複素物体の回折イメージングに関する基盤研究

• 研究課題/領域番号: 16K00222
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 知覚情報処理
• 研究機関: 室蘭工業大学
• 研究代表者: 塩谷 浩之 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (90271642)
• 研究分担者: 郷原 一寿 北海道大学, 工学研究院, 教授 (40153746)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2018年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2017年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
• キーワード: 回折イメージング / フーリエ逆問題 / 複素位相回復 / クラスタリング / フーリエ位相問題 / 複素物体 / 位相回復 / 物体領域 / サポート構成 / 逆問題 / フーリエ位相回復 / 最適化問題 / 情報測度 / アンサンブル / 位相問題 / 情報量 / 回折顕微法 / 情報量解析

研究成果の概要

失われた位相を回復して実像を復元する手法を回折イメージングという。複素物体のイメージングが可能となると観察できる対象は広がる。複素位相回復で物体領域を事前に与えない手法を確立のためには，物体領域を求める必要がある。物体領域推定問題を実空間における領域の分類問題に帰着し，データクラスタリング手法を適用した。さらに実空間における基盤的な拘束条件を同時に適用することで，複素物体の回折パターンからの位相回復のための手法開発に進展を与えた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

計測によって強度は得られるが位相は失われることを位相問題という。周期性のある対象はその位相を経ずに対象の構造が得られるが，非周期であれば位相を回復する手段が必要となる。位相問題の設定で，対象が複素である問題は数学的にも難しい部類の問題である。そのような問題に対して，物体領域を得る方法の開発のために，物理系の領域ではなく，情報科学による手法で対応して研究を進めた。自然科学の研究に，最近のデータサイエンスやＡＩなどの情報学研究を役立てられた事例であり，情報の他分野における利活用の事例の一つとなった。

研究成果

• [雑誌論文] A Support Construction for CT Image Based on K-Means Clustering (2017)
  • 著者名/発表者名: Wisan Dhammatorn, Hiroyuki Shioya
  • 雑誌名: Journal of Computer and Communications 巻: 5 ページ: 137-151
  • NAID: 120006529910
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] CNTモデルを用いた回折イメージングにおける動的サポート構成 (2018)
  • 著者名/発表者名: 野川翔太，市橋克哉，前原洋祐，塩谷浩之，郷原一寿
  • 学会等名: 第33回 信号処理シンポジウム
• [学会発表] CNTモデルを用いた3次元回折イメージングにおける動的サポート構成法の検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 野川翔太，市橋克哉，前原洋祐，塩谷浩之，郷原一寿
  • 学会等名: 情報処理北海道シンポジウム2018
• [学会発表] 非整数次フーリエ変換を用いた複素画像暗号化に関する検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 澤田拓弥，塩谷浩之
  • 学会等名: 情報処理北海道シンポジウム2018
• [学会発表] 欠損領域を含むフーリエ強度からの複素位相回復に関する検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 市橋克哉，塩谷浩之，前原洋祐，山崎順，郷原一寿
  • 学会等名: 2017年電子情報通信学会総合大会
  • 発表場所: 名古屋市 名城大学
  • 年月日: 2017-03-22
• [学会発表] 複素位相回復アルゴリズムに関する検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 市橋 克哉, 塩谷 浩之, 前原 洋祐, 山﨑 順, 郷原 一寿
  • 学会等名: 電子情報通信学会 画像工学研究会
  • 発表場所: 福岡市 九州大学 大橋キャンパス
  • 年月日: 2017-03-07
• [学会発表] Complement Algorithm for Phase Retrieval by the Fourier Intensity with a Missing Region (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsuya Ichihashi, Hiroyuki Shioya, Yosuke Maehara, Jun Yamasaki, and Kazutoshi Gohara
  • 学会等名: The 24th Congress of the International Commission for Optics
  • 国際学会
• [学会発表] Sequential on-line construction for ensemble phase-retrieved images (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsuya Ichihashi, Hiroyuki Shioya, Daiki Yamamoto, Yosuke Maehara, and Kazutoshi Gohara
  • 学会等名: 2017 International Conference on Biometrics and Kansei Engineering
  • 国際学会
• [学会発表] 位相回復像による球殻構造の形成法に関する検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中川翔太，市橋克哉，塩谷浩之，前原洋祐，郷原一寿
  • 学会等名: 平成29年度電気・情報関係学会北海道支部連合大会
• [学会発表] 逐次型位相回復法による回復像分布の検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中川翔太，市橋克哉，塩谷浩之，前原洋祐，郷原一寿
  • 学会等名: 第32回 信号処理シンポジウム
• [学会発表] 欠損領域を含むフーリエ強度からのタイコグラフィ法に関する検討 (2017)
  • 著者名/発表者名: 市橋克哉，塩谷浩之，前原洋祐，山﨑順，郷原一寿
  • 学会等名: 第32回 信号処理シンポジウム
• [学会発表] A Hybrid Method of CT Algorithms Using Total Variation, Iterative FT and Support Construction (2016)
  • 著者名/発表者名: Wisan Dhammatorn and Hiroyuki Shioya
  • 学会等名: 2016 Joint 8th International Conference on Soft Computing and Intelligent Systems
  • 発表場所: Sapporo, Hokkai-Gakuen UniversityHokkai-Gakuen University
  • 年月日: 2016-08-24
  • 国際学会
• [学会発表] フーリエ位相回復における欠損パターン補完法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 市橋克哉，塩谷浩之，前原洋祐，郷原一寿
  • 学会等名: 情報処理北海道シンポジウム2016
  • 発表場所: 北海道釧路市 釧路公立大学
• [図書] 3D Local Structure and Functional Design of Materials (2019)
  • 著者名/発表者名: H. Daimon, T. Matsushima, F. Matsui, K. Hayashi, W. Voegeli, Y. Wakabayashi, K. Gohara, H. Shioya, J. Yamasaki, H.Sekiguchi, Y. C. Sasaki, Y. Morikawa, Y. Takano, N. Kobayashi, H. Ishii, K.Hirose, T. Fukushima, D.Oka, Y. Kubozono, H. Goto, H. Yamada, H. Sekiguchi
  • 総ページ数: 209
  • 出版者: Maruzen Publishing, World Scientific
  • ISBN: 9789813273665