| 研究課題/領域番号 |
20H05702
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| 研究種目 |
基盤研究(S)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 審査区分 |
大区分J
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| 研究機関 | 宇都宮大学 |
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研究代表者 |
山本 裕紹 宇都宮大学, 工学部, 教授 (00284315)
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| 研究分担者 |
八杉 公基 福井県立大学, 海洋生物資源学部, 准教授 (50722790)
吉浦 康寿 福井県立大学, 海洋生物資源学部, 教授 (90372052)
亀井 保博 基礎生物学研究所, 超階層生物学センター, RMC教授 (70372563)
石川 智治 宇都宮大学, 工学部, 教授 (90343186)
陶山 史朗 宇都宮大学, オプティクス教育研究センター, 特任教授 (70457331)
伊藤 篤 中央大学, 経済学部, 教授 (80500074)
大谷 幸利 宇都宮大学, 工学部, 教授 (10233165)
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| 研究期間 (年度) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
188,370千円 (直接経費: 144,900千円、間接経費: 43,470千円)
2023年度: 37,050千円 (直接経費: 28,500千円、間接経費: 8,550千円)
2022年度: 41,340千円 (直接経費: 31,800千円、間接経費: 9,540千円)
2021年度: 39,260千円 (直接経費: 30,200千円、間接経費: 9,060千円)
2020年度: 35,620千円 (直接経費: 27,400千円、間接経費: 8,220千円)
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| キーワード | 空中ディスプレイ / 水中ディスプレイ / AI / 精密養殖 / 国際標準化 / 深層学習 / 水産繁養殖学 / VR動物学 / 水柱ディスプレイ / バーチャルリアリティー / VR Biology / 機械学習 / 水中CAVE / VRバイオロジー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，空中ディスプレイ光学系に偏光変調を活用した多重反射を導入することで空中ディスプレイの薄型化を実現する．薄型化した空中ディスプレイを水槽内に設置することで水中に映像を形成する．没入型の水中映像空間（水中CAVE）により世界で初めて魚に水中映像を見せる．これまでは水中に映像を提示する実験では，映像のある位置に何らかの物理的ハードウェアが存在するため，純粋に光情報だけを手掛かりとする刺激の提示は不可能であった．純粋に光情報だけを刺激として魚の行動を観察する「VR生物学」の学術領域を拓く．さらに，水中ディスプレイに表示した定規映像を用いて水中で魚の平均体長・体重を深層学習により推定する．
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| 研究実績の概要 |
本研究は，光工学・生物学・水産学・感性メディア工学・情報工学の異分野融合研究である．本年度は各分野において要素技術を開発した．
光工学において，空中ディスプレイの薄型化を実現する光学の基本設計に必要な計測と原理検証を行った．再帰反射による空中結像 (AIRR: aerial imaging by retro-reflection)の光学系の最適化を行うにあたり，結像性能の定量評価が必要となる．キーデバイスとなる再帰反射素子は単位光学素子がアレイ状に並んで構成される．斜めナイフエッジ法によるAIRRの結像光学系の変調伝達関数 (MTF: modulation transfer function) を測定する手法を開発した．プリズム型ならびにビーズ型の再帰反射素子を用いたAIRRのMTFを測定した結果，再帰反射素子の単位光学素子の回折がMTFを低下させることがわかった．そこで，これまでの空中結像向けの再帰反射素子よりも開口を大きくした再帰反射素子を製作する金型を製作した．さらに，偏光イメージングによるディスプレイの偏光分布の測定，AIRRに多重反射を導入する空中ディスプレイの光学設計を行った．
感性メディア工学においては，空中映像の画質評価実験系を構築するとともに，水中映像に対する大きさ知覚実験のための光学設計を行った．
水産研究・教育機構において，来年度以降の実験に用いるための高産肉性トラフグの親魚養成を行うとともに，実験用水槽システムを構築した．さらに，情報工学分野研究者と合同で，ニューラルネットワークを用いて魚を個体識別する実験のために識別用のICタグをつけたフグの撮影を行った．
VRバイオロジー実験として，水中映像で周囲を囲まれたメダカの行動実験系を構築した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究の目的は，空中ディスプレイの薄型化を実現する光学系を開発し，薄型化された空中ディスプレイを水槽の中に設置して水中の没入型映像空間（水中CAVE）を実現して，魚への水中映像提示の有効性を実験により明らかにすることである．この目的を達成するために，光工学・生物学・水産学・感性メディア工学・情報工学の各分野における要素技術および実験に関して初年度に予定した内容を達成している．
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| 今後の研究の推進方策 |
新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）による感染症（COVID-19）の感染拡大防止の観点から，空中映像の画質の主観評価や水中像に対する3次元知覚など被験者による知覚実験に関して当面は実験の量よりも質を重視する形で慎重に進める一方で，本研究で開発する空中ディスプレイ技術の操作パネルのタッチレス化への応用の期待が高まっているところであるため，学術研究の推進とともに派生技術の実用化や空中ディスプレイに関する国際標準の創成など研究成果の社会還元についても前倒しで適宜取り組みたい．
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| 評価記号 |
中間評価所見 (区分)
A: 研究領域の設定目的に照らして、期待どおりの進展が認められる
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