり，位相シフト干渉法自体の検討が必要であることを示唆している．従って，一度基礎的な信号処理に立ち返り，画素位置の整合性について検証する必要がある．まずは実際の計測システムにおいてどのような状況であるかを調査し，それに対して処理的に改善可能な要素があれば検討を行う．さらに，位相分布の空間特性に関する調査を行い，位相シフトの問題が改善されるようであれば，時空間フィルタに関する理論的な考察を加えることで，音響以外の現象によるデータの変化を調べる．さらに，多チャンネルでありながら，導入したアレイ処理では想定された結果に比べて限定的な結果しか得られなかったので，その原因を調べることによって前提条件の不一致などがないかについて考える．それらの検討によって，今年度の複数の結果から共通の課題を見つけ出し，それに対処することによって，想定と異なっていた部分を明確化し，それを修正することを考えるつもりである．
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| Causes of Carryover |
国際会議の開催年度と参加費支払年度が異なったため，それぞれを次年度と今年度で支出すべきだと考えたが，実際はそれらをまとめて次年度に支出した方が良いと指摘され，その指摘に従ったため．
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