意識下の情報処理をアナログ・デジタル融合演算で実現する心理学的脳モデルVLSI

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14205043
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 柴田 直 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 教授 (00187402)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三田 吉郎 東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (40323472)
• Keywords: エピソード記憶 / エピソード連想 / DPマッチング / シーケンスマッチング / 遅延ロジック / 顔検出 / PPEDベクトル / Multiple Clueサーチ

Research Abstract

本年度の研究の中心は、「エピソード連想モジュールVLSI」の開発、および「人の顔を柔軟に検出するアルゴリズム」の開発であった。先ず、エピソード連想であるが、強く印象に残ったエピソード(一連の時間的に連続した事象のシーケンス)は強く記憶に焼き付けられ、似たシーケンスに遭遇すると、そのエピソード記憶が突然蘇る。つまり似たシーケンスのサーチが必須となる。これまで開発してきた連想プロセッサチップは、ベクトルマッチングに特化したものであり、この目的には対応できない。入力ベクトルの一部に欠けがあっても、シーケンスとして似ていれば高い類似度評価を与えるDPマッチングVLSIの開発が必須である。全く新規なアイデアでこのVLSIチップの開発に成功した。可変遅延素子を二次元のメッシュ状に配置し、比較する2つのシーケンスのエレメント間の一致度が高いほど遅延時間が少なくなるような構成とした。メッシュの一端にテストパルスを入れると、このパルスはあらゆるパスを通って伝播するが、最も一致度の高いパスを最速で伝播する。この現象を利用して、シーケンスマッチングの最適の組み合わせを自動検出するVLSIチップを開発した。一方、「人の顔の柔軟な検出」に関しては、Multiple Clueサーチと呼ぶ新たなアルゴリズムの開発を行った。エッジベースのFeature Mapを出発点とするところは、これまで開発してきたPPEDベクトルと同様だが、PPEDでは捨てていた情報を巧みにコーディングして残す新たなベクトル表現法を二種類追加した。これら3つのベクトル表現を組み合わせることにより、非常にロバストな顔検出が実現した。つまり、性別・人種の変化はもちろん、照明条件、焦点のずれといった撮影条件の変化に対しても、極めてロバストに対応できる顔検出技術の基礎を確立することが出来た。人間の脳は、顔の検出に対しては特別な能力をもっており、これを模擬できるアルゴリズムを見出せたことは、実用上の意義はもちろん、脳の情報処理原理を理解する上でも大変興味深い研究成果であるといえる。

Research Products

• [Publications] Masakazu Yagi, Tadashi Shibata: "An Image Representation Algorithm Compatible to Neural-Associative-Processor-Based Hardware Recognition Systems"IEEE Transactions on Neural Networks. Vol.14, No.5. 1144-1161 (2003)
• [Publications] Toshihiko Yamasaki, Tadashi Shibata: "Analog Soft-Matching Classifier Using Floating-Gate MOS Technology"IEEE Transactions on Neural Networks. Vol.14, No.5. 1257-1265 (2003)
• [Publications] 柴田 直: "心理学的脳モデルVLSI -- 生体原理に学ぶ新たなプロセッサーアーキテクチャー"応用物理. 第72巻・第10号. 1268-1275 (2003)
• [Publications] Hiroe Kimura, Tadashi Shibata: "A Simple-Architecture Motion-Detection Analog VLSI Based on Quasi-Two-Dimensional Hardware Algorithm"Analog Integrated Circuits and Signal Processing. (印刷中). (2004)
• [Publications] Qian-Rong Gu, Tadashi Shibata: "Speaker and Text Independent Language identification Using Predictive Error Histogram Vectors"Proc. 2003 International Conference on accepted for presentation Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP). I36-I39 (2003)
• [Publications] S.Chakrabartty, M.Yagi, T.Shibata, Gert Cauwenberghs: "Robust Cephalometric Landmark Identification Using Support Vector Machines"Proc. 2003 International Conference on accepted for presentation Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP). II-825-II-828 (2003)
• [Publications] Toshihiko Yamasaki, Tomohiro Fukuda, Tadashi Shibata: "A Floating-Gate-MOS-Based Low-Power CDMA Matched Filter Employing Capacitance Disconnection Technique"Digest of Technical Papers of 2003 Symposium on VLSI Circuits. 267-270 (2003)
• [Publications] M.Yagi, T.Shibata, C.Tanikawa, K.Takada: "A Robust Medical Image Recognition System Employing Edge-Based Feature Vector Representation"Proceeding of 13th Scandinavian Conference on Image Analysis (SCIA2003). 534-540 (2003)
• [Publications] Teruyasu Taguchi, Makoto Ogawa Tadashi Shibata: "An Analog Image Processing LSI Employing Scanning Line Parallel Processing"Proceedings of the 29th European Solid-Sate Circuits Conference (ESSCIRC 2003). 65-68 (2003)
• [Publications] M.Yagi, H.Yamasaki, T.Shibata: "A Mixed-Signal VLSI for Real-Time Generation of Edge-Based Image Vectors"Advances of Neural Information Processing Systems. (印刷中). (2004)
• [Publications] Y.Suzuki, T.Shibata: "Multiple-Clue Face Detection Algorithm Using Edge-Based Feature Vectors"Proc.2004 International Conference on accepted for presentation Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP). (印刷中). (2004)
• [Publications] M.Umejima, T.Yamasaki, T.Shibata: "A Bump-Circuit-Based Motion Detector Using Projected-Activity Histograms"Proc.2004 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS 2004). (印刷中). (2004)
• [Publications] H.Yamasaki, T.Shibata: "A Real-Time VLSI Median Filter Employing Two-Dimensional Bit-Propagating Architecture"Proc.2004 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS 2004). (印刷中). (2004)
• [Publications] T.Nakayama, T.Yamasaki, T.Shibata: "Quasi-Parallel Multi-Path Detection Architecture Using Floating-Gate-MOS-Based CDMA Matched Filters"Proc.2004 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS 2004). (印刷中). (2004)
• [Publications] T.Yamasaki, T.Shibata: "A Low-Power Switched-Current CDMA Matched Filter with On-Chip V-I and I-V Converters"Digest of Technical Papers of 2003 Symposium on VLSI Circuits. (印刷中). (2004)