知能センサを備えた光ニューロコンピューティングシステムの開発に関する基礎研究

1996 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 06045061
• 研究種目: 国際学術研究
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 大学協力
• 研究機関: 茨城工業高等専門学校
• 研究代表者: 清水 勲 茨城工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (80042464)
• 研究分担者: ONOFRI Fabri INSA Rouen エネルギ システム科, 助手 ; LE TOULOUZAN INSA Rouen エネルギ科, 助教授 ; REN Kuan Fan INSA Rouen エネルギ科, 研究員 ; GREHAN Gerar INSA Rouen エネルギ システム科, 研究主任 ; GOUESBET Ger INSA Rouen エネルギ科, 教授 ; 加藤 文武 茨城工業高等専門学校, 機械工学科, 助手 (30270218) ; 荒川 臣司 茨城工業高等専門学校, 電子制御工学科, 講師 (60222733) ; 砂金 孝志 茨城工業高等専門学校, 工業化学科, 助教授 (70193232) ; 大竹 淑恵 茨城工業高等専門学校, 電子情報工学科, 講師 (50216777) ; 市毛 勝正 茨城工業高等専門学校, 電子情報工学科, 講師 (50223095) ; LE TOULOUZAN Jean Noel INSA Rouen, Dep.of Energy, Assoc.Professor
• 研究期間 (年度): 1994 – 1996
• キーワード: 光アナログコンピューティング / 知能的センシング / 光ニューロコンピューティング / 画像並列識別 / 多重マッチトフィルタ / ホログラム / 光導電プラスティック / 文字・形状識別

研究概要

1.フランス・ル-アン応用科学大学(INSA Rouen)を中心にして光ニューロコンピューティングシステム構築に関する欧州における現状調査を行った。世界のこの分野の研究現状は画像のディジタル処理が中心であり、本研究のような光アナログ画像並列処理の研究は非常に数少ないが、その迅速大容量並列処理機能及び発展性において光アナログ計算法はディジタル計算法に優れており、更に本研究組織の光アナログ計算法研究は他よりも優れていること調査研究の結果明らかとなった。
2.被識別物体からの光回折パターン群を1枚のホログラムで並列識別し、それらの寸法・形状・位置を同時瞬時並列に識別する多重マッチトフィルタを用いた光アナログ計算法は、アレルゲン粒子の瞬時自動識別、医用粒子の瞬時識別、三次元バ-コード識別、流速分布の定量可視化法、文字の自動識別、自動車プレートナンバの瞬時識別、知能的ロボットの眼、などとして非常な有効な方法であり、発展的な手法であることが、欧州での討議の結果認められてきた。
3.光画像情報瞬時並列処理のために重要な役割を果たす多重マッチトフィルタを構成するホログラムの簡便迅速作成法として開発された溶剤蒸気現像型光導電プラスティックホログラム作製システムは、He-Neレーザ光で回折効率が27%程度、感度が4μW/cm^2程度の高性能を有し、従来のホログラム作製装置と比べて画期的な性能を有し現在世界最高水準にあることが明らかとなった。
4.大規模並列画像処理を簡便迅速に行うための多重マッチトフィルタを用いた光アナログ計算機は、簡便自動現像装置の開発、コンパクトな防振光学系の開発によって現在一般に使われているディジタル計算機のような汎用性と利便性を持ち、パーソナルコンピュータのようにコンパクトで簡便に使用できる可能性が討議の結果みえてきた。
5.PIV(粒子移動軌跡流速分布測定法)で流速分布の定量可視化して等速度マップを瞬時並列に作成する方法として多重マッチトフィルタを用いた光アナログ計算法は非常に効果的にPIVに適用できることが国際会議「Application of Laser Techniques to Fluid Mechanics」等や欧州の諸研究所の訪問での討論によって明らかとなった。また、この計算法をこの分野に適用する場合の問題点や解決法などを調査を通して明らかにされた。
6.研究対象の一つである粒子形状の並列迅速識別法に関する並列迅速識別法に関する世界の研究現状調査及び研究動向の検討を国際会議「Optical Particle Sizing」等に参加して行った。その結果、本グループの研究以外に他に有効な手段が殆ど見当たらず、本研究はこの分野でのトピックスとして注目を集めた。
7.光アナログ計算システムの開発にあたって必要となる画像情報の回転不変性処理、寸法不変性処理については、Fourier-Mellin変換フィルタを用いることがよく、そのフィルタを実現するためにはバイナリーレンズ等の新しい光学部品の設計が必要となることが調査研究の結果明らかになった。また、ディジタル計算機併用のニューロ判別機能を附加することにより、20字2行の数字識別も95%以上の確度で迅速判別できることが明らかになった。
8.調査研究の結果、雑音光の除去や自己相関識別のためにインテリジェントセンサとして位相共役光が利用できることの可能性がみえてきた。
9.光ニューロコンピューティングでの実時間自動測定システム構築に不可欠な画像変換素子調査研究としてBSO、BGO結晶の圧電短時間不揮発性メモリとしての利用可能性を欧州の主要研究期間で探った結果、両結晶とも欧州ではフォトリラクティブ素子として使用が検討され、高精度センサまたはプロジェクタ素子としての開発可能性が高いことが明らかとなった。
10.国際会議等での討議や主要研究機関での討議の結果、被識別画像の撮り込みから識別までを実時間で行うことが可能で、また、種々の識別対象に対して識別アルゴリズムの搭載が迅速簡便に行い得る文字列物体形状の実時間並列識別光アナログ計算機を開発することの必要性が世界で高まってきていることが明らかとなった。そして本調査研究の結果、その実現可能であることが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Developmental research on the technique automatically and rapidly making hologram used for the measurement of velocities in flow" Proc.of International Conference on Laser Anemometry-Advances and Applications. 7(Accepted). 1-4 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 清水 勲: "ミクロンサイズアレルゲン粒子の迅速計測システムの開発研究" 空気清浄. 35(掲載決定). 1-6 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] I.Shimizu: "Parallel image processing of loci on PIV using PPH (Photo-conductor Plastic Hologram)" Proc.of 2nd International Workshop on PIV. 2(Accepted). 1-5 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 清水 勲: "粒子群の形状・寸法別空間分布迅速識別システムの開発研究" 空気清浄とコンタミネーションコントロール研究大会講演論文集. 15(掲載決定). 1-4 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 清水 勲: "簡便迅速な流速分布の定量マップ化法の開発研究" 粒子画像流速分布測定法研究会報告書. IV. 11-16 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 清水 勲: "異方性粒子のオプティックス(粒子形状の光学的識別法)" エアロゾル研究. 11-3. 189-194 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 清水 勲: "流速分布PIVにおける粒子群の瞬時並列アナログ画像処理" エアロゾル科学・技術研究討論会講演論文集. 13. 93-95 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Fumitake KATO: "Quantitative flow visualization of velocity distributions by parallel image processing using PPH (Photo-conducto Plastic Hologram)" Proc.of 8th Intern.Sympo.on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. II. 21.4.1-21.4.5 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Developmental research on simultaneous distribution of shapes by a photo-conductor-plastic hologram automatically processed by solvent vapour" Design and Engineering of Optical Systerms,SPIE P seris. 