コヒーレントなニューロ処理による知能ホログラフィック周波数多重メモリの基礎研究

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16650035
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 廣瀬 明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (70199115)
• キーワード: 体積ホログラム / 周波数多重化 / コヒーレント光波ニューロ / 複素ニューラルネットワーク / 高密度光メモリ / 文脈依存動作

研究概要

本研究の目的は、コヒーレント型(干渉型)ニューラルネットワークによる適応的な光波位相面の制御技術とホログラフィ技術を融合することにより、超高密度光メモリを実現できる可能性があることを、基礎実験により示すことである。これは、新しいニューラルネットワーク技術を光情報センシング・書込みに応用することにより実現される適応的センサ融合システムであり、知能ホログラフィックメモリとでも呼ぶべきものである。
本研究では主に実験的な実証を進めた。コヒーレント光ニューラルネットワーク(連想記憶)システムの基礎実験として、ホログラムへの周波数多重書き込みと出力の和をとる周波数多重ニューラルネットワークを構築した。
はじめに光波によるシナプス荷重の学習を行う。光周波数をある値f1に固定して、光波による相関学習によってホログラム中に信号(位相)を書き込む(writeの過程)。次に周波数をf1にしたまま、想起過程を光学的に行う。(readの過程)。この基礎実験によって、レンズや反射鏡が持つわずかな歪みの影響がなくなることが示された。昨年までの実験でホログラムを用いなかったものでは、コヒーレントな光情報処理システムを構築しようとすると、通常の工学部品による場合には、どうしても2次元的な出力に余分な干渉縞が重畳されてしまい、それを補償する後処理が必要であった。しかし今回の実験では、この歪みも含めてホログラムに書き込みがされるため、出力光は自動的に余分な干渉縞を除去することとなった。本システムのインテリジェントな部分の一つの現れである。
次に、多重書き込み・読み出し実験を行った。キャリア周波数を鍵とする動作制御の実験を行った。光周波数をある値f1に固定して、光波による相関学習によってホログラム中に荷重を書き込む。次に別の値f2として同様に荷重の書込みを行う。このように複数の周波数での書込みを短時間ごとに繰返し、周波数多重学習を実現した。そして、想起時には周波数をf1あるいはf2に設定して連想処理を行わせ、ニューロ的な異なる想起を実現することを実証した。適応的な学習と、使用者の制御性を併せ持ったニューラルネットワークを物理的に実現できることを実証することに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Frequency-controlled learning logic circuit using spatially differential phase-value coding (2005)
  • 著者名/発表者名: S.Kawata, A.Hirose
  • 雑誌名: Appl.Opt. (in press)
• [雑誌論文] A Fractal estimation method to reduce the distortion in phase unwrapping process (2005)
  • 著者名/発表者名: A.B.Suksmono, A.Hirose
  • 雑誌名: IEICE Trans.on Electron. E88-B,1 ページ: 364-371
• [雑誌論文] Intelligent beamforming by using a complex-valued neural network (2004)
  • 著者名/発表者名: A.B.Suksmono, A.Hirose
  • 雑誌名: Journal of Intelligent and Fuzzy Systems 15,3-4 ページ: 129-147
• [雑誌論文] Plastic mine detecting radar system using complex-valued self-organizing map that deals with multiple-frequency interferometric images (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Hara, A.Hirose
  • 雑誌名: Neural Networks 17,8-9 ページ: 1201-1210
• [雑誌論文] Analysis of the influence of differences in somatic symmetry and sharpness on the firing rate (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Sakatani, A.Hirose
  • 雑誌名: Neurocomputing 58-60 ページ: 503-509
• [雑誌論文] エレクトロニクスを豊かにする複素ニューラルネットワーク (2004)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬 明
  • 雑誌名: 電子情報通信学会誌、小特集「複素ニューラルネットワーク」 87,6 ページ: 447-449
• [雑誌論文] 位相と振幅を見るスーパー右脳---干渉型レーダ・イメージング・システム及び適応的な光波位相等化器への応用--- (2004)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬 明, A.B.Suksmono, 川田 宗太郎
  • 雑誌名: 電子情報通信学会誌、小特集「複素ニューラルネットワーク」 87,6 ページ: 482-487
• [雑誌論文] Ultra-wideband beamforming by using a complex-valued spatio-temporal neural network (2004)
  • 著者名/発表者名: A.B.Suksmono, A.Hirose
  • 雑誌名: Int'l Conf.on Neural Inform.Processing (ICONIP) 2004 Calcutta ページ: 104-109
• [雑誌論文] Mode-utilizing developmental learning based on coherent neural networks (2004)
  • 著者名/発表者名: A.Hirose, Y.Asano, T.Hamano
  • 雑誌名: Int'l Conf.on Neural Inform.Processing (ICONIP) 2004 Calcutta ページ: 116-121
• [雑誌論文] Influence of dendritic spine morphology on spatiotemporal change of calcium/calmoduline-dependent protein kinase density (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Kato, S.Sakatani, A.Hirose
  • 雑誌名: Int'l Conf.on Neural Inform.Processing (ICONIP) 2004 Calcutta ページ: 131-136
• [雑誌論文] The spatiotemporal dynamics of intracellular ion concentration and potential (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Sakatani, A.Hirose
  • 雑誌名: Int'l Conf.on Neural Inform.Processing (ICONIP) 2004 Calcutta ページ: 50-56
• [雑誌論文] Proposal of the spectral gradient method to extract text / character regions from general scene images (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Baba, A.Hirose
  • 雑誌名: Int'l Conf.on Image Processing (ICIP) 2004 ページ: 211-214
• [雑誌論文] Wideband and compact microwave front-end circuit for adaptive plastic landmine imaging arrays (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Inaba, T.Hara, A.Hirose
  • 雑誌名: Int'l Symp.on Antennas and Propagation (ISAP) 2004 Sendai ページ: 517-520
• [雑誌論文] The super brain electronics : applications to soft-processing radar systems (2004)
  • 著者名/発表者名: A.Hirose
  • 雑誌名: Int'l Conf.On Fuzzy Systems & Innovational Computing (FIC) 2004 Hibikino ページ: 213-218
• [雑誌論文] Frequency-controlled learning logic circuit using spatially differential phase-value coding (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Kawata, A.Hirose
  • 雑誌名: Int'l Conf.On Optics in Computing (OiC)'2004 Engelberg ページ: 67-68
• [雑誌論文] 「スーパー右脳」と複素ニューラルネットワーク (2004)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬 明
  • 雑誌名: 数理科学 492 ページ: 78-83
• [図書] 複素ニューラルネットワーク (2005)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬 明
  • 総ページ数: 180
  • 出版者: サイエンス社
• [図書] Complex-Velued Self-Organizing Map : A Framework of Adaptive Processing for Multiple-Frequency Millimeter-Wave Interferometric Imaging Systems, in Systems and Human Science -For Safety, Security, and Dependability(T.Arai, et al.(ed.)) (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Hirose, T.Hara
  • 総ページ数: 300
  • 出版者: Elsevier