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2019 年度 実施状況報告書

最適化に基づくホログラム画像処理フレームワークの構築

研究課題

研究課題/領域番号 19K20293
研究機関金沢大学

研究代表者

遠藤 優  金沢大学, 機械工学系, 助教 (50803293)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
キーワードホログラフィ / 画像処理
研究実績の概要

本研究では,ホログラフィを用いた計測技術(DH: digital holography)における画像処理を最適化問題として統一的に扱う手法を提案し,スケーラブルかつ高性能なホログラム画像処理フレームワークを構築することを目的としている.この目的のために,(1) 最適化ソルバーの開発,(2) 先験情報の構築,(3) DHシステムへの応用に取り組んでいる.本年度は,(1) 最適化ソルバーの開発,(3) DHシステムへの応用に関して,下記の通り実施した.
(1) 最適化ソルバーの開発: DHシステムにおける画像処理を最適化問題として統一的に扱える最適化ソルバーの開発に取り組んだ.最適化ソルバーでは近接分離に基づく最適化手法をアルゴリズムとして使用した.この最適化手法は計測モデルに対応する演算と先験情報に対応した近接写像から構成される.DHシステムで使用される基本的な計測モデル(フレネル回折など)の実装と,基本的な先験情報であるL1ノルムと全変動の実装に取り組んだ.これらの計算を高速に行うために,GPUを用いた並列計算を実装した.
(3) DHシステムへの応用: 開発中の画像処理フレームワークを単一画素ホログラフィックイメージングに適用した.単一画素ホログラフィックイメージングシステムでは,フォトディテクタで取得した時系列データから計測対象の画像を再構成する.このようなDHシステムを開発し,その画像処理を開発中のフレームワークで設計することで,フレームワークの有効性を一部実証した.

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

(1) 最適化ソルバーの開発は順調に進んでおり,次年度には性能評価を実施できると想定している.
当初予定では,本年度に (2) 先験情報の構築を行い,次年度に (3) DHシステムへの応用に取り組む予定であった.しかし,本年度に (3) の進展があったため,その実施を優先し,(2) は次年度に行うこととした.実施順に変更があったが,全体としてはおおむね予定どおりの成果を得られている.

今後の研究の推進方策

次年度は,(1) 最適化ソルバーの開発を引き続き行い,その性能評価を実施する.また (2) 先験情報の構築に関しては,機械学習を用いたノイズ除去器の実装を行い,最適化ソルバーへ統合する.(3) DHシステムへの応用に関しては,レンズレス顕微鏡や高速3次元計測システムへ本フレームワークを適用する.

次年度使用額が生じた理由

旅費が想定よりも少なかったため,全体的に見て予算が少しだけ余った.
前年度の残額は,次年度の物品費もしくは旅費で使用する予定である.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Color single-pixel digital holography with a phase-encoded reference wave2019

    • 著者名/発表者名
      Endo Yutaka, Tahara Tatsuki, Okamoto Ryo
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 58 ページ: G149-G154

    • DOI

      10.1364/AO.58.00G149

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Multiwavelength-selective phase-shifting digital holography without mechanical scanning2019

    • 著者名/発表者名
      Tahara Tatsuki, Endo Yutaka
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 58 ページ: G218-G224

    • DOI

      10.1364/AO.58.00G218

    • 査読あり
  • [学会発表] 単一画素カメラにおける空間変調パターンの物体認識に対する最適化2020

    • 著者名/発表者名
      中島 凱, 遠藤 優
    • 学会等名
      2020年電子情報通信学会総合大会
  • [学会発表] RGB 照明を用いたカラーシングルピクセルディジタルホログラフィ2019

    • 著者名/発表者名
      遠藤 優, 田原 樹, 岡本 亮
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 機械走査部の無い波長選択位相シフトディジタルホログラフィック顕微鏡システム2019

    • 著者名/発表者名
      田原 樹, 遠藤 優
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 波長依存位相変調を用いた複数波長シングルピクセルディジタルホログラフィ2019

    • 著者名/発表者名
      遠藤 優, 田原 樹, 岡本 亮
    • 学会等名
      Optics and Photonics Japan 2019
  • [学会発表] ホログラフィにおけるシングルピクセルイメージングの活用2019

    • 著者名/発表者名
      遠藤 優, 田原 樹, 岡本 亮
    • 学会等名
      Optics and Photonics Japan 2019
    • 招待講演
  • [学会発表] 波長選択抽出位相シフト法に基づく複数波長定量位相イメージング2019

    • 著者名/発表者名
      田原 樹, 遠藤 優, 涌波 光喜, Boaz Jessie Jackin, 市橋 保之, 大井 隆太朗
    • 学会等名
      令和元年第3回ホログラフィック・ディスプレイ研究会
  • [学会発表] Multiwavelength holographic image sensing of various light2019

    • 著者名/発表者名
      Tatsuki Tahara, Yutaka Endo, Koki Wakunami, Boaz Jessie Jackin, Yasuyuki Ichihashi, Ryutaro Oi
    • 学会等名
      The 9th Korea-Japan Workshop on Digital Holography and Information Photonics (DHIP2019)
    • 国際学会

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公開日: 2021-01-27  

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