Scattered and fluctuating field modeling with large-scale databases
| Project Area | Comprehensive understanding of scattering and fluctuated fields and science of clairvoyance |
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| Project/Area Number |
20H05888
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Transformative Research Areas, Section (II)
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
渡邉 恵理子 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (20424765)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宮本 洋子 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (50281655)
池田 佳奈美 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 助教 (70822568)
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| Project Period (FY) |
2020-11-19 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥124,930,000 (Direct Cost: ¥96,100,000、Indirect Cost: ¥28,830,000)
Fiscal Year 2022: ¥23,920,000 (Direct Cost: ¥18,400,000、Indirect Cost: ¥5,520,000)
Fiscal Year 2021: ¥21,840,000 (Direct Cost: ¥16,800,000、Indirect Cost: ¥5,040,000)
Fiscal Year 2020: ¥37,700,000 (Direct Cost: ¥29,000,000、Indirect Cost: ¥8,700,000)
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| Keywords | ホログラフィ / 相関イメージング / 計算機ゴーストイメージング / 深層学習 / 位相シフトデジタルホログラフィ / デジタルホログラフィ |
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| Outline of Research at the Start |
本計画研究では、散乱・揺らぎ現象を解明していくために、散乱・ゆらぎ媒質に対する入力光と出力光とを関係づけ、散乱特性のデータベース化およびモデリングを試みる。また、大規模光データベースによる光相関計算機イメージングなど、新たな揺らぎ・散乱除去法を提案・構築していく。本年度は、高速ホログラフィック光記録・再生（光相関）システムによる、散乱・揺らぎ媒質と複素符号化光パターンとの相関特性の安定取得、光相関計算機イメージングによる散乱・揺らぎ除去の基礎検討、散乱光の偏光状態分布を詳細に撮影する基礎光学系の構築、近赤外波長帯での散乱・揺らぎ場解析に向けたの基礎光学系の構築やシミュレーションを行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
散乱・ゆらぎ特性のデータベース化およびモデリング，散乱媒体背後の透視実験に向けて，基礎光学系の設計・試作，シミュレータの構築を実施した。具体的な実施事項を下記に示す。
(1)散乱・揺らぎとして想定した時間的に変動する空間ノイズを除去するために，光相関計算機イメージングの物体の再構成に用いるDeep Neural Networkを設計した。MNIST利用した光相関イメージング実験においては，時間的に変動する空間ノイズを付加してもイメージングが可能であることを実験により実証した。また，超高速に大量の複素符号化光パターンを安定生成できるシステムを目指すために，高速ホログラフィック光記録・再生（光相関）システムのトラッキングサーボ機能を解析した。(2)複素符号化光パターンとの相関信号を取得し，散乱・揺らぎ媒質のモデルリングに活かすために，光相関デジタルホログラフィを提案し，シミュレーションを構築した。(3)振幅，位相，波長，偏光という様々なパラメータを利用した散乱特性評価の一手法として，波長特性を計測可能な基礎実験光学系を試作した。(4)光相関システムと単一画素イメージング，深層学習を融合させた光相関計算機イメージングを利用して，散乱・揺らぎ特性のデータベース化，散乱・揺らぎ媒体を介した物体の透視イメージングに拡張するための基礎指針を立てた。(5)散乱光の偏光状態分布を詳細に撮影する光学系に向けて， 散乱実験に用いる空間光変調器の機種選定を行い，光学系の設計を行った。並行して散乱前後の空間分布と偏光状態の不可分性の変化を扱う理論的な枠組みの整備に着手した。(6)近赤外波長帯における散乱・揺らぎ場の解析・計測・特徴抽出へ向けた基礎光学系の準備を行った。
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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
研究実績概要に示した通り，申請時に計画していた実施事項を基本的に計画通りに実施できたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で目的としている，散乱・ゆらぎ特性のデータベース化およびモデリング，散乱媒体背後の透視実験に向けて，下記の項目を推進する方策とする。深層学習を組み込んだ光相関イメージングや光相関デジタルホログラフィ技術の実験実証を行い，有効性を確認する。振幅，位相，波長，偏光という様々なパラメータをもつ光場の相関特性を，構築した相関光学系等で計測し，散乱特性のデータベース化およびモデリングを試みる。さらに光相関デジタルホログラフィの波面センサ応用を検討し，波面補正に向けたシステム設計を進める。また，深層ニューラルネットワークの層構造の寄与を解析することで，散乱・揺らぎの解析とモデリングに活かす手法の考案を目指す。また，新たな揺らぎ・散乱除法として，共通光路デジタルホログラフィと位相シフトデジタルホログラフィを，針状光導波路として実装できる手法を選定し，適用範囲を考察する。加えて，玉田・早野・高山計画研究との共同研究により，天文学への応用，通信分野への応用，植物や生体計測への応用に関する検討を進める。
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Report
(1 results)
Research Products
(21 results)