2774. 171-176 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 清水 勲: "ミクロンサイズアレルゲン粒子の迅速計測システムの開発研究" 空気清浄とコンタミネーションコントロール研究大会講演論文集. 14. 287-290 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 清水 勲: "粒子群の形状・寸法別空間分布、挙動および速度の定量測定法" エアロゾル研究(日本エアロゾル学会). 11-1. 44-48 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 清水 勲: "簡便自動作成ホログラムによる複数の物体形状同時識別法" 第26回画像工学コンファレンス講演論文集. No.26. 95-98 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Optical image processing of various size/shape particles in multi-phase flow" Proc.of Flow Visualization and Image Processing of Multiphase Systems,ASME. FED Vol.209. 1-11 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 清水 勲: "ミクロンサイズ粒子群の形状・寸法の瞬時識別法" 第13回空気清浄とコンタミネーションコントロール研究大会講演論文集. No.13. 15-18 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 清水 勲: "アレルギ源としての家ダニの自動計測法" 空気清浄(日本空気清浄協会). 33巻1号. 1-6 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 清水 勲: "光インテリジェントセンサによる複数形状の並列識別" 日本機械学会第72期通常総会講演会講演論文集. IV,No.95-1. 465-466 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 清水 勲: "多重マッチトフィルタ法によるキャビティフローの定量可視化" 日本機械学会第72期通常総会講演会講演論文集. III,No.95-1. 257-258 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Determine the spatial distributions and velocities of particles in each shape or size" Proc.of 4th International Congress on Optical Particle Sizing. 4. 449-455 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] I.Shimizu: "Quantitative visualization of velocity distributions in flow" Proc.of 7th Intern.Sympo.on Application of Laser Techniques to Fluid Mechanics (1994-7). II. 4.1-4.8 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 清水 勲: "粒子の形状・寸法別空間分布、挙動及び速度の測定法" 第11回エアロゾル科学・技術研究討論会論文集、日本エアロゾル学会(1994-8). 11. 169-171 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] I.Shimizu: "Developmental research on determining the spatial distributions of size,shape and velocity of particles by an analogue image-processing method" IEA Proc.of TLM, (1994-9). 111-114 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 清水 勲: "PID画像の迅速並列光学処理による流速分布定量可視化法" 日本機械学会、茨城地方講演会論文集(1994-9). 34-35 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 清水 勲: "流体中の粒子群の形状・寸法別の挙動・速度の測定法" 日本機械学会、茨城地方講演会論文集(1994-9). 32-33 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] I.Shimizu: "A technique manipulating small particles with determining shape,size and position by laser beam" Proc.of 12th Intern.Congress on Contamination Control (ICCS) (JACA), ′94. 485-489 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] 古越正信: "多重マッチトフィルタとニューラルネットワークを使った並列文字認識" 第11回センシングフォーラム論文集、計測制御自動学会(1994-10). 1-6 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Developmental research on the technique automatically and rapidly making hologram used for the measurement of velocities in flow" Proc.of Intern.Conference on Laser Anemometry-Advanced and Applications. 7 (Accepted). 1-4 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Developmental research on measuring system rapidly discriminating shape of allergen particles in micron size" Journal of Japan Air Cleaning Association. 35 (to be published). 1-6 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Parallel image processing of loci on PIV using PPH (Photo-conductor Plastic Hologram)" Proc.of 2nd International Workshop on PIV. 2 (Accepted). 1-5 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Developmental research on the system measuring spatial distributions of particles in each shape and size" Proc.of 15th Annual Tech.Meeting on Air cleaning and Contamination Control. No.15 (to be published). 1-4 (1997)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Developmental research on making conveniently and rapidly equal contour map of quantitative velocity distributions in flow" Proc.of Conference on Measurement of Velocity Distributions by PIV. IV. 11-16 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Simultaneous and instantaneous discrimination of shape, size and position of particles using optical techniques" Journal of Aerosol Research, Japan. 11-3. 189-194 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Instantaneous and Simultaneous analog image processing of loci of particles in flow using a MMSF" Proc.the 13th Symposium on Aerosol Science and Technology. 13. 