2013 Fiscal Year Research-status Report
モルフォロジフィルタ（特に多重解像度ＤＰＴ）による新しい生体環境信号解析法の開発
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25420422
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Kinki University |
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Principal Investigator |
吉川 昭 近畿大学, 生物理工学部, 研究員 (30075329)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 久 近畿大学, 生物理工学部, 教授 (50278735)
中迫 昇 近畿大学, 生物理工学部, 教授 (90188920)
小濱 剛 近畿大学, 生物理工学部, 准教授 (90295577)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | medianフィルタ / DPT / エッジ保存能力 / 固視微動 / 移動体間距離推定 / 胎児心電図 / フラクショナルブラウン運動 / スペクトル指数の推定 |
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| Research Abstract |
morphologicalフィルタはエッジ信号保存性に優れているとの通説に反し、本研究での理論的実験的検討により、トレードオフの関係にあるmedianフィルタのエッジ保存能と平滑化効果のバランスは雑音の大きさと分布に大きく依存し、特に一様分布雑音や正規分布雑音のようにまとまりのよい分布の雑音に対しては高S/N以外では移動平均フィルタに劣ることが判明した（DPT平滑化フィルタとの比較は現在進行中である）。これらのことは、雑音の種類と大きさを考慮したフィルタの選択やそれらの組み合わせの必要性を示唆しており、本研究ではハイブリッド型線形－非線形フィルタや非線形フィルタ同士の合理的組み合わせ法の理論検討を進めている。これらのことから、実際のデータ処理において、これまで以上に信号の性質と雑音の種類やそれらのS/Nについての慎重な検討が必要であり、現在固視微動データ、胎児心電図、脳波データ、あるいは移動間物体間の距離測定データなどの収集と解析実験を行いながら、理論およびシミュレーション結果の適用のについて検討している。特に固視微動解析においては、DPTとmedianフィルタを使い分けた効率的なsaccadeの検出法を提案している。また、固視微動がフラクショナルブラウン運動（fBM）のような特殊な信号である可能性も明らかになった。従ってスペクトル指数の推定は重要である。fBMのスペクトル指数の推定法の比較検討は既にあるが、我々の文献調査では、これらの検討はきわめて不十分であるため、改めて比較研究を開始した。さらに、固視微動は単純なfBMではなく、複合型のfBMの可能性を指摘して従来のfBMの理論を適用した報告もある。しかし、従来の理論を無批判に適用することはきわめて危険であることが本研究で明らかになりつつあり、この問題についてもDPTを用いた方法も含めて検討に入っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
medianフィルタの新しくかつ興味深い性質が分かり始めたため、当初考えていた以上にmedianフィルタの理論検討に時間を割いている。このためDPTの理論検討のための時間が不足がちになり、DPTの理論検討は多少滞っている。また、胎児心電図解析に関しては、非線形フィルタの中でも多少毛色の異なるTeager-Kaiserフィルタの応用が成果を収めつつあり、このフィルタの詳細な検討の必要性が出てきた。このためこれに割く時間を必要としたため、DPTやmedianフィルタの適用に関する研究が若干遅れた感もある。さらに、スペクトル推定に関して、固視微動がフラクショナル・ブラウン運動（fBM）的な振る舞いをする可能性が見えてきたため、fBM理論とそのスペクトルおよびスペクトル指数（Hurst指数）推定法の検討に入った。その結果、従来のHurst指数推定法の評価の問題点や、固視微動が示す奇妙な振る舞い（複合型fBM：仮名）の数学的存在などに関する理論検討に入り成果を得つつあるが、反面当初念頭に置いたmorphplogicalフィルタによる新しいスペクトル推定法はアイディアを温めている段階に留まっている。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究を進めるに従い、morphologicalフィルタあるいはもっと広く非線形フィルタの新しい側面が見えてきた。これらは本研究にとっても有益かつ重要な側面であり、これらをさらに深く追求することは本研究にとって有用かつ不可欠である。そこで、研究の流れの本質を見極めながらこれら新しい側面を有機的に組み込み、当初の目的の内容をいっそう高めるべく主として次の点に注意しながら研究を進める。
Medianフィルタ、DPT、Teager-Kiaserフィルタなどの非線形フィルタならびに線形フィルタの組み合わせによるハイブリッド非線形morphologicフィルタの理論検討と固視微動、脳波、胎児心電図、移動間距離における信号検出への適用。フラクショナル・ブラウン運動（fBM）のHurst指数を推定するための従来の方法およびそれらの評価法の再検討と複合型fBMの理論的検討、さらにこれらのスペクトル指数（Hurst指数）推定のためのDPTおよびmedianフィルタによるスペクトル推定法の開発。DPTのEMDやrobustフーリエ変換法への応用並びに全変動スペクトル解析の検討。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
劣化と性能低下が危ぶまれていたパーソナルコンピュータ（PC）の買い換えを考えていたが、部品交換などでその必要がなくなったこと、実験補助とプログラム作成などで考えていた人件費謝金を使わなくてすんだことが主要な理由である。
研究の進展の中で必要となったシミュレーションが非常に大きな計算負荷をもたらすことが分かり、現在用いているPCはそれに耐ええないと思われるため、来年度にはより高性能で計算速度の速いPCの購入が必要となる見込みである。また、各種データ計測実験用の器具の調達も必要と思われるが、今年度生じた次年度使用額と翌年度分として請求する助成金をあわせることによりこれらの需要を賄うよう計画している。
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