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2022 年度 実績報告書

ホログラフィ専用IoTデバイスの開発による次世代3次元映像システムの研究

研究課題

研究課題/領域番号 19H01097
研究機関千葉大学

研究代表者

伊藤 智義  千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (20241862)

研究分担者 下馬場 朋禄  千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (20360563)
角江 崇  千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (40634580)
西辻 崇  東京都立大学, システムデザイン研究科, 助教 (70826833)
市橋 保之  国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所電磁波先進研究センター, 主任研究員 (80593532)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2024-03-31
キーワードホログラフィ / FPGA / 計算機 / 3次元映像 / IoT
研究実績の概要

コンピュータと融合したホログラフィは究極の3次元映像計測技術と期待されている.しかし,ホログラフィ技術が発明されてから70年を経た現在においても実用化さていないグランドチャレンジなテーマとして残されている.課題はホログラフィ計算の高速化とホログラムを表示するディスプレイの高精細化・大型化である.本研究では,計算の高速化については内部の回路を書き換え可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)を用いてホログラフィ計算専用チップを開発し,ホログラムの表示については世界最大規模の高精細液晶ディスプレイ(LCD)を活用する.
本年度は,昨年度に引き続き,大規模FPGAによる新たなホログラフィ専用計算システムの研究開発を進め,従来よりも高速化することに成功した成果を論文として発表した.
また,自然光でホログラムを生成する技術であるインコヒーレントホログラフィのの計算を高速化する専用ハードウェアの研究開発も進め,成果論文が日本光学会から2022年度の光学を代表する論文の一つとして選出されるなどの評価を得た.
ホログラム計算は,通常,波面光学に基づいているため,質感や隠面処理に対して課題を有している.そこで,質感や隠面処理に対して有効は光線幾何学を取り入れた光線-波面変換法をハードウェア化する研究開発を行った.
ハードウェア開発と並行して,高速計算アルゴリズムの研究も進展している.これらの研究成果を11編の論文として発表した.

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

開発したホログラフィ専用計算機は良い性能を示しており,インコヒーレントホログラフィ専用計算機の論文は日本光学会から2022年度を代表する研究の一つに選出されるなど,高い評価を得ている.高速アルゴリズムの研究も論文成果として認められている.

今後の研究の推進方策

これまで開発を続けてきているホログラフィ専用計算機システムを高性能化するとともに,大規模液晶ディスプレイと組み合わせてスマートグラスなどのIoTデバイス化の可能性を検討する.

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 4件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 9件)

  • [雑誌論文] High-speed rendering pipeline for polygon-based holograms2023

    • 著者名/発表者名
      Fan Wang, Tomoyoshi Ito, Tomoyoshi Shimobaba
    • 雑誌名

      Photonics Research

      巻: 11 ページ: 313-328

    • DOI

      10.1364/PRJ.474158

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Deep hologram converter from low-precision to middle-precision holograms2023

    • 著者名/発表者名
      Harutaka Shiomi, David Blinder, Tobias Birnbaum, Yota Inoue, Fan Wang, Tomoyoshi Ito, Takashi Kakue, Peter Schelkens, Tomoyoshi Shimobaba
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 62 ページ: 1723-1729

    • DOI

      10.1364/AO.482434

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Controllable energy angular spectrum method2022

    • 著者名/発表者名
      Fan Wang, Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
    • 雑誌名

      Optics Communications

      巻: 520 ページ: 128506

    • DOI

      10.1016/j.optcom.2022.128506

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Temporal super-resolution high-speed holographic video recording based on switching reference lights and angular multiplexing in off-axis digital holography2022

    • 著者名/発表者名
      Wataru Anzai, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
    • 雑誌名

      Optics Letters

      巻: 47 ページ: 3151-3154

    • DOI

      10.1364/OL.460591

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Variable-intensity line 3D images drawn using kinoform-type electroholography superimposed with phase error2022

    • 著者名/発表者名
      Takashi Nishitsuji, Nobuya Shiina, David Blinder, Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Peter Schelkens, Tomoyoshi Ito, Takuya Asaka
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 30 ページ: 27884-27902

    • DOI

      10.1364/OE.461187

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Design and Implementation of Special-Purpose Computer for Incoherent Digital Holography2022

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Hara, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
    • 雑誌名

      IEEE Access

      巻: 10 ページ: 76906 - 76912

    • DOI

      10.1109/ACCESS.2022.3191435

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Fast hologram calculation method using wavelet transform: WASABI-22022

    • 著者名/発表者名
      Harutaka Shiomi, Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
    • 雑誌名

      Optics Communications

      巻: 525 ページ: 128836

    • DOI

      10.1016/j.optcom.2022.128836

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Accelerating hologram generation using oriented-separable convolution and wavefront recording planes2022

    • 著者名/発表者名
      Tomoyoshi Shimobaba, Michal Makowski, Harutaka Shiomi, Fan Wang, Takayuki Hara, Maciej Sypek, Jaroslaw Suszek, Takashi Nishitsuji, Atsushi Shiraki, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 30 ページ: 36564-36575

    • DOI

      10.1364/OE.472121

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] HORN-9: Special-purpose computer for electroholography with Hilbert transform2022

    • 著者名/発表者名
      Yota Yamamoto, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 30 ページ: 38115-38127

    • DOI

      10.1364/OE.471720

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamic complex opto-magnetic holography2022

    • 著者名/発表者名
      Michal Makowski, Jaroslaw Bomba, Antoni Frej, Mateusz Kolodziejczyk, Maciej Sypek, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito, Andrei Kirilyuk, Andrzej Stupakiewicz
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 ページ: 7286

    • DOI

      10.1038/s41467-022-35023-9

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fully analytic shading model with specular reflections for polygon-based hologram2022

    • 著者名/発表者名
      Fan Wang, Harutaka Shiomi, Tomoyoshi Ito, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba
    • 雑誌名

      Optics and Lasers in Engineering

      巻: 160 ページ: 107235

    • DOI

      10.1016/j.optlaseng.2022.107235

    • 査読あり / オープンアクセス

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公開日: 2023-12-25  

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