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エッジコンピューティングによる機械学習の低コスト実現に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 20K11994
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分61040:ソフトコンピューティング関連
研究機関鹿児島大学

研究代表者

重井 徳貴  鹿児島大学, 理工学域工学系, 教授 (90294363)

研究分担者 宮島 洋文  長崎大学, 情報データ科学部, 准教授 (60781995)
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
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
キーワード機械学習 / エッジコンピューティング / ディープラーニング / 画像認識 / セキュリティ / IoT / モバイルロボット / 並列分散処理
研究開始時の研究の概要

利用者の近くで処理を行うエッジコンピューティングにおいて、ディープラーニングなどの機械学習を低コスト、高精度、高速、容易かつセキュアに実現する手法の開発、及びこれらの手法を用いたスマートオフィスのためのアプリケーション開発を目的とする。精度と処理速度のトレードオフの改善、効果的な並列分散処理方式、学習用データの自動収集技術、及びセキュアな機械学習の手法を開発する。これらの技術を用い、勤怠・入退室管理、不審者の検出、照明の自動制御などのアプリケーション開発を行う。

研究成果の概要

1)エッジデバイスにおける機械学習の低コスト化・高精度化として,顔特徴と衣服特徴を用いたディープラーニングに基づく個人識別法,個人識別機能を有する人物自動追跡を行うエッジデバイス,サーモグラフィーによる非接触入力インターフェースの開発を行った.2)機械学習の利用の容易化のための自動的な学習データの収集技術として,2-1)畳み込みニューラルネットワークのための学習データのラベルの自動生成法を提案した.2-2)移動型ノードの自律走行を実現した.3)セキュリティを考慮した機械学習として,エッジシステム上におけるセキュアマルチパーティー計算(SMC)による効果的な学習法と実装方法を実現した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

社会的な意義は,費用と労力の両面で低コスト,セキュアに機械学習を活用できる技術を開発したことである.学術的な意義は,エッジデバイスを用いたアプリケーション開発に関しては,学習法,識別手法,制御法など個別の技術の改善だけでなく,複数の技術を組み合わせた手法を考案することで安価なハードウェアで高い性能を実現していることにある.自動的なデータの収集技術に関しては,複数種類のデータを組み合せることで精度が改善したことから,アノテーション作業が不要な手法の実現につながる可能性があると考えられる.SMCに基づく機械学習に関しては,セキュリティの向上と実装面を考慮した成果が得られたことが学術的な意義である.

報告書

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

    (34件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (26件) (うち国際学会 11件)

  • [雑誌論文] 秘匿分解データによるBP学習アルゴリズムの計算量削減2023

    • 著者名/発表者名
      宮島 洋文, 重井 徳貴, 宮島 廣美, 白鳥 則郎
    • 雑誌名

      知能と情報

      巻: 35 号: 1 ページ: 506-510

    • DOI

      10.3156/jsoft.35.1_506

    • ISSN
      1347-7986, 1881-7203
    • 年月日
      2023-02-15
    • 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] Accuracy Improvement of Thermography Image Recognition for Contactless Input Device2022

    • 著者名/発表者名
      Wataru Chidiwa, Noritaka Shigei, and Hiromi Miyajima
    • 雑誌名

      革新的コンピューティング・情報・制御に関する速報 - B:応用

      巻: 13 号: 12 ページ: 1277

    • DOI

      10.24507/icicelb.13.12.1277

    • ISSN
      2185-2766
    • 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] Improvement of Self-Driving Model Car for Indoor Patrol Task2022

    • 著者名/発表者名
      Ryota Shimasaki, Noritaka Shigei, Hirofumi Miyajima, Yoshihiro Nakamura, and Hiromi Miyajima
    • 雑誌名

      革新的コンピューティング・情報・制御に関する国際誌

      巻: 18 号: 06 ページ: 1829

    • DOI

      10.24507/ijicic.18.06.1829

    • ISSN
      1349-4198
    • 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] Secure Distributed Processing of BP with Updatable Decomposition Data2022

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Miyajima, Noritaka Shigei, Hiromi Miyajima, and Norio Shiratori
    • 雑誌名

      Transactions on Engineering Technologies. IMECS 2021.

