ホログラフィ専用計算システムによる次世代３次元映像・計測技術の研究

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25240015
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 伊藤 智義 千葉大学, 大学院工学研究科, 教授 (20241862)
• 研究分担者: 下馬場 朋禄 千葉大学, 大学院工学研究科, 准教授 (20360563) ; 角江 崇 千葉大学, 大学院工学研究科, 助教 (40634580) ; 増田 信之 東京理科大学, 基礎工学部電子応用工学科, 准教授 (60323333)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 高性能計算アプリケーション / ホログラフィ

研究実績の概要

昨年度までに、本研究課題の中心となるホログラフィ専用計算ボードにホログラム計算回路を実装し、稼働させることに成功した。本年度は、最終年度として、計算システムの最適化を進め、1ボードあたり4,480並列計算を実現した。これは昨年度に比べて4倍の性能であり、設計上の理論値にほぼ近い性能に達した。回路設計及び実装の最適化に加え、ボードの並列化を進めた。2枚を用いたシステムを検証し、ほぼ2倍の性能になることを確認した。これらの成果については、2017年3月に、情報処理学会と電子情報通信学会で公表した。計算ボードは10枚作製しており、すべてのボードを並列化することで、一般のPCに比べて10,000倍の性能になる見通しが立った。今年度中には論文として成果発表を行う。
また、計算機システムを中心とした3次元映像及び計測システムについての関連研究も精力的に進め、着実に成果を上げた。将来のホログラフィックテレビジョンを見据えた研究では、物体を分割した後に空間上で3次元を再構成する高速化手法を開発した。超小型で複数方向に映像を投影するホログラフィックプロジェクタにおいては、現時点で大きな課題になっている高画質化と計算の高速化を進展させる手法を提案した。一度の撮影で3次元空間を撮影するデジタルホログラフィにおいては、画質の改善手法及び顕微鏡への応用を進めた。
今年度（2016年4月以降）に公表された本研究課題に関する査読付論文は、21編を数えている。

現在までの達成度 (段落)

28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

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Acceleration of hologram generation by optimizing the arrangement of wavefront recording planes (2017)
  • 著者名/発表者名: Naotaka Hasegawa, Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 56 ページ: A97-A103
  • DOI: 10.1364/AO.56.000A97
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fast generation of computer-generated hologram using wavelet shrinkage (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 25 ページ: 77-87
  • DOI: 10.1364/OE.25.000077
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ホログラフィックプロジェクタによるマルチプロジェクション及び画質改善 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山口由美, 長浜佑樹, 川島徹也, 下馬場朋禄，角江崇, 伊藤智義
  • 雑誌名: 映像情報メディア学会誌 巻: 71 ページ: J101-J105
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Holographic micro-information hiding (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoyoshi Shimobaba, Yutaka Endo, Ryuji Hirayama, Daisuke Hiyama, Yuki Nagahama, Satoki Hasegawa, Marie Sano, Takayuki Takahashi, Takashi Kakue, Minoru Oikawa, Tomoyoshi Ito
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 56 ページ: 833-837
  • DOI: 10.1364/AO.56.000833
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Investigation of Super-resolution Processing Algorithm by Target Light-intensity Search in Digital Holography (2017)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Neo, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, Nobuyuki Masuda, Tomoyoshi Ito
  • 雑誌名: Optics Communications 巻: 389 ページ: 85-91
  • DOI: 10.1016/j.optcom.2016.12.012
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Autoencoder-based holographic image restoration (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoyoshi Shimobaba, Yutaka Endo, Ryuji Hirayama, Yuki Nagahama, Takayuki Takahashi, Takashi Nishitsuji, Takashi Kakue, Atsushi Shiraki, Naoki Takada, Nobuyuki Masuda, Tomoyoshi Ito
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 56 ページ: F27-F30
  • DOI: 10.1364/AO.56.000F27
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Gradation representation method using binary-weighted computer-generated hologram (2017)
  • 著者名/発表者名: Masato Fujiwara, Naoki Takada, Hiromitsu Araki, Shohei Ikawa, Hiroaki Niwase, Yuki Maeda, Hirotaka Nakayama, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 雑誌名: Optical Engineering 巻: 56 ページ: 023105
  • DOI: 10.1117/1.OE.56.2.023105
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Speeding Up of Image Quality Improvement in Random Phase-Free Hologram using characteristics of ringing artifact (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuki Nagahama, Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Nobuyuki Masuda, Tomoyoshi Ito
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 56 ページ: F61-F66
  • DOI: 10.1364/AO.56.000F61
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An accelerated hologram calculation using the wavefront recording plane method and wavelet transform (2017)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Arai, Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Nishitsuji, Takashi Kakue, Nobuyuki Masuda, Tomoyoshi Ito
