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観測像が持つ統計的性質を利用して物体認識機構を獲得する神経回路モデルの構築と応用

研究課題

研究課題/領域番号 17K00357
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 ソフトコンピューティング
研究機関大分工業高等専門学校

研究代表者

木本 智幸  大分工業高等専門学校, 電気電子工学科, 教授 (30259973)

研究分担者 上江洌 達也  奈良女子大学, 自然科学系, 教授 (10160160)
園田 潤  仙台高等専門学校, 総合工学科, 教授 (30290696)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード人工知能 / AI / ディープラーニング / 地中レーダ / 物体識別 / 非破壊検査 / 埋設物識別 / 深層学習 / 3D-CNN / 連想記憶モデル / Amitモデル / 相関 / Hopfieldモデル / 位相振動子 / XYスピン / ソフトコンピューティング
研究成果の概要

AIで物体識別をする場合、大量の画像でAIを訓練する必要がある。このとき、入力画像の明るさや出現頻度、相関関係などが学習結果に依存する。本研究では、画像の輝度情報を明瞭に捉えるために多チャネル化したり、または、教師無し学習型のAIモデルで統計的情報を低次元化したりした後、通常の教師あり学習AIモデルで学習を行った。これにより、観測増が持つ統計的情報で前処理することで、識別性能が向上することを狙った。その結果、画像識別において識別率が向上することが分かった。今後、この技術を、高度経済成長期から50年経過した社会インフラ(道路や橋脚等)の劣化診断システムへ応用していく。

研究成果の学術的意義や社会的意義

高度経済成長期の社会インフラ建設から50年が経ち、トンネルや道路の崩落事故が起き始めており改修工事が急いで進められている。現在、地上から地中に向けて電波を照射して、その反射波で地中内部の状態を可視化する地中レーダが注目されている。しかしながら、レーダ画像は実埋設物とは全く異なった形状で観測され、加えて地下物体の比誘電率・サイズ・深度に依っても変化するため、熟練技術者でもレーダ画像からそれが空洞(危険因子)なのか埋設管(非危険因子)なのかを判断することは困難である。本研究の結果から、反射画像と埋設物の関係をAIに学習させることで、人間よりも高精度な識別システムが構築できる可能性を示した。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (50件)

すべて 2020 2019 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (47件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Correspondence between phase oscillator network and classical XY model with the same random and frustrated interactions2019

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Kimoto, Tatsuya Uezu
    • 雑誌名

      Physical Review E

      巻: 100

    • NAID

      130007508419

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 畳み込みニューラルネットワークと敵対的生成ネットワークを用いた深層学習による地中レーダ画像の物体識別とイメージング2019

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 雑誌名

      地盤工学会誌

      巻: 67 ページ: 12-15

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unlearning of Mixed States in the Hopfield Model - Extensive Loading Case -2018

    • 著者名/発表者名
      Kao Hayashi, Chinami Hashimoto, Tomoyuki Kimoto, and Tatsuya Uezu
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 87/5 号: 5 ページ: 0540041-16

    • DOI

      10.7566/jpsj.87.054004

    • NAID

      120006707869

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] SK型相互作を有するXYモデルと位相振動子ネットワークの対応-- スピングラスオーダーパラメータと低エネルギー状態 --2020

    • 著者名/発表者名
      上江洌達也, 木本智幸
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 円周上のメキシカンハット型相互作用と非局所相互作用の場合における古典XYモデルと位相振動子系の臨界現象の対応関係2020

    • 著者名/発表者名
      戸田光, 上江洌達也, 木本智幸
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Amit型相互作用を有するXYモデルと位相振動子系の対応関係-外場への応答-2020

    • 著者名/発表者名
      宮田佳奈, 上江洌達也, 木本智幸
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 3D-CNNを用いた多チャンネル地中レーダ画像の物体識別2020

    • 著者名/発表者名
      中岡黎,木本智幸,園田潤
    • 学会等名
      電子情報通信学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ラベル無しレーダ画像を積極的に利用するためにVAEとMLPを組み合わせた地中レーダ画像からの埋設物識別2020

    • 著者名/発表者名
      木本智幸,園田潤
    • 学会等名
      電子情報通信学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 深層学習を用いた地中レーダとUAVによる海洋プラスチック検出2020

    • 著者名/発表者名
      園田潤,佐藤匠,金澤靖,木本智幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 変分オートエンコーダを用いた半教師あり学習による地中レーダ画像からの埋設物識別2020

    • 著者名/発表者名
      木本智幸,園田潤
    • 学会等名
      電子情報通信学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 敵対的生成ネットワークを用いた深層学習によるレーダ画像のSN比向上2020

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] SK型相互作用を有するXYモデルと位相振動子ネットワークの対応 -局所場の自己無撞着方程式 v2-2019

    • 著者名/発表者名
      上江洌達也, 木本智幸
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ノイズが印加されたAmit型相互作用を有するXYモデルと位相振動子系の対応関係2019

    • 著者名/発表者名
      宮田佳奈, 上江洌達也, 木本智幸
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 3D-CNNを用いた地中レーダ画像の誘電率とサイズの分類2019

    • 著者名/発表者名
      木本智幸,津野龍,園田潤
    • 学会等名
      人工知能学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 畳み込みニューラルネットワークと敵対的生成ネットワークによる地中レーダ画像の物体識別2019

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 学会等名
      人工知能学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 地中レーダによる海底探査の実験的・理論的検討2019

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] StackGANを用いた深層学習による地中レーダ画像からの地中モデル逆推定2019

