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2012 年度 実施状況報告書

高機能画像表現のための傾斜平面分離性能を有する二次元直交変換の設計と実時間実現

研究課題

研究課題/領域番号 23560443
研究機関新潟大学

研究代表者

村松 正吾  新潟大学, 自然科学系, 准教授 (30295472)

キーワード画像処理 / 直交変換 / ウェーブレット変換 / 冗長変換 / 画像符号化 / 画像復元 / 実時間実現 / スパース表現
研究概要

画像変換技術「指向性重複直交変換」の設計法および実現法に関して、海外学術誌IEEE Trans. on Image Process. にそれぞれ論文およびレターを掲載した。また、同変換の画像処理応用の評価検討を行った。さらに、実時間実現に向けた実装を開始した。
画像処理応用の評価検討では、提案する画像変換技術を利用したノイズ除去、ボケ除去、超解像、画像修復について古典的手法や冗長ハール変換との比較を行い、提案法の有効性を確認した。実時間実現に向けた実装では、組込み機器で広く利用されているARM社のCortex-A8および Cortex-A9上に提案法の分析システム、合成システムを実装し、VGAクラスの動画像を 5fps 程度のフレームレートで動作させることに成功した。これら研究成果について、信号処理シンポジウムやアジア太平洋信号情報処理協会年次会議(APSIPA ASC)など国内外の学会にて積極的に発表を行い、広く情報を発信すると共に、今後の発展に有益な情報の収集を行った。
また、世界中の科学者、開発者に広く利用されているMathworks社の数値シミュレーターMATLAB/Simulinkにてこれら応用例のシミュレーションモデルや組込み実装に対応したモデルを構築し、これらを同社が運営するサイト上にて公開した。結果として、誰もが本研究の成果を再現し、論文の引用がし易いように配慮した。
さらに、より一般的な冗長変換の構成法、設計法、実現法を発明したため、この特許出願を行った。今後は、応用に関するこれまでの成果の論文投稿と新たな冗長構成に関する評価検討、FPGAとの併用によるより高速な実時間実現の具現化を進める予定である。

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

平成24年度の計画は、指向性変換の応用対象に特化した設計、映像・カラー画像・マルチビュー画像への応用の展開、組込みプロセッサ上での実現であった。物品購入、成果発表なども含め概ね研究計画のとおりに進んでいる。
特に、画像復元応用に関しては、ボケ除去、超解像、画像修復において既存の冗長ハール変換よりも高い性能を確認した。また、MATLAB/Simulinkにてコード生成が可能なモデルを構築し、組込みプロセッサ上での映像処理も実現した。
ただし、応用対象に特化した設計については、設計法の調査に留まっている。カラー画像、マルチビュー画像への展開についても評価検討を保留している。これは、より発展的な冗長構成を発明し、この基礎的な評価検討を優先して進めたことが主な理由である。
この新たな冗長構成法は、冗長度の設定の自由度が高く、従来の構成法に比べ、低い冗長度で高い画像復元性能を示すことが確認できた。この設計法については、平成25年5月にバンクーバーにて開催されるIEEE音響音声信号処理に関する国際会議(ICASSP2013)において採択され、発表する予定である。

今後の研究の推進方策

今後の推進方策を設計、応用、実現に分けて以下に述べる。
1.設計:これまでは、与えられる画像に対して特別な仮定を置かず、汎用的な変換の設計を行ってきた。今後は、設計の効率化に加え、例えば、防犯カメラに映る人体や顔など対象を定めた上で、その対象に適した変換の設計を行う予定である。学術的には、辞書学
習(Dictionary Learning)の問題と位置づけられる。また、新たな冗長構成における傾斜平面除去性能について検討を進める。
2.応用:平成24年度は、静止画像から映像へと対象を展開したが、モノクロ画像の基礎的な評価が中心であった。平成25年度は、カラー画像・マルチビュー画像への展開のほか、監視映像や医療画像への応用等、具体的なアプリケーションソフトウェアの実装を進める。
3.実現:平成24年度は、組込みプロセッサ上での映像処理を実現できた。ただし、フルHDの実時間処理には高速化の課題が残されている。組込みプロセッサとFPGAの協調実現について検討を進める。また、再利用し易いモジュールやライブラリの整備をさらに進める。

次年度の研究費の使用計画

平成24年度未使用額については、一部を平成25年3月14日から15日の期間の出張旅費および文献購入に充てる予定である。3月末の収支簿に間に合わなかったことが理由である。実質上、平成25年度はほぼ当初の計画どおりの研究費を使用する予定である。ただし、提案法が画像符号化よりも画像復元への応用に適していると考え、当初のネットワークインタフェースボードに代わり組込みプロセッサとFPGAを混載した画像・映像処理評価ボードの購入に計画を変更する。
1.物品費:ARMプロセッサとFPGAを混載するプロセッサ Xilinx Zynq-7000 SoC を搭載する ZC702 評価ボードを1台を購入する。その他、関連図書の購入などに充てる。また、システム開発に必要なライセンスの購入に充てる。
2.旅費:音響音声信号処理に関する国際会議(ICASSP、バンクーバー)、画像処理に関する国際会議(ICIP、メルボルン)、アジア太平洋信号情報処理協会年次会議(APSIPA ASC、台湾高雄)、信号処理シンポジウム(山口)に参加し成果発表を行う予定である。
3.謝金等:特になし
4.その他:各種学術会議に参加するための登録費用の他、論文別刷代に充てる。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (12件) (うち招待講演 2件) 備考 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Boundary Operation of 2-D Non-separable Linear-phase Paraunitary Filter Banks2012

