2016 Fiscal Year Annual Research Report
One-dimensional reaction-diffusion systems in diffusive environment: emergence of long-range inhibition and its application to visual information processing
| Project/Area Number |
26330276
|
|---|
| Research Institution | Yamaguchi University |
|---|
Principal Investigator |
野村 厚志 山口大学, 教育学部, 教授 (40264973)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡田 耕一 山口大学, 大学教育機構, 講師 (50452636)
水上 嘉樹 山口大学, 創成科学研究科, 准教授 (60322252)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
|
| Keywords | 反応拡散アルゴリズム / 初期視覚 / FitzHugh-Nagumoモデル / 非線形素子 / 抑制性結合 / ノイズ除去 / 画像符号化 / エッジ検出 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題では、2次元格子上に配置された非線形素子の結合系を用いて、視覚情報処理アルゴリズムの構築を行った。ここで非線形素子としてFitzHugh-Nagumo型のものを用いた。また、結合系は反応拡散系を空間的に離散化したものである。当初の研究計画では、複雑に絡み合った1次元反応拡散系の性質を調べたうえで、アルゴリズムの検討に取り掛かる予定であったが、特に2年目の予期せぬ発見により、長距離抑制効果の出現を前提として、アルゴリズム構築に取り掛かった。
最終年度は、視覚情報処理の一つであるエッジ検出アルゴリズムを、生物の視覚系におけるエッジ強調機能を参考にして、修正を加えた。具体的には、我々が提案してきたエッジ検出アルゴリズムと同様に、2次元格子上にFitzHugh-Nagumo型の素子を配置した結合興奮系を用いた。この非線形素子は興奮性因子と抑制性因子に関する2つの時間発展方程式で記述されるが、それらの方程式間で時間差を加え、なおかつ、抑制性因子の方程式に画像の勾配に基づく外的刺激の項を加えた。提案したアルゴリズムと、既存の代表的なCannyのエッジ検出アルゴリズムを、画像データセット（エッジ検出や輪郭検出のための画像セット3種類）と評価方法（距離に基づく評価方法と統計的手法による評価方法の2種類）を用いて、定量的に比較した。いずれのデータセットに対しても、距離に基づく評価方法では提案したアルゴリズムが良く、統計的手法による評価方法ではCannyのアルゴリズムが良いという結果が得られた。結果を詳細に観察すると、提案アルゴリズムでは細かいエッジの検出に適しており、Cannyアルゴリズムでは大まかなエッジの検出に適していることを確認した。
以上の3年間の研究により、エッジ検出・ノイズ除去・画像の符号化の3種類の反応拡散アルゴリズムを提案・修正することができた。
|
