| 研究課題/領域番号 |
26540080
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
熊澤 逸夫 東京工業大学, 像情報工学研究所, 教授 (70186469)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | センシングデバイス / マルチスペクトルセンサ / リモートセンシング / マイクロプリズムアレイ / 回折格子 / 画像センサー / 逆問題 / 機械学習 |
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| 研究実績の概要 |
本課題では、近年、リモートセンシングや植物工場の監視、車の自動走行等の用途に必要性が高まっているマルチスペクトル画像センサについて、従来技術よりも画期的に小型、低コスト化し、光利用効率（感度）を大幅に向上した、新しい計測原理を開発、実用化することを目的として、画像センサーと逆計算のためのアルゴリズムに関して研究を行ってきた。この目的に対して２６年度に得た成果は以下の通りである。(1)まずは1次元に微小間隔(数ミクロン～数十ミクロン程度)で配列したマイクロプリズムアレイのサンプルを特殊光学デバイスのメーカーを通じて入手した。様々なプリズム間隔とプリズム形状のマイクロプリズムアレイの特性を比較して、最適なプリズム間隔とプリズム形状を見出した。ただし、メーカー側の製作能力の制約のため、厚さは2mm程となり、計画していた厚さ(数十～数百ミクロン)のマイクロプリズムアレイを入手することはできなかった。(2)計画よりもマイクロプリズムアレイの厚さが厚くなったため、屈折後の光は広範囲に広がることになった。そのため周辺の広範囲の画素から異なる波長帯の光のクロストークが生じることになり、クロストークを排除して分光するための逆計算のアルゴリズムを検討し直すこととなった。(3)最適な逆計算の方式を検討するため、様々な状況下で各種対象について上記マイクロプリズムを通して実際に画像を計測して、クロストークの生じ方を調査した。またクロストークに線形性を想定して、簡単な逆行列を用いたアルゴリズムでクロストークを除外して分光画像が得られるか検討した。
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| 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
入手できたマイクロプリズムアレイはプリズムピッチと屈折特性は当初計画していた通りのものであったが、厚さに関しては計画の数十倍となった。そのためクロストークで光が混合し合う範囲が広がり、クロストークの生じた画像から画素位置と波長帯別に分光した画像を復元するための逆計算のアルゴリズムを根本的に見直すことになった。そのため、本年度は各種対象、各種撮影条件について、このマイクロプリズムを通してサンプル画像を収集して、クロストークの生じ方を調べ、マイクロプリズムの特性を調べることになった。その結果、当初計画よりもクロストークの程度が悪化しているのにも関わらず、波長帯別、画素別の情報を復元できるとの見通しを得ることができたので、研究は順調に推移していると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
上述したようにクロストークの程度は悪化したが、それに対処して画素毎、波長帯毎の光量を分離できる見込みが得られたことから、本課題の目的である以下の研究を進めていく予定である。(1)従来のマルチスペクトセンサの光利用効率（感度）を低下させる原因となっていたスリットを排除した新しい光学系を設計する。(2)スリットを排除すると、クロストークが避けられず、各画素の受光量は各バンドの光量が混じり合ったものになるが、こうして物理的に混入(クロストーク)が生じている観察画像から、画素別、波長帯別の光量を推定する信号処理手法を開発する。(3)この信号処理は一種の逆演算となるが、逆演算が優良設定問題となって、混入が数値的な処理で分離しやすくなるように光学系の形態を工夫する。(4)学習アルゴリズムなどを使って、最適な逆計算アルゴリズムを構築する。(5)以上により十分な性能を確保できる見込みが立ったならば、最適なマイクロプリズムアレイを独自に製作して、マルチスペクトル画像センサを試作する。(6)マイクロプリズムアレイ以外に透過型あるいは反射型の回折格子を用いた分光方式についても検討する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
メーカー側の製作能力の不足のため当初計画していた仕様のマイクロプリズムアレイを入手することができず、厚さが計画の10倍以上となったため、画像の画素間、波長帯間のクロストークが想定よりも広い幅で生じたため、その対処に時間が掛かり、予定していた実験装置の試作が間に合わなかったため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
２６年度中に上記の想定外の問題を解決できる目途が立ったため、２７年度に２６年度中に予定していた上記実験装置を製作するため繰越金を使用する予定である。
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