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2020 年度 実績報告書

ホログラフィ専用プロセッサの開発による次世代VRシステム

研究課題

研究課題/領域番号 20J10202
研究機関千葉大学

研究代表者

山本 洋太  千葉大学, 融合理工学府, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2020-04-24 – 2022-03-31
キーワードホログラフィ / ハイパフォーマンスコンピューティング / 専用計算機 / FPGA
研究実績の概要

ホログラフィは3次元情報を忠実に記録・再生できる手法であり、次世代の3次元映像提示手法として注目を集めている。電子化されたホログラフィを特に電子ホログラフィと呼ぶ。立体視が可能として、現在よく利用されている方式に両眼視差方式がある。システム開発が容易という大きな利点を有しているが、3次元情報を忠実に再現することはできず、長時間の利用により、吐き気や眠気といった3D酔いが発生する。また、子供が使用することで視覚障害が発生する可能性が指摘されるなど、3次元ディスプレイ技術応用への大きな障壁となっている。
電子ホログラフィでは、計算機によって3次元情報が記録された2次元的な干渉縞であるComputer-Generated Holograms (CGHs) の計算を行う。CGHをLiquid Crystal Display (LCD) などの液晶ディスプレイに表示し,画面表示を高速に切り替えることで動画の3次元再生も可能である。究極の3次元映像提示手法とも呼ばれる電子ホログラフィであるが、CGHの計算に必要な計算コストを一因として実用へは至っていない。
本研究では、読み書き可能なField Programmable Gate Array(FPGA)を使用し、電子ホログラフィ計算に特化した専用計算回路を開発することで、計算の超高速化を目指した。特に、CPUとFPGAをワンチップに搭載したSystem-on-a-chip(SoC)を利用することで、小型で高速なシステム開発を目指した。その結果、組み込み機器向けのGPUと比べ190倍、商用のPC(CPU)と比べ131倍の高速化を達成した。動画として重要なフレームレートは19 fpsである。一般的に10 fps以上あればチラつきのない動画として視聴可能とされており、電子ホログラフィを用いたヘッドマウントディスプレイ実装に必要十分な性能を達成した。

現在までの達成度 (段落)

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

今後の研究の推進方策

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2021 2020

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 3件、 招待講演 3件)

  • [雑誌論文] System-on-a-chip-based special-purpose computer for phase electroholography2020

    • 著者名/発表者名
      Yota Yamamoto, Tomoyoshi Shimobaba, Hirotaka Nakayama, Takashi Kakue, Nobuyuki Masuda, Tomoyoshi Ito
    • 雑誌名

      OSA Continuum

      巻: 3 ページ: 3407-3415

    • DOI

      10.1364/OSAC.401318

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] System on a Chipを用いた小型な電子ホログラフィ専用計算機の開発2020

    • 著者名/発表者名
      山本洋太, 増田信之, 中山弘敬, 下馬場朋禄, 角江崇, 伊藤智義
    • 雑誌名

      レーザー研究

      巻: 48 ページ: 555-559

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dedicated hardware for hologram calculation using sparse Fourier bases2020

    • 著者名/発表者名
      Daiki Yasuki, David Blinder, Tomoyoshi Shimobaba, Yota Yamamoto, Ikuo Hoshi, Peter Schelkens, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
    • 雑誌名

      Applied Optics

      巻: 59 ページ: 8029-8037

    • DOI

      10.1364/AO.397982

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Hologram generation via Hilbert transform2020

    • 著者名/発表者名
      Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Yota Yamamoto, Ikuo Hoshi, Harutaka Shiomi, Takashi Nishitsuji, Naoki Takada, Tomoyoshi Ito
    • 雑誌名

      OSA Continuum

      巻: 3 ページ: 1498-1503

    • DOI

      10.1364/OSAC.395003

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Special-purpose computer for digital holographic high-speed 3D imaging2020

    • 著者名/発表者名
      Yota Yamamoto, Shintaro Namba, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito, Nobuyuki Masuda
    • 雑誌名

      Optical Engineering

      巻: 59 ページ: 054105

    • DOI

      10.1117/1.OE.59.5.054105

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 光線情報に基づくホログラフィ専用計算機における高速フーリエ変換法の実装2021

    • 著者名/発表者名
      丸山達也, 市橋保之, 角江崇, 星郁雄, 山本洋太, 古川亮太, 下馬場朋禄, 伊藤智義
    • 学会等名
      第15回 関東学生研究論文講演会
  • [学会発表] 電子ホログラフィ専用計算機による3次元映像システムの開発2020

    • 著者名/発表者名
      山本洋太, 下馬場朋禄, 角江崇, 増田信之, 伊藤智義
    • 学会等名
      グローバルプロミネント研究基幹シンポジウム (第5回)
  • [学会発表] 専用計算機による電子ホログラフィを用いた3次元映像システムの開発2020

    • 著者名/発表者名
      山本洋太, 下馬場朋禄, 角江崇, 増田信之, 伊藤智義
    • 学会等名
      日本光学会年次学術講演会 光みらい奨励金 記念講演
    • 招待講演
  • [学会発表] Xilinx Alveo U250を用いた振幅・位相変調型ホログラフィ向け専用計算機の開発2020

    • 著者名/発表者名
      山本洋太, 下馬場朋禄, 角江崇, 増田信之, 伊藤智義
    • 学会等名
      令和2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] 位相型ホログラフィックプロジェクタにおける画質改善アルゴリズム2020

    • 著者名/発表者名
      山口 由美, 長浜佑樹, 山本洋太, 角江崇, 伊藤智義, 下馬場朋禄
    • 学会等名
      令和2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] Xilinx Alveo U250を用いた位相変調型電子ホログラフィ専用計算機の開発2020

    • 著者名/発表者名
      山本洋太, 増田信之, 下馬場朋禄, 角江崇, 伊藤智義
    • 学会等名
      第19回情報科学技術フォーラム (FIT2020)
  • [学会発表] Xilinx Alveo U250を用いた電子ホログラフィ専用計算機の実装2020

    • 著者名/発表者名
      山本洋太, 増田信之, 下馬場朋禄, 角江崇, 伊藤智義
    • 学会等名
      リコンフィギャラブルシステム研究会
  • [学会発表] Highly Parallel Special-Purpose Computer for Amplitude Electroholography2020

    • 著者名/発表者名
      Yota Yamamoto, Tomoyoshi Shimobaba, Hirotaka Nakayama, Takashi Kakue, Nobuyuki Masuda, Tomoyoshi Ito
    • 学会等名
      International Workshop on Holography and related technologies (IWH2020)
    • 国際学会
  • [学会発表] Dedicated processor for holography assisted by deep neural networks2020

    • 著者名/発表者名
      Tomoyoshi Shimobaba, Yota Yamamoto, Takashi Nishitsuji, Ikuo Hoshi, Harutaka Shiomi, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
    • 学会等名
      OSA Frontiers in Optics 2020 + Laser Science (FiO/LS)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Holographic classification and regression using binary neural network2020

    • 著者名/発表者名
      Tomoyoshi Shimobaba, Yota Yamamoto, Ikuo Hoshi, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
    • 学会等名
      IEEE 18th International Conference on Industrial Informatics
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2021-12-27  

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