      巻: - ページ: 1-15

    • DOI

      10.1007/978-981-19-7138-9_1

    • ISBN
      9789811971372, 9789811971389
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Robust Person Tracking by Pan-Tilt Camera with Low-Cost Single Board Computer2022

    • 著者名/発表者名
      Kohei OGURA, Noritaka SHIGEI, Hiromi MIYAJIMA
    • 雑誌名

      革新的コンピューティング・情報・制御に関する速報

      巻: 16 号: 04 ページ: 381

    • DOI

      10.24507/icicel.16.04.381

    • ISSN
      1881-803X
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 航空写真からのCNNによる土地利用分類の半教師あり学習を用いた精度改善2021

    • 著者名/発表者名
      平島 景, 重井 徳貴, 杉本 知史, 石塚 洋一, 宮島 廣美
    • 雑誌名

      知能と情報

      巻: 33 号: 1 ページ: 520-524

    • DOI

      10.3156/jsoft.33.1_520

    • NAID

      130007986489

    • ISSN
      1347-7986, 1881-7203
    • 年月日
      2021-02-15
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Self-driving model car acquiring three-point turn motion by using improved LSTM model2021

    • 著者名/発表者名
      Ryo Fukuoka, Noritaka Shigei, Hirofumi Miyajima, Yoshihiro Nakamura, Hiromi Miyajima
    • 雑誌名

      Artificial Life and Robotics

      巻: 26 号: 4 ページ: 423-431

    • DOI

      10.1007/s10015-021-00697-9

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Learning algorithms for vector quantization using vertically partitioned data with IoT2021

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Miyajima, Noritaka Shigei, Hiromi Miyajima, Norio Shiratori
    • 雑誌名

      Artificial Life and Robotics

      巻: 26 号: 3 ページ: 283-290

    • DOI

      10.1007/s10015-021-00683-1

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Computation Time Reduction and Accuracy Improvement of Secure Multiparty Computation for Back Propagation by Introducing Communication Timeout2023

    • 著者名/発表者名
      Yoshiki Higo, Noritaka Shigei, Hiromi Miyajima, and Hirofumi Miyajima
    • 学会等名
      International Symposium on Artificial Life and Robotics
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] サーモグラフィー画像を用いた非接触入力装置における 位置ずれを考慮した精度改善2022

    • 著者名/発表者名
      千々和航, 重井徳貴, 宮島廣美
    • 学会等名
      電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Improvement of Self-Driving Model Car for Indoor Patrol Task2022

    • 著者名/発表者名
      Ryota Shimasaki, Noritaka Shigei, Hirofumi Miyajima, Yoshihiro Nakamura, and Hiromi Miyajima
    • 学会等名
      International Conference on Innovative Computing, Information and Control
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Secure Distributed Processing of NG with Updatable Decomposition Data and Parameters2022

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Miyajima, Noritaka Shigei, Hiromi Miyajima and Norio Shiratori
    • 学会等名
      2022 International Conference on Networking and Network Applications
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 秘匿分散処理による機械学習法の計算量軽減2022

    • 著者名/発表者名
      宮島洋文, 重井徳貴, 宮島廣美, 白鳥則郎
    • 学会等名
      バイオメディカル・ファジィ・システム学会年次大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 秘匿分解データによるBP学習アルゴリズムの改善2022

    • 著者名/発表者名
      宮島 洋文, 重井 徳貴, 宮島 廣美, 白鳥 則郎
    • 学会等名
      第38回ファジィシステムシンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Simplified Secure Distributed Processing of BP with Decomposition Data2022

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Miyajima, Noritaka Shigei, Hiromi Miyajima and Norio Shiratori
    • 学会等名
      2022 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Accuracy Improvement of Thermography Image Recognition for Contactless Input Device2022

    • 著者名/発表者名
      Wataru Chidiwa, Noritaka Shigei, Hiromi Miyajima
    • 学会等名
      The Fifth International Symposium on Information and Knowledge Management (ISIKM2022)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Face image recognition resistant to posture fluctuations using intermediate template vectors and UMAP2022

    • 著者名/発表者名
      Kenshiro Yamanaka, Noritaka Shigei, Hirofumi Miyajima, Hiromi Miyajima
    • 学会等名
      International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 27th 2022)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The generalized BP method of secret distributed processing with divided data2022

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Miyajima, Noritaka Shigei, Hiromi Miyajima, Norio Shiratori
    • 学会等名
      International Symposium on Artificial Life and Robotics (AROB 27th 2022)
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Securely Distributed Computation with Divided Data for Particle Swarm Optimization2021