    • 著者名/発表者名
      Shogo Muramatsu, Tomoya Kobayashi, Minoru Hiki and Hisakazu Kikuchi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Image Processing

      巻: 21 ページ: 2314-2318

    • DOI

      10.1109/TIP.2011.2181527

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Directional Lapped Orthogonal Transform: Theory and Design2012

    • 著者名/発表者名
      Shogo Muramatsu, Dandan Han, Tomoya Kobayashi and Hisakazu Kikuchi
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Image Processing

      巻: 21 ページ: 2434-2448

    • DOI

      10.1109/TIP.2011.2182055

    • 査読あり
  • [学会発表] Lattice Structures for 2-D Non-separable Oversampled Lapped Transforms2013

    • 著者名/発表者名
      Shogo Muramatsu and Natsuki Aizawa
    • 学会等名
      2013 IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing
    • 発表場所
      Vancouver, Canada
    • 年月日
      20130526-20130531
  • [学会発表] 指向性非分離オーバーサンプル重複変換を利用した画像復元2013

    • 著者名/発表者名
      相澤夏希, 村松正吾
    • 学会等名
      電子情報通信学会信号処理研究会
    • 発表場所
      慶応義塾大学鶴岡タウンキャンパス(山形県)
    • 年月日
      20130314-20130315
  • [学会発表] FISTA-Based Image Restoration with Multiple DirLOTs2013

    • 著者名/発表者名
      Natsuki Aizawa and Shogo Muramatsu
    • 学会等名
      2013 International Workshop on Advanced Image Technology
    • 発表場所
      Nagoya, Japan
    • 年月日
      20130107-20130109
  • [学会発表] Embedded Implementation of 2-D Nonseparable Linear-Phase Paraunitary Filter Banks for Video Processing2013

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Furuya, Shintaro Hara and Shogo Muramatsu
    • 学会等名
      2013 International Workshop on Advanced Image Technology
    • 発表場所
      Nagoya, Japan
    • 年月日
      20130107-20130109
  • [学会発表] Image Restoration with Union of Directional Orthonormal DWTs2012

    • 著者名/発表者名
      Shogo Muramatsu, Natsuki Aizawa and Masahiro Yukawa
    • 学会等名
      APSIPA Annual Summit & Conference 2012
    • 発表場所
      Hollywood, USA
    • 年月日
      20121203-20121206
  • [学会発表] DirLOTのツリー構成と組込み実装2012

    • 著者名/発表者名
      原伸太郎, 古屋幸祐, 村松正吾
    • 学会等名
      第27回信号処理シンポジウム
    • 発表場所
      ANAインターコンチネンタル石垣リゾート(沖縄県)
    • 年月日
      20121128-20121130
  • [学会発表] 二次元非分離離散対称タイトフレームのためのラティス構成2012

    • 著者名/発表者名
      村松正吾, 相澤夏希
    • 学会等名
      第27回信号処理シンポジウム
    • 発表場所
      ANAインターコンチネンタル石垣リゾート(沖縄県)
    • 年月日
      20121128-20121130
  • [学会発表] ビジョン処理で使いこなすMATLAB CoderとSystem object2012

    • 著者名/発表者名
      村松正吾
    • 学会等名
      MATLAB EXPO 2012 | Japan
    • 発表場所
      ホテルグランパシフィック LE DAIBA(東京都)
    • 年月日
      20121030-20121030
    • 招待講演
  • [学会発表] 映像処理のための非分離重複直交変換の組込み実装2012

    • 著者名/発表者名
      古屋幸祐,原伸太郎,村松正吾
    • 学会等名
      第14回DSPS教育会議
    • 発表場所
      東工大大岡山キャンパス(東京都)
    • 年月日
      20120906-20120907
  • [学会発表] 線形フィルタリング,変換,スパース表現2012

    • 著者名/発表者名
      村松正吾
    • 学会等名
      第25回回路とシステムワークショップ
    • 発表場所
      淡路夢舞台国際会議場(兵庫県)
    • 年月日
      20120730-20120731
    • 招待講演
  • [学会発表] 混成DirLOTを利用したISTAに基づく画像復元2012

    • 著者名/発表者名
      相澤夏希, 村松正吾, 湯川正裕
    • 学会等名
      第25回回路とシステムワークショップ
    • 発表場所
      淡路夢舞台国際会議場(兵庫県)
    • 年月日
      20120730-20120731
  • [学会発表] SURE-LET Image Denoising with Multiple Directional LOTs2012

    • 著者名/発表者名
      Shogo Muramatsu
    • 学会等名
      29th Picture Coding Symposium
    • 発表場所
      Krakow, Poland
    • 年月日
      20120507-20120509
  • [備考] 指向性重複直交変換(DirLOT) ホームページ

    • URL

      http://telecom0.eng.niigata-u.ac.jp/index.php?DirLOT

  • [備考] 非分離オーバーサンプル重複変換(NSOLT)ホームページ

    • URL

      http://telecom0.eng.niigata-u.ac.jp/index.php?NSOLT

  • [備考] Mathworks社 DirLOT Toolbox ホームページ

    • URL

      http://www.mathworks.co.jp/matlabcentral/fileexchange/32603

  • [産業財産権] 画像変換装置,画像変換方法,及び画像変換プログラム2012

    • 発明者名
      村松正吾
    • 権利者名
      国立大学法人新潟大学
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2012-259174
    • 出願年月日
      2012-11-27

URL: 

公開日: 2014-07-24  

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