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2023 年度 実績報告書

ディープラーニングによる植物画像認識の高精度化と時空間の要因解析

公募研究

研究領域細胞システムの自律周期とその変調が駆動する植物の発生
研究課題/領域番号 22H04735
研究機関名城大学

研究代表者

堀田 一弘  名城大学, 理工学部, 教授 (40345426)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2024-03-31
キーワード深層学習 / セグメンテーション / 判断根拠の可視化
研究実績の概要

まず、ゼニゴケ精子の動画像からwild typeとmutantを識別し、判断根拠の可視化から要因解析を行った。ディープラーニングはゼニゴケの本体そのものや鞭毛の辺りが重要視しながら識別しているとの結果が得られた。また、細胞画像のセグメンテーションを行う方法としてEncoder-Decoder型のConvolutional Neural Networkが利用されるが、画像の解像度を下げていく過程で面積の小さい対象物の情報が少なくなり、結果として小さい物体や細長い物体のセグメンテーション精度が低下してしまう。そこで、多様な解像度の特徴マップを保持できるHigh-Resolution Networkを基に、対象物によって解像度を適応的に選択する方法を提案した。これにより、小さい物体や細長い物体のセグメンテーション精度を改善することができた。
一般に、ディープラーニングの学習はどんなロス関数を使うかによって左右され、医用画像や細胞画像などではDiceロスが利用される。従来のDiceロスを改良するために式展開を行い、Adaptive t-vMF Diceロスを新たに提案した。これによりセグメンテーションの精度を改善することができた。また、判断根拠の可視化の研究も行った。まずは2つのネットワークの差を利用する方法を提案し、従来法に比べて定量的に良いことを示した。さらに、Vision Transformerの可視化についても研究を行い、定量評価により従来法を上回ることを確認した。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 5件)

  • [雑誌論文] Adaptive t-vMF Dice Loss: An Effective Expansion of Dice Loss for Medical Image Segmentation2023

    • 著者名/発表者名
      S.Kato and K.Hotta
    • 雑誌名

      Computers in Biology and Medicine,

      巻: 168 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1016/j.compbiomed.2023.107695

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Analysis of plant-specific ANTH domain-containing protein in Marchantia polymorpha2023

    • 著者名/発表者名
      N.Minamino, H.Fujii, H.Murata, S.Hachinoda, Y.Kondo, K.Hotta, T.Ueda
    • 雑誌名

      Plant and Cell Physiology

      巻: 64 ページ: 1331-1342

    • DOI

      10.1093/pcp/pcad118

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Vision Transformer Interpretability via Prediction of Image Reflected Relevance among Tokens2024

    • 著者名/発表者名
      K.Sago and K.Hotta
    • 学会等名
      International Conference on Pattern Recognition Applications and Methods (ICPRAM2024)
    • 国際学会
  • [学会発表] Visualization of The Basis for Decisions by Selecting Layers Based on Model's Predictions Using The Difference Between Two Networks2024

    • 著者名/発表者名
      T.Sannomiya and K.Hotta
    • 学会等名
      International Conference on Pattern Recognition Applications and Methods (ICPRAM2024)
    • 国際学会
  • [学会発表] Improvement of TransUNet UsingWord Patches Created From Different Dataset2024

    • 著者名/発表者名
      A.Takama and K.Hotta
    • 学会等名
      International Conference on Pattern Recognition Applications and Methods (ICPRAM2024)
    • 国際学会
  • [学会発表] One-shot and Partially-Supervised Cell Image Segmentation Using Small Visual Prompt2023

    • 著者名/発表者名
      S.Kato and K.Hotta
    • 学会等名
      CVPR Workshop on Computer Vision for Microscopy Image Analysis (CVMI2023)
    • 国際学会
  • [学会発表] Single-Particle Tracking by Graph Transformer2023

    • 著者名/発表者名
      S.Kamiya, T.Tsunoyama, A.Kusumi, and K.Hotta
    • 学会等名
      IEEE International Conference on Acoustics, speech and Signal Processing
    • 国際学会
  • [学会発表] トークン間の関連性を反映した画像の予測スコアによるCLIP-ViTの判断根拠の可視化2023

    • 著者名/発表者名
      佐合建人,堀田一弘
    • 学会等名
      ViEW2023
  • [学会発表] 二つのネットワークの差を用いた判断根拠の可視化2023

    • 著者名/発表者名
      三宮隆寛, 堀田一弘
    • 学会等名
      MIRU2023
  • [学会発表] 特徴量の分布に着目した汎用的な細胞画像のセグメンテーションのためのマルチドメイン学習2023

    • 著者名/発表者名
      土井田啓輔, 堀田一弘
    • 学会等名
      MIRU2023
  • [学会発表] フレーム補間を用いた二段階追跡によるたんぱく質分子の多物体追跡2023

    • 著者名/発表者名
      神谷聡, 角山貴昭, 楠見明弘, 堀田一弘
    • 学会等名
      MIRU2023
  • [学会発表] Word Patchesを用いたTransUNetの精度向上2023

    • 著者名/発表者名
      髙間斐斗, 神谷聡, 堀田一弘
    • 学会等名
      MIRU2023
  • [学会発表] Adaptive Resolution Selection Moduleを用いたセマンティックセグメンテーション2023

    • 著者名/発表者名
      藤井春樹, 小野広夢, 堀田一弘
    • 学会等名
      MIRU2023
  • [学会発表] セマンティックセグメンテーションにおけるAxial-Attentionによる自己知識蒸留2023

    • 著者名/発表者名
      佐々木孝輔, 堀田一弘
    • 学会等名
      MIRU2023

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公開日: 2024-12-25  

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