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2021 年度 実績報告書

コグニティブスペクトロスコピーによる自動樹種判別システムの構築

研究課題

研究課題/領域番号 19H03015
研究機関名古屋大学

研究代表者

土川 覚  名古屋大学, 生命農学研究科, 教授 (30227417)

研究分担者 稲垣 哲也  名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (70612878)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード近赤外分光法 / ハイパースペクトラル画像 / CNN / 認識科学分析手法
研究実績の概要

本研究では、多層構造のニューラルネットワークを用いた機械学習であるディープラーニングを木材の可視・近赤外シームレスハイパースペクトラルデータに適用して、木材の樹種判別を自動で行えるプロトコルを構築し、コグニティブスペクトロスコピーともいうべき新たな認識科学分析手法を確立することを目標としている。
2019年度、2020年度には本予算によって測定・解析環境を整備・構築し、これにより森林総合研究所提供の木材標本広葉樹38樹種(120試料)の可視画像および近赤外HSI画像を取得した。2021年度には日本産広葉樹の木口面顕微鏡写真から高精度で樹種判別を可能とするモデルの作成を試みた。この研究により、顕微鏡写真からのバッチ抽出およびトレインデータ・テストデータの選択方法によって樹種判別の推定精度が大きく異なることが明らかとなった。また、これまでに発表されている(CNNにより樹種判別を行った)論文は樹種判別ではなく、個体識別に近いということも示した。また同じくディープラーニングであるU-NETを用いて、木材の応力負荷による細胞壁構造の変化を補足し、これと光伝搬を記述するモンテカルロシミュレーションを組み合わせることで、応力負荷による細胞壁の変形、およびそれにともなう光散乱の変化を把握した。さらに同様の手法を用いることで米の品種判別が可能であることを示した。
以上一連の研究によって本手法の木材樹種判別への有効性および限界を確認した。また大目標である「コグニティブスペクトロスコピーともいうべき新たな認識科学分析手法の確立」が大きく前進した。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 3件、 査読あり 5件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 2件)

  • [国際共同研究] ベトナム林業研究所(ベトナム)

    • 国名
      ベトナム
    • 外国機関名
      ベトナム林業研究所
  • [国際共同研究] KMITL(タイ)

    • 国名
      タイ
    • 外国機関名
      KMITL
  • [国際共同研究] Northwest A&F University(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      Northwest A&F University
  • [雑誌論文] Cognitive spectroscopy for the classification of rice varieties: A comparison of machine learning and deep learning approaches in analysing long-wave near-infrared hyperspectral images of brown and milled samples2022

    • 著者名/発表者名
      Onmankhong Jiraporn、Ma Te、Inagaki Tetsuya、Sirisomboon Panmanas、Tsuchikawa Satoru
    • 雑誌名

      Infrared Physics & Technology

      巻: 123 ページ: 104100~104100

    • DOI

      10.1016/j.infrared.2022.104100

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Measuring the tensile strain of wood by visible and near-infrared spatially resolved spectroscopy2021

    • 著者名/発表者名
      Ma Te、Inagaki Tetsuya、Yoshida Masato、Ichino Mayumi、Tsuchikawa Satoru
    • 雑誌名

      Cellulose

      巻: 28 ページ: 10787~10801

    • DOI

      10.1007/s10570-021-04239-1

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Near-infrared spectroscopy and hyperspectral imaging can aid in the prediction and mapping of polyploid acacia hybrid wood properties in tree improvement programs2021

    • 著者名/発表者名
      Viet Dang Duc、Ma Te、Inagaki Tetsuya、Kim Nguyen Tu、Tsuchikawa Satoru
    • 雑誌名

      Holzforschung

      巻: 75 ページ: 1067~1080

    • DOI

      10.1515/hf-2021-0024

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Moisture transport dynamics in wood during drying studied by long-wave near-infrared hyperspectral imaging2021

    • 著者名/発表者名
      Ma Te、Morita Genki、Inagaki Tetsuya、Tsuchikawa Satoru
    • 雑誌名

      Cellulose

      巻: 29 ページ: 133~145

    • DOI

      10.1007/s10570-021-04290-y

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non-destructive and fast method of mapping the distribution of the soluble solids content and pH in kiwifruit using object rotation near-infrared hyperspectral imaging approach2021

    • 著者名/発表者名
      Ma Te、Xia Yu、Inagaki Tetsuya、Tsuchikawa Satoru
    • 雑誌名

      Postharvest Biology and Technology

      巻: 174 ページ: 111440~111440

    • DOI

      10.1016/j.postharvbio.2020.111440

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] 近赤外分光イメージングによる白イチゴの糖度分布可視化2021

    • 著者名/発表者名
      関 隼人,村上温子、馬 特,土川 覚,稲垣哲也
    • 学会等名
      第37回近赤外フォーラム
  • [学会発表] Deep learning approach of visible microscopic and NIR macroscopic image for wood species classification2021

    • 著者名/発表者名
      木村 文哉、馬 特、土川覚、稲垣哲也
    • 学会等名
      The 20th International Conference on NIR
    • 国際学会
  • [学会発表] Identification of Acacia clones wood using Nearinfrared hyperspectral imaging and deep learning method2021

    • 著者名/発表者名
      Dang Duc Viet, Te Ma, Tetsuya Inagaki, Nguyen Tu Kim, Satoru Tsuchikawa
    • 学会等名
      The 20th International Conference on NIR
    • 国際学会

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公開日: 2022-12-28  

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