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Miyajima, Noritaka Shigei, Hiromi Miyajima, Norio Shiratori
    • 学会等名
      The International MultiConference of Engineers and Computer Scientists
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Federated Learning with Divided Data for BP2021

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Miyajima, Noritaka Shigei, Hiromi Miyajima, Norio Shiratori
    • 学会等名
      The International MultiConference of Engineers and Computer Scientists
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] サーモグラフィーと深層学習を用いた非接触入力装置における背景情報を用 いた識別精度改善2021

    • 著者名/発表者名
      千々和 航, 重井 徳貴
    • 学会等名
      日本知能情報ファジィ学会九州支部学術講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] サーモグラフィー画像と深層学習を用いた非接触インターフェースに関する検討2021

    • 著者名/発表者名
      千々和航, 重井徳貴, 宮島廣美
    • 学会等名
      電気・情報関係学会九州支部連合大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] セキュアマルチパーティ計算による誤差逆伝播法の高速化と精度改善の一検討2021

    • 著者名/発表者名
      肥後佳季,重井徳貴
    • 学会等名
      電子情報通信学会九州支部学生会講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 顔の向きを考慮したテンプレートを用いた姿勢変動に頑健な個人識別法2021

    • 著者名/発表者名
      山中謙志郎, 重井徳貴
    • 学会等名
      電子情報通信学会九州支部学生会講演会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Robust Person Tracking by Pan-Tilt Camera with Low-Cost Single Board Computer2021

    • 著者名/発表者名
      Kohei Ogura, Noritaka Shigei, Hiromi Miyajima
    • 学会等名
      International Conference on Innovative Computing, Information and Control
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] CNN and LSTM models for acquiring stop and turn motion of self-driving model car2021

    • 著者名/発表者名
      Ryo Fukuoka, Noritaka Shigei, Yoshihiro Nakamura, Hiromi Miyajima
    • 学会等名
      26th International Symposium on Artificial Life and Robotics
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 半教師あり学習を用いた航空写真からのCNNによる土地利用分類2020

    • 著者名/発表者名
      平島 景、重井 徳貴、杉本 知史、石塚 洋一、宮島 廣美
    • 学会等名
      日本知能情報ファジィ学会 ファジィ システム シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 入退室管理のための顔特徴と衣服特徴による個人識別法と複数フレームを用いた識別2020

    • 著者名/発表者名
      山口 涼太、小倉 弘平、重井 徳貴、宮島 廣美
    • 学会等名
      日本知能情報ファジィ学会 ファジィ システム シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 簡易秘密計算法による安全なPSOの実現2020

    • 著者名/発表者名
      宮島 洋文,重井 徳貴,宮島 廣美,白鳥 則郎
    • 学会等名
      日本知能情報ファジィ学会 ファジィ システム シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] Personal Identification by Learning-Based Integration of Facial and Clothes Similarities2020

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Ryota, Shigei Noritaka, Miyajima Hirofumi, Miyajima Hiromi
    • 学会等名
      2020 IEEE 9th Global Conference on Consumer Electronics (GCCE)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Simplified Security Learning Using Vertically Partitioned Data with IoT2020

    • 著者名/発表者名
      Hirofumi Miyajima, Noritaka Shigei, Hiromi Miyajima, Norio Shiratori
    • 学会等名
      2020 International Symposium on Nonlinear Theory and Its Applications
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 斜面モニタリングにおけるニューラルネットワークを用いた傾斜角度の推定2020

    • 著者名/発表者名
      内山 拓哉、重井 徳貴、杉本 知史、石塚 洋一、宮島 廣美
    • 学会等名
      日本知能情報ファジィ学会九州支部学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 複数のパッチ画像を用いたCNNによる耐候性鋼材のさびの外観評価2020

    • 著者名/発表者名
      有村 和也、重井 徳貴、森田 千尋、石塚 洋一、宮島 廣美
    • 学会等名
      日本知能情報ファジィ学会九州支部学術講演会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] セキュアマルチパーティ計算によるエッジシステム上のBP学習法の提案2020

    • 著者名/発表者名
      宮島 洋文,重井 徳貴,宮島 廣美,白鳥 則郎
    • 学会等名
      情報処理学会 第185回マルチメディア通信と分散処理研究発表会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-01-30  

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