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画像修復アルゴリズムの動的側面に関する統計力学的性能評価

研究課題

研究課題/領域番号 14084201
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関北海道大学

研究代表者

井上 純一  北海道大学, 大学院情報科学研究科, 助教授 (30311658)

研究期間 (年度) 2002 – 2005
研究課題ステータス 完了 (2005年度)
配分額 *注記
7,900千円 (直接経費: 7,900千円)
2005年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
2004年度: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円)
2003年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
2002年度: 2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
キーワード確率的画像処理 / 情報統計力学 / ベイズ統計 / EMアルゴリズム / レプリカ法 / 非加法的統計力学 / 量子揺らぎ / 統計的性能評価 / 統計力学 / 情報科学 / 画像修復 / ダイナミックス / マルコフ連鎖モンテカルロ法 / 確率的情報処理 / フラストレートした格子模型 / 量子スピングラス / 量子アニーリング / アルゴリズムの平均的性能評価 / ランダムスピン系 / 平均場理論 / ベーテ近似 / 非加法的エントロピー / ベイズ推定 / ダイナミックス解析 / 不完全データからの最尤推定
研究概要

イジング,Q諧調イジング模型による白黒,濃淡画像に関する統計的画像復元の問題に関し,画素及びハイパパラメータの推定アルゴリズムの動的側面を平均場模型に基づく解析,マルコフ連鎖モンテカルロ法による計算機実験で詳細に調べた.特に,ハイパパラメータ推定においてはEM法と周辺尤度の勾配法による直接的最大化アルゴリズムの両者を比較し,ミクロな変数の緩和が十分でない場合の処理過程に及ぼす影響(パラメータの「振動現象」)を明らかにした.また,確率モデル全般に対し,広く用いられているEM法の改良として,非加法的統計力学に基づく確定的アニーリングEM法の提案と巡回セールスマン問題への適用,その統計的性能の評価を行った.さらに,確率的情報処理のキーポイントは「熱揺らぎ」に基づく有限温度での情報ビットの推定(周辺化事後確率最大推定)及び,その最適温度制御(西森温度)であるが,これを量子力学的揺らぎに基づく情報ビット推定法へと拡張し,最適な量子揺らぎ制御を画像修復,ソーラス符号に対して明らかにした.
(J.Inoue, Uuantum Spin Glasses, Quantum Annealing and Probabilistic Information Procesing,国際ワークショップ"Quantum Annealing and Other Optimization Methods" in Indiaで招待講演)
なお,量子系における動力学の問題は今後取り組む課題となっている.
また,本計画研究の過程で提起された新課題として「データシンボルと信号振幅を同時推定するCDMAマルチユーザ復調器の性能評価」(京大・田中利幸氏との共同研究),「濃淡画像のハーフトーン処理とインク滲み除去法の統計力学」(和歌山高専・雑賀洋平氏との研究)が進められており,本計画研究の終了後も継続的に研究成果が見込める状況にある.

報告書

(5件)
  • 2005 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2005 2003 2002 その他

すべて 雑誌論文 (16件) 文献書誌 (11件)

  • [雑誌論文] Quantum Spin Glasses, Quantum Annealing and Probabilistic Information Processing2005

    • 著者名/発表者名
      J.Inoue
    • 雑誌名

      "Quantum Annealing and Related Optimization Methods" Series : Lecture Notes in Physics, Springer-Heidelberg 679

      ページ: 237-278

    • NAID

      120000963701

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Quantum Spin Glasses, Quantum Annealing and Probabilistic Information Processing2005

    • 著者名/発表者名
      J.Inoue
    • 雑誌名

      "Quantum Annealing and Related Optimization Method", Series : Lecture Notes in Physics, Springer-Heidelberg Vol. 679

      ページ: 237-278

    • NAID

      120000963701

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Quantum Spin Glasses, Quantum Annealing and Probabilistic Information Processing2005

    • 著者名/発表者名
      J.Inoue
    • 雑誌名

      "Quantum Annealing and Related Optimization Methods"Series : Lecture Notes in Physics, Springer-Heidelberg 679

      ページ: 237-278

    • NAID

      120000963701

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Associative memories by reaping redundant neurons2005

    • 著者名/発表者名
      J.Inoue
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical Physics Supplement No.157

      ページ: 262-265

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Competition between ferro-retrieval and antiferro orders in a Hopfield-like network model for plant intelligence2005

    • 著者名/発表者名
      J.Inoue, B.K.Chakrabarti
    • 雑誌名

      Physica A : Statistical Mechanics and its Applications 346・1

      ページ: 58-67

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書 2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Associative memories by reaping redundant neurons2005

    • 著者名/発表者名
      J.Inoue
    • 雑誌名

      Progress of Theoretical Physics, Supplement 157(印刷中)

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] A generalization of the deterministic annealing EM algorithm by means of non-extensive statistical mechanics2003