  • 雑誌名: Optics Communications 巻: 393 ページ: 107-112
  • DOI: 10.1016/j.optcom.2017.02.038
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Gradation representation method using binary-weighted computer-generated hologram based on pulse width modulation (2017)
  • 著者名/発表者名: Masato Fujiwara, Naoki Takada, Hiromitsu Araki, Chun Wei Ooi, Shohei Ikawa, Yuki Maeda, Hiroaki Niwase, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 雑誌名: Chinese Optics Letters 巻: 15 ページ: 060901
  • DOI: 10.3788/COL201715.060901
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Inkjet printing-based volumetric display projecting multiple full-colour 2D patterns (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Hirayama, Tomotaka Suzuki, Tomoyoshi Shimobaba, Atsushi Shiraki, Makoto Naruse, Hirotaka Nakayama, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 46511
  • DOI: 10.1038/srep46511
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Image quality improvement for a 3D structure exhibiting multiple 2D patterns and its implementation (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Hirayama, Hirotaka Nakayama, Atsushi Shiraki, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 24 ページ: 7319-7327
  • DOI: 10.1364/OE.24.007319
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] GPU-accelerated compressive holography (2016)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Endo, Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 24 ページ: 8437-8445
  • DOI: 10.1364/OE.24.008437
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Color computer-generated hologram generation using the random phase-free method and color space conversion (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomoyoshi Shimobaba, Michal Makowski, Yuki Nagahama, Yutaka Endo, Ryuji Hirayama, Daisuke Hiyama, Satoki Hasegawa, Marie Sano, Takashi Kakue, Minoru Oikawa, Takashige Sugie, Naoki Takada, Tomoyoshi Ito
  • 雑誌名: Applied Optics 巻: 55 ページ: 4159-4165
  • DOI: 10.1364/AO.55.004159
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 電子ホログラフィの高速計算手法 (2016)
  • 著者名/発表者名: 下馬場朋禄, 角江崇, 伊藤智義
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 44 ページ: 423-428
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] MATLABにおける計算機合成ホログラム生成の高速化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 根尾敦，角江崇，遠藤優，下馬場朋禄，伊藤智義
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 44 ページ: 458-463
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 低コストかつ高倍率なポータブル ディジタルホログラフィック顕微鏡 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐野麻理恵，糸井淳一，下馬場朋禄，阿比留慎，遠藤優，白木厚司，角江崇様，伊藤智義
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 44 ページ: 454-457
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 位相移植法によるランダム位相フリーホログの画質改善および高速化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 長浜佑樹，下馬場朋禄，川島徹也，角江崇，伊藤智義
  • 雑誌名: レーザー研究 巻: 44 ページ: 449-453
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Optical Addressing of Multi-Colour Photochromic Material Mixture for Volumetric Display (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Hirayama, Atsushi Shiraki, Makoto Naruse, Shinichiro Nakamura, Hirotaka Nakayama, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 ページ: 31543
  • DOI: 10.1038/srep31543
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Review of fast algorithms and hardware implementations on computer holography (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomoyoshi Shimobaba, Takashi kakue, Tomoyoshi Ito
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Industrial Informatics 巻: 12 ページ: 1611-1622
  • DOI: 10.1109/TII.2015.2509452
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Real-time electroholography using a multiple-graphics processing unit cluster system with a single spatial light modulator and the InfiniBand network (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Niwase, Naoki Takada, Hiromitsu Araki, Yuki Maeda, Masato Fujiwara, Hirotaka Nakayama, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 雑誌名: Optical Engineering 巻: 55 ページ: 093108
  • DOI: 10.1117/1.OE.56.2.023105
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Point cloud-based hologram calculation : WASABI and WRP methods (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: Digital Holography & 3-D Imaging (DH2017)
