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エクストリーム信号処理:数理モデリングと深層学習の統合によるスモールデータ解析

研究課題

研究課題/領域番号 20H02145
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分21020:通信工学関連
研究機関大阪大学 (2022)
東京農工大学 (2020-2021)

研究代表者

田中 雄一  大阪大学, 大学院工学研究科, 教授 (10547029)

研究分担者 田中 聡久  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70360584)
石田 寛  東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80293041)
小野 峻佑  東京工業大学, 情報理工学院, 准教授 (60752269)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2022年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2021年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2020年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
キーワード信号処理 / 深層学習 / サンプリング定理 / 数理モデリング / グラフ深層学習 / 深層展開 / グラフ信号処理 / グラフ学習
研究開始時の研究の概要

エクストリーム信号処理を創出するための研究に取り組む.エクストリーム信号とは,非常にSN比が低く,一期一会に近い環境から得られたセンサデータのことを指す.今までの信号処理や機械学習技術は,データの数と質が揃っているビッグデータには非常に有効であるが,エクストリーム信号の解析には限界があった.本研究では数理的モデリングと深層学習の統合により,エクストリーム信号――スモールデータ――の修復・復元システムの実現を目的とする.

研究成果の概要

エクストリーム信号処理ー非常に SN 比が低く,一期一会に近い環境から得られたセンサデータ(エクストリーム信号)の修復や,エクストリーム信号からの知識発見・情報抽出のためのデータ解析基盤技術ーを創出するための研究に取り組んだ.グラフ信号処理と深層展開を中心に,理論的にはグラフサンプリング定理に対する検討を行った.センサデータ修復のため,深層展開を用いた手法や時間的に変動するグラフ上データの補間・ノイズ除去手法に関して従来法と比較し優れた性能を示すことを明らかにした.

研究成果の学術的意義や社会的意義

信号処理技術と深層学習技術を適切に組み合わせ,利用することで,様々な劣化状態のデータ(信号)に対して優れた修復手法が実現できることを明らかにした.特に,サンプリング定理や深層展開のグラフ上データへの拡張に関して成果を挙げた.本研究から得られた成果は,今後必須となるグリーンなデータ解析技術の嚆矢となる技術である.

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (33件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (8件) 雑誌論文 (13件) (うち国際共著 6件、 査読あり 13件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 1件、 招待講演 5件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] ワイツマン科学研究所(イスラエル)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] 南カリフォルニア大学/パデュー大学(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] ヨーク大学(カナダ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] ワイツマン科学研究所(イスラエル)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] パデュー大学/南カリフォルニア大学(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] 南カリフォルニア大学(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] ワイツマン科学研究所(イスラエル)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] ヨーク大学(カナダ)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Multi-Channel Sampling on Graphs and Its Relationship to Graph Filter Banks2023

    • 著者名/発表者名
      Hara Junya、Tanaka Yuichi
    • 雑誌名

      IEEE Open Journal of Signal Processing

      巻: 4 ページ: 148-156

    • DOI

      10.1109/ojsp.2023.3249112

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Graph Signal Sampling Under Stochastic Priors2023

    • 著者名/発表者名
      Hara Junya、Tanaka Yuichi、Eldar Yonina C.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Signal Processing

      巻: 71 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1109/tsp.2023.3267990

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Graph Signal Restoration Using Nested Deep Algorithm Unrolling2022

    • 著者名/発表者名
      Nagahama Masatoshi、Yamada Koki、Tanaka Yuichi、Chan Stanley H.、Eldar Yonina C.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Signal Processing

      巻: 70 ページ: 3296-3311

    • DOI

      10.1109/tsp.2022.3180546

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Multimodal Graph Signal Denoising Via Twofold Graph Smoothness Regularization with Deep Algorithm Unrolling2022

    • 著者名/発表者名
      Nagahama Masatoshi、Tanaka Yuichi
    • 雑誌名

      Proc. IEEE ICASSP 2022

      巻: 1 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1109/icassp43922.2022.9747784

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sampling Set Selection for Graph Signals under Arbitrary Signal Priors2022

    • 著者名/発表者名
      Hara Junya、Tanaka Yuichi
    • 雑誌名

      Proc. IEEE ICASSP 2022

      巻: 1 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1109/icassp43922.2022.9747703

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Graph Learning Information Criterion2022

    • 著者名/発表者名
      Yamada Koki、Tanaka Yuichi
    • 雑誌名

      Proc. IEEE ICASSP 2022

      巻: 1 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1109/icassp43922.2022.9746309