    • 著者名/発表者名
      J.Inoue, K.Tabushi
    • 雑誌名

      International Journal of Modern Physics B 17

      ページ: 5525-5539

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Probabilistic image processing by means of Bethe approximation for Q-Ising model2003

    • 著者名/発表者名
      K.Tanaka, J.Inoue, D.M.Titterington
    • 雑誌名

      Journal of Physics A : Mathematical and General 36

      ページ: 11023-11035

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Mean field theory of EM algorithm for Bayesian gray scale image restoration2003

    • 著者名/発表者名
      J.Inoue, K.Tanaka
    • 雑誌名

      Journal of Physics A : Mathematical and General 36

      ページ: 10997-11010

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] A generalization of the deterministic annealing EM algorithm by means of non-extensive statistical mechanics2003

    • 著者名/発表者名
      J.Inoue, K.Tabushi
    • 雑誌名

      International Journal of Modern Physics B Vol. 17.

      ページ: 5525-5539

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Probabilistic image processing by means of Bethe approximation for Q-Ising model2003

    • 著者名/発表者名
      K.Tanaka, J.Inoue, D.M.Titterington
    • 雑誌名

      Journal of Physics A : Mathematical and General Vol. 36

      ページ: 11023-11035

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Mean field theory of EM algorithm for Bayesian gray scale image restoration2003

    • 著者名/発表者名
      J.Inoue, K.Tanaka
    • 雑誌名

      Journal of Physics A : Mathematical and General Vol. 36

      ページ: 10997-11010

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Dynamics of the maximum marginal likelihood hyper-parameter estimation in image restoration : Gradient descent versus EM algorithm2002

    • 著者名/発表者名
      J.Inoue, K.Tanaka
    • 雑誌名

      Physical Review E 65

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Maximum Likelihood Hyperparameter Estimation for Solvable Markov Random Field Model in Image Restoration2002

    • 著者名/発表者名
      K.Tanaka, J.Inoue
    • 雑誌名

      IEICE Trans. on Information and Systems E85-D

      ページ: 546-557

    • NAID

      110003219941

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Dynamics of the maximum marginal likelihood hyper-parameter estimation in image restoration : Gradient descent versus EM algorithm2002

    • 著者名/発表者名
      J.Inoue, K.Tanaka
    • 雑誌名

      Physical Review E vol. 65

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Maximum Likelihood Hyperparameter Estimation for Solvable Markov Random Field Model in Image Restoration2002

    • 著者名/発表者名
      K.Tanaka, J.Inoue
    • 雑誌名

      IEICE Trans. on Information and Systems Vol. E85-V

      ページ: 546-557

    • NAID

      110003219941

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2005 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] J.Inoue, K.Tabushi: "A generalization of the deterministic annealing EM algorithm by means of non-extensive statistical mechanics"International Journal of Modern Physics B. 17・29. 5525-5539 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Tanaka, J.Inoue, D.M.Titterington: "Probabilistic image processing by means of Bethe approximation for Q-Ising model"Journal of Physics A : Mathematical and General. 36. 11023-11035 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] J.Inoue, K.Tanaka: "Mean field theory of EM algorithm for Bayesian gray scale image restoration"Journal of Physics A : Mathematical and General. 36. 10997-11010 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] J.Inoue: "Image Restoration and Ising Spin Glasses in A Transverse Field"Physica Scripta. T106. 70-76 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] K.Tanaka, J.Inoue, D.M.Titterington: "Loopy belief propagation and probabilistic image processing"Neural Networks for Signal Processing. XIII. 329-338 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] J.Inoue, K.Tanaka: "Dynamics of the maximum marginal likelihood hyper-parameter estimation in image restoration : gradient decent vs. EM algorithm"Physical Review E. 65. 016125-1-016125-11 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] T.Tadaki, J.Inoue: "Multistate image restoration by transmission of bit-decomposed data"Physical Review E. 65. 016101-1-016101-13 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] K.Tanaka, J.Inoue: "Maximum Likelihood Hyperparameter Estimation for Solvable Markov Random Field Model in Image Restoration"IEICE Trans. on Information and Systems. E85-D-3. 56-557 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 井上純一, 田伏克巳: "非加法的統計力学により拡張された確定的アニーリングEMアルゴリズムのダイナミックス解析"電子情報通信学会技術研究報告書(ニューロコンピューティング). NC2002-126. 55-60 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 田伏克巳, 井上純一: "非加法的統計力学により拡張された確定的アニーリングEMアルゴリズムの巡回セールスマン問題への応用"電子情報通信学会技術研究報告書(ニューロコンピューティング). NC2002-127. 55-60 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] J.Inoue: "A generalization of the deterministic annealing EM algorithm by means of non-extensive statistical mechanics (Invited paper)"Proc. of the international conference on Statistical Mechanics of Threshold Activated Systems. (発表予定). (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2018-03-28  

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