93-95 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Fumitake KATO: "Quantitative flow visualization of velocity distributions by parallel image processing using PPH" Proc.8th International Symposium on Applications of Laser Techniques to Fluid Mechanics. II. 21.4.1-21.4.5 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Developmental research on simultaneous distribution of shapes by a photo-conductor plastic hologram automatically processed by solvent vapor" Design and Engineering of Optical Systems, SPIE P series. 2774. 171-176 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Developmental research on measuring system rapidly discriminating shapes of allergen particles in micron size" Proc.of 14th Annual Tech.Meeting on Air cleaning and Contamination Control. No.14. 287-290 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Quantitative determination of spatial distributions, behavior and velocity of particles with various shapes and sizes by a Multiplexed Matched Spatial Filter" Journal of Aerosol Research, Japan. 11-1. 44-48 (1996)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Developmental research on simultaneous discrimination of shapes by using a hologram made easily and automatically by photo-conductor plastic hologram by solvent vapor" Proc.of the 26th joint Conference on Imaging Technology. No.26. 95-98 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Optical image processing of various size/shape particles in multi-phase flow" Proc.of Flow Visualization and Image Processing of Multiphase Systems, ASME. FED Vol.209. 1-11 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Developmental research on instantaneous measurement of shape and size of particles" Proc.of the 13th Annual Tech.Meeting on Air Cleaning and Contamination Control. No.13, No.1. 15-18 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Automatical discrimination of house dust mites as an allergy source of asthma" Proc.of Flow Visualization and Image Processing of Multiphase Systems, ASME. Vol.33, No.1. 1-6 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Determine the spatial distributions and velocities of particles in each shape or size" Proc.of 4th Intern.Congress on Optical Particle Sizing (1995-3). 4. 449-455 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Quantitative visualization of cavity flow by MMSF method" Proc.of 72nd JSME Spring Annual Meeting (1995-3). III,NO.95-1. 257-258 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Parallel and instantaneous discrimination of plural shapes by a MMSF with neural network" Proc.of 72nd JSME Spring Annual Meeting (1995-3). IV,NO.95-1. 465-466 (1995)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Quantitative visualization of velocity distributions in flow" Proc.of 7th Intern.Sympo.on Application of Laser Techniques to Fluid Mechanics (1994-7). II. 4.1-4.8 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Study on determining the spatial distributions, behavior and velocity of particles in each shape and size" Proc.of the 11th Symposium on Aerosol Science and Technology Japan Association of Aerosol Science and Technology. 11. 169-171 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Developmental research on determining the spatial distributions of size, shape and velocity of particles by an analogue image-processing method" IEA Proc.of TLM,(1994-9). 111-114 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Determination of behavior and velocity of particles in flow for each shape and size" Proc.of Ibaraki District Conference, JSME. 32-33 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "Quantitative visualization of velocity distributions in flow by simultaneous image-processing of PID" Proc.of Ibaraki District Conference, JSME. 34-35 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Isao SHIMIZU: "A technique manipulating small particles with determining shape, size and position by laser beam" Proc.of 12th Intern.Congress on Contamination Control (ICCS) (JACA), '94. 12. 485-489 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Masanobu FURUKOSHI: "Simultaneous recognition of characters by a Multiplexed Matched Spatial Filter with neural networks" Proc.of the 11th Sensing Forum of SICE (Society of Instrumentation and Control Engineers). 11. 1-6 (1994)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より