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] YOLOを用いた地中レーダ画像からの埋設物体検出2019

    • 著者名/発表者名
      浜野佑介,木本智幸,園田潤
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 敵対的生成ネットワークを用いた深層学習による地中レーダ画像の超解像化2019

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 畳み込みニューラルネットワークと敵対的生成ネットワークを用いた深層学習による地中レーダ画像の物体識別2019

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Amit型相互作用を有するXYモデルと位相振動子系の対応関係-連続アトラクタの安定性と対応する解-2019

    • 著者名/発表者名
      宮田佳奈, 上江洌達也, 木本智幸
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 強磁性及び反強磁性一次元最隣接相互作用を有する古典XYモデルと位相振動子ネットワークの対応関係2019

    • 著者名/発表者名
      戸田光, 上江洌達也, 木本智幸
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] SK 型相互作用を有する XY モデルと位相振動子ネットワークの対応 VI2019

    • 著者名/発表者名
      上江洌達也, 木本智幸
    • 学会等名
      日本物理学会年次大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] CNNによる地中レーダ反射画像からの埋設物識別2019

    • 著者名/発表者名
      木本智幸,園田潤
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 敵対的生成ネットワークを用いた深層学習による地中レーダ画像の物体識別 --クラッタ除去・超解像化・逆推定--2019

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 地中レーダ画像の物体識別における学習画像の改善とDCNNの特徴解析2019

    • 著者名/発表者名
      浜野佑介,木本智幸,園田潤,辻繁樹
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 3D-CNNを用いた地中レーダ画像の誘電率分類2019

    • 著者名/発表者名
      津野龍,木本智幸,園田潤
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 相関のある記憶パターンを学習したAmit型連想記憶モデルの想起特性2019

    • 著者名/発表者名
      高野修平,木本智幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] FDTD法を用いた地中レーダのコンクリート亀裂検出の定量化2019

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸,山本佳士,光谷和剛
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ディープラーニングによる地中レーダの物体識別におけるシミュレーション画像と転移学習による実験画像の識別2018

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 学会等名
      人工知能学会全国大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] ディープラーニングにおける転移学習とFDTDシミュレーションによる地中レーダ画像の識別2018

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Object Identification form GPR Images by Deep Learning Using FDTD Simulation with GPU Cluster2018

    • 著者名/発表者名
      Jun Sonoda, Tomoyuki Kimoto
    • 学会等名
      Proceedings of Progress In Electromagnetics Research Symposium 2018 (PIERS2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 敵対的生成ネットワークを用いた深層学習による地中レーダ画像からのクラッタ除去2018

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 一次元最隣接相互作用及び非局所相互作用を有する古典XYモデルと位相振動子ネットワークの対応関係2018

    • 著者名/発表者名
      岡本優花,上江洌達也,木本 智幸
    • 学会等名
      日本物理学会 2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] SK型相互作用を有するXYモデルと位相振動子ネットワークの対応 IV2018

    • 著者名/発表者名
      木本智幸, 上江洌達也
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] SK 型相互作用を有する XY モデルと位相振動子ネットワークの対応 V2018

    • 著者名/発表者名
      上江洌達也, 木本智幸
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Amit型相互作用を有するXYモデルと位相振動子系の対応関係ー連続アトラクタと対応する解ー2018

    • 著者名/発表者名
      宮田佳奈,上江洌達也,木本 智幸
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Object Identification form GPR Images by Deep Learning2018

    • 著者名/発表者名
      Jun Sonoda, Tomoyuki Kimoto
    • 学会等名
      Proceedings of 2018 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC2018)
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 敵対的生成ネットワークを用いた深層学習による地中レーダ画像からのモデル逆推定2018

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会技術研究報告
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 阿蘇山における地中レーダ探査と火山灰の複素比誘電率特性2018

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸,橋本瑞樹,金澤靖
    • 学会等名
      電子情報通信学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ディープラーニングを用いた地中レーダ画像識別におけるシミュレーション画像と実験画像による識別特性2018

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ディープラーニングによる地中レーダ画像の物体識別特性2017

    • 著者名/発表者名
      園田 潤,木本智幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ディープラーニングを用いた地中レーダ画像の物体識別における多層化と高解像度化による識別特性2017

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] SK型相互作用を有するXYモデルと位相振動子ネットワークの対応I --計算機シミュレーションによる解析--2017

    • 著者名/発表者名
      木本智幸,上江洌達也
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] SK型相互作用を有するXYモデルと位相振動子ネットワークの対応II2017

    • 著者名/発表者名
      上江洌達也,木本智幸
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ホップフィールドモデルの混合状態の反学習---相関のあるパターンからなるクラスター集団の場合--2017

    • 著者名/発表者名
      林 華央,木本智幸,上江洌達也
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] VGG構造を一部に持つCNNによる地中レーダ画像からの物体識別2017

    • 著者名/発表者名
      園田 潤,木本智幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ディープラーニングモデルYOLOを用いた地中レーダ画像の物体識別2017

    • 著者名/発表者名
      浜野佑介,木本智幸,園田潤,辻繁樹
    • 学会等名
      大分高専・大分大学合同発表会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ディープラーニングモデルVGG16を用いた地中レーダ画像の物体識別2017

    • 著者名/発表者名
      津野龍,木本智幸,園田潤
    • 学会等名
      大分高専・大分大学合同発表会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 記憶パターンに相関を持つXYスピン型連想記憶モデルの想起特性2017

    • 著者名/発表者名
      高野修平,木本智幸
    • 学会等名
      大分高専・大分大学合同発表会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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