  • 発表場所: Jeju Island, South Korea
  • 年月日: 2017-05-29 – 2017-05-31
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Holographic display and its computational techniques (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: LDC2017(Laser Display and Lighting Conference)
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2017-04-19 – 2017-04-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Inkjet-printed 3D Structure Projecting Multiple Full-Color Images (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Hirayama, Tomotaka Suzuki, Tomoyoshi Shimobaba, Atsushi Shiraki, Makoto Naruse, Hirotaka Nakayama, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: IP'17 (Information Photonics 2017)
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2017-04-18 – 2017-04-21
  • 国際学会
• [学会発表] Real-Time Handling of Electro-Holographic Images by Gesture Detection (2016)
  • 著者名/発表者名: Shota Yamada, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: The Sixth Japan-Korea Workshop on Digital Holography and Information Photonics (DHIP2016)
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 2016-12-19 – 2016-12-22
  • 国際学会
• [学会発表] Improving Image Quality of Holographic Reconstruction System Using Integral Photography by Reconstructing Light Field (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoji Shibuya, Yasuyuki Ichihashi, Kenji Yamamoto, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: The Sixth Japan-Korea Workshop on Digital Holography and Information Photonics (DHIP2016)
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 2016-12-19 – 2016-12-22
  • 国際学会
• [学会発表] Downsized Portable Digital Holographic Microscope on NVIDIA Jetson TK1 (2016)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Arai, Tomoyoshi Shimobaba, Marie Sano, Shin Abiru, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: The Sixth Japan-Korea Workshop on Digital Holography and Information Photonics (DHIP2016)
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 2016-12-19 – 2016-12-22
  • 国際学会
• [学会発表] Real-Time Three-Dimensional Aerial Projection System Using Computer-Generated Hologram and Parabolic Mirrors (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Kakue, Takashi Nishitsuji, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: The Sixth Japan-Korea Workshop on Digital Holography and Information Photonics (DHIP2016)
  • 発表場所: Sapporo, Japan
  • 年月日: 2016-12-19 – 2016-12-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Development of Run-Length-based Fourier Transform (2016)
  • 著者名/発表者名: Takanori Akamatsu, Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: Three Dimensional Systems and Applications (3DSA2016)
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 年月日: 2016-12-07 – 2016-12-09
  • 国際学会
• [学会発表] Aerial Projection of Three-Dimensional Color Motion Pictures Based on Electro-Holography with Parabolic Mirrors (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Kakue, Atsuki Uemura, Takashi Nishitsuji, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: Three Dimensional Systems and Applications (3DSA2016)
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 年月日: 2016-12-07 – 2016-12-09
  • 国際学会
• [学会発表] Speeding Up of Image Quality Improvement using Amplitude Inverse Filter Method in Random Phase-Free Hologram (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuki Nagahama, Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue and Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: Three Dimensional Systems and Applications (3DSA2016)
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 年月日: 2016-12-07 – 2016-12-09
  • 国際学会
• [学会発表] Gradation Expression by Overlap of Voxels in Volumetric Display Composed of Photochromic Materials (2016)
  • 著者名/発表者名: Fumiya Kawashima, Ryuji Hirayama, Atsushi Shiraki, Hirotaka Nakayama, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: Three Dimensional Systems and Applications (3DSA2016)
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 年月日: 2016-12-07 – 2016-12-09
  • 国際学会