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structure-Aware Multi-Hop Graph Convolution for Graph Neural Networks2022

    • 著者名/発表者名
      Li Yang、Tanaka Yuichi
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 10 ページ: 16624-16633

    • DOI

      10.1109/access.2022.3149619

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Temporal Multiresolution Graph Learning2021

    • 著者名/発表者名
      Yamada Koki、Tanaka Yuichi
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 9 ページ: 143734-143745

    • DOI

      10.1109/access.2021.3120994

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Design of Graph Signal Sampling Matrices for Arbitrary Signal Subspaces2021

    • 著者名/発表者名
      Hara Junya、Yamada Koki、Ono Shunsuke、Tanaka Yuichi
    • 雑誌名

      Proceedings of IEEE ICASSP 2021

      巻: 1 ページ: 5275-5279

    • DOI

      10.1109/icassp39728.2021.9414240

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Graph Signal Denoising Using Nested-Structured Deep Algorithm Unrolling2021

    • 著者名/発表者名
      Nagahama Masatoshi、Yamada Koki、Tanaka Yuichi、Chan Stanley H.、Eldar Yonina C.
    • 雑誌名

      Proceedings of IEEE ICASSP 2021

      巻: 1 ページ: 5280-5284

    • DOI

      10.1109/icassp39728.2021.9414093

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Generalized Sampling on Graphs With Subspace and Smoothness Priors2020

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Yuichi、Eldar Yonina C.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Signal Processing

      巻: 68 ページ: 2272-2286

    • DOI

      10.1109/tsp.2020.2982325

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Sampling Signals on Graphs: From Theory to Applications2020

    • 著者名/発表者名
      Tanaka Yuichi、Eldar Yonina C.、Ortega Antonio、Cheung Gene
    • 雑誌名

      IEEE Signal Processing Magazine

      巻: 37 号: 6 ページ: 14-30

    • DOI

      10.1109/msp.2020.3016908

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Generalized Graph Spectral Sampling with Stochastic Priors2020

    • 著者名/発表者名
      Hara Junya、Tanaka Yuichi、Eldar Yonina C.
    • 雑誌名

      Proceedings of 2020 IEEE ICASSP

      巻: 1 ページ: 1-5

    • DOI

      10.1109/icassp40776.2020.9053720

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] グラフ上データのための深層展開2023

    • 著者名/発表者名
      田中雄一
    • 学会等名
      2023年電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Multiple-type Structure and Position-aware Attention-based Graph Convolution2022

    • 著者名/発表者名
      李 陽,田中雄一
    • 学会等名
      第37回信号処理シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 多チャネルグラフサンプリングとそのグラフフィルタバンクとの関係2022

    • 著者名/発表者名
      原惇也,田中雄一
    • 学会等名
      第37回信号処理シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] グラフサンプリング定理に基づく動的なセンサ位置選択2022

    • 著者名/発表者名
      野村紗希,原惇也,田中雄一
    • 学会等名
      第37回信号処理シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] グラフ信号の平滑性を考慮した可変k近傍グラフ構築2022

    • 著者名/発表者名
      田丸明日香,原惇也,田中雄一
    • 学会等名
      第37回信号処理シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] グラフカットを用いた符号付きグラフのバランス化2022

    • 著者名/発表者名
      横田陽樹,原淳也,田中雄一,Gene Cheung
    • 学会等名
      第37回信号処理シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 深層展開を用いた時変グラフ信号の再構成2022

    • 著者名/発表者名
      小島颯,山田宏樹,野口ひかり,田中 雄一
    • 学会等名
      第37回信号処理シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] エクストリーム信号処理:スモールデータから知見を得る方法2022

    • 著者名/発表者名
      田中雄一
    • 学会等名
      データサイエンス的手法により探求する天文学
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] GRAPH SPECTRAL IMAGE PROCESSING2020

    • 著者名/発表者名
      Gene Cheung and Yuichi Tanaka
    • 学会等名
      IEEE ICIP 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] グラフ上の信号に対するサンプリング2020

    • 著者名/発表者名
      田中雄一
    • 学会等名
      電子情報通信学会信号処理研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ネットワーク上の信号処理とグラフサンプリング定理2020

    • 著者名/発表者名
      田中雄一
    • 学会等名
      第1回SICEポストコロナ未来社会ワークショップ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [図書] グラフ信号処理の基礎と応用2023

    • 著者名/発表者名
      田中 雄一
    • 総ページ数
      250
    • 出版者
      コロナ社
    • ISBN
      9784339014051
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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