• [学会発表] GPU Acceleration of Hologram Generation based on Ray-sampling Plane (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirochika Sato, Takashi Kakue, Koki Wakunami, Yasuyuki Ichihashi, Ryutaro Oi, Kenji Yamamoto, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: Three Dimensional Systems and Applications (3DSA2016)
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 年月日: 2016-12-07 – 2016-12-09
  • 国際学会
• [学会発表] High definition spatiotemporal division multiplexing electroholography by using DMD (2016)
  • 著者名/発表者名: Masato Fujiwara, Naoki Takada, Ooi Chun Wei, Yuki Maeda, Hirotaka Nakayama, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: Three Dimensional Systems and Applications (3DSA2016)
  • 発表場所: Fukuoka, Japan
  • 年月日: 2016-12-07 – 2016-12-09
  • 国際学会
• [学会発表] 3-D crystal with curved surface projecting multiple 2-D images (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Hirayama, Atsushi Shiraki, Hirotaka Nakayama, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: SIGGRAPH Asia 2016
  • 発表場所: Macao
  • 年月日: 2016-12-05 – 2016-12-08
  • 国際学会
• [学会発表] High-speed imaging of shooting BB bullet by single-shot phase-shifting digital holography (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Kakue, Yutaka Endo, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: The 31st International Congress on High-Speed Imaging and Photonics (ICHSIP-31)
  • 発表場所: Osaka, Japan
  • 年月日: 2016-11-07 – 2016-11-10
  • 国際学会
• [学会発表] Development of holographic micro-information hiding (2016)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Takahashi, Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: OSJ-OSA Joint Symposia on Plasmonics and Digital Optics
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2016-10-30 – 2016-10-31
  • 国際学会
• [学会発表] Investigation of super-resolution processing algorithm by performing target light intensity search in digital holography (2016)
  • 著者名/発表者名: Atsushi Neo, Takashi Kakue, TOmoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: OSJ-OSA Joint Symposia on Plasmonics and Digital Optics
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2016-10-30 – 2016-10-31
  • 国際学会
• [学会発表] Refraction-compensating algorithm for a 3D glass structure exhibiting multiple 2D images (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Hirayama, Hirotaka Nakayama, Atsushi Shiraki, Takashi Kakue, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: Frontiers in Optics/Laser Science Conference (FiO/LS)
  • 発表場所: New York, US
  • 年月日: 2016-09-17 – 2016-09-21
  • 国際学会
• [学会発表] Image-reconstruction algorithm with no use of Fourier transform in interferometric imaging using spatial frequency-division multiplexing (2016)
  • 著者名/発表者名: Tatsuki Tahara, Tomoyoshi Shimobaba, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: Digital Holography & 3-D Imaging (DH2016)
  • 発表場所: Heidelberg, Germany
  • 年月日: 2016-07-25 – 2016-07-28
  • 国際学会
• [学会発表] GPU-Acceleration of Compressive Fresnel Holography (2016)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Endo, Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: Digital Holography & 3-D Imaging (DH2016)
  • 発表場所: Heidelberg, Germany
  • 年月日: 2016-07-25 – 2016-07-28
  • 国際学会
• [学会発表] Fast Calculation Techniques for Computer-Generated Holograms (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Nishitsuji, Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: Special Session on “Digital Holography for Industrial Applications” (SS-DHIA) of the IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN’16)
  • 発表場所: Poitiers, France
  • 年月日: 2016-07-18 – 2016-07-21
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Miniaturization of low-cost portable digital holographic microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: Shin Abiru, Marie Sano, Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: Biomedical Imaging and Sensing Conference 2016 (BISC'16)
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2016-05-17 – 2016-05-20
  • 国際学会
• [学会発表] Random phase-free computer holography and its applications (2016)
  • 著者名/発表者名: Tomoyoshi Shimobaba, Takashi Kakue, Tomoyoshi Ito
  • 学会等名: SPIE Commercial + Scientific Sensing and Imaging, Three-Dimensional Imaging, Visualization, and Display 2016
  • 発表場所: Baltimore, Unites States
  • 年月日: 2016-04-17 – 2016-04-21
  • 国際学会 / 招待講演