【研究領域課題番号】20K21305 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

送粉生態系 / 花の発熱 / 画像解析 / 自動撮影 / 深層学習 / 物体識別 / 画像処理 / 恒温植物 / 訪花昆虫 / 自動撮影カメラ / 花托 / 発熱メカニズム

【研究成果の概要】

ハスは、花托と呼ばれる花の中心部分が発熱し、約4日間の開花中30～37度の間に維持される恒温性という機能を持つ。本研究は、東京大学附属生態調和農学機構のハス見本園において複数の品種のハス花を対象に花托の発熱パターンを調べ品種間での形態的及び遺伝的変異を利用して、目的①「ハス花の発熱が訪花昆虫を誘引し結実率を高める」という仮説の検証及び目的②ハス花の発熱・恒温性に関連する遺伝子の同定を行っている。目的①に関しては、発熱器官である花托を切開・切除したハス花と対照となるハス花で訪花昆虫を自動撮影カメラで記録し比較したところ、前者の花は後者の花と比較して昆虫の訪花頻度が大幅に少なくなることが確認された。花托の操作により発熱の程度が低下した結果、訪花昆虫が少なくなったと考えられた。また、頻繁にハスを訪花する昆虫グループやハス結実率に影響を与える昆虫グループを特定した結果を論文にまとめ、国際誌に投稿した。さらに5秒間隔で撮影された画像を利用し、AIによる訪花昆虫の検出及び訪花活動の分析手法の開発を行った。その結果、重要な訪花昆虫であるミツバチの自動検出および訪花活動の分析が可能となった。目的②に関しては、前年度に実施した予備的なトランスクリプトーム解析の結果をふまえ、開花前後の花托温度変化を経時的に記録した。開花1日目（発熱）と開花5日目（非発熱）の花托、および開花1日目の花弁、雄ずい、雌ずいをサンプリングし、RNA-seqによる網羅的発現解析を実施した。その結果、昨年の実験と同様に約25000種類の遺伝子発現が検出され、開花1日目の花托で特異的に発現上昇する遺伝子を921個同定した。このうち、花托の発熱に関与すると考えられるalternative oxidase(AOX), uncoupling proteins(UCPs)の発現変動が確認された。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2020-07-30 - 2023-03-31

【配分額】6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)

【研究分野】基礎看護学

【研究領域課題番号】23659999 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

フィジカルアセスメント / 超音波画像 / 嚥下障害 / 不顕性誤嚥 / 画像解析 / 超音波画像装置 / 画像処理 / 嚥下造影検査 / 嚥下内視鏡検査 / 感度 / 特異度 / エコー

【研究成果の概要】

本研究は超音波検査法による不顕性誤嚥の検出方法を開発することで、看護師が行うフィジカルアセスメント技術に超音波検査法を浸透させるためのプラットフォームを形成することを目的とした。超音波画像装置により、誤嚥患者が食物または飲料水を嚥下中に、リアルタイムに声帯付近の気管を可視化し、誤嚥物質の流入を可視化することに成功した。さらに、画像処理技術を適用することでその判断をより容易にする技術を確立した。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)

【研究分野】農業情報工学

【研究領域課題番号】19380146 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

画像処理 / 画像認識 / 三次元形状 / アルゴリズム / 計測工学 / 農業工学 / 画像解析 / 情報処理

【研究成果の概要】

デジタルカメラと複数の鏡による三次元形状測定装置を開発し,視体積交差法によりキャベツ苗の二次元画像から三次元形状を構成した。苗の葉は薄く,高い測定精度が要求される。このため立方体のガイドを用いるキャリブレーション法を提案し,その有効性を確認した。また視体積交差法における三次元形状測定においてRハードポイントの利用が有効であることを確認した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2010

【配分額】18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)

【研究分野】メディア情報学・データベース

【研究領域課題番号】15700085 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

初期知覚 / 画像解析 / 輪郭補充 / 線分接続 / 画像処理 / 線分補間 / 曲線補間 / 塗りつぶし / 閉領域 / 線画 / 補完 / 接線 / 彩色 / 不完全閉領域 / コンピュータグラフィックス / ノンフォトリアリスティックレンダリング

【研究成果の概要】

手描きの線画では完全に描ききらずに、途切れた線が発生することがある。また、
画像に対して輪郭検出を行うと、本来存在すべきエッジが検出されずに途切れることがある。
このような不連続な輪郭線で構成された線画像に対して、輪郭線の曲率を考慮して線が延長される可能性を表す場を構成し、線を延長することで不連続部分を滑らかに補完する方法を提案した。
アルゴリズムの概略は以下の通り。
まず、与えられた線画像に対して、局所領域ごとに主成分分析を行い、線分の各地点において方向検出を高精度で行う。さらに一点とそこの接線方向が与えられる時、新たな一点が与えられると、両点を通る円弧は一意に決定できるという円の幾何特性を用いて、線の不連続区間にある指向性を計算し、そこから線の存在の可能性を求め、それを用いて線の存在可能性を表す場を作成する。最後に滑らかさも考慮しつつ場の尾根をたどり、不連続区間を接続する。
評価のために、本手法を円の一部が途切れた画像に対して適用したところ、画像の離散サンプリングにょる真円からの誤差よりも小さな誤差で途切れた区間の円弧の補完を行えることが確認できた。
また、手描きの画像に対しても効果的に適用できるように、高速化の実現と複雑な線群によって場が乱れることを防ぐように端点の組を見つけるアルゴリズムを導入した。
さらに、写真などの実画像から微分した画像には細かな点が多数存在し、どれとどれとが結線できるのか判断しにくいことが多々あることに対応するため、輪郭画像を点群としてでなく、線分に統合して処理を行うように画像に前処理を施し、実画像に対しても本手法を適用できるように拡張も試みた。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2003 - 2005

【配分額】3,600千円 (直接経費: 3,600千円)

【研究分野】情報通信工学

【研究領域課題番号】12650365 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

コンピュータビジョン / 画像解析 / 画像パターン / 多重解像度解析 / ヒューマンインタフェース / 顔検出 / 尺度空間 / 双極子解析 / ポインティングデバイス / 手形状 / モーメント / 注視 / 画像処理 / リアルタイム / マーカ / 視覚系

【研究成果の概要】

次世代ヒューマンインタフェースのためのコンピュータビジョンシステムを構築する上で重要なことは、ロバスト性とリアルタイム性を両立させることである。このためには、画像パターン情報を階層的に構造化する画像解析手法の確立が必要である。本研究ではこの点に注目して、画像パターンの多重解像度解析の手法を確立するとともに、ヒューマンインタフェースへの応用として重要である顔検出の問題等への適用を試み、システム開発を行ない、その有効性を明らかにした。
多重解像度解析のための方法として、本研究では尺度空間上の双極子解析という新しい手法を導入している。各尺度における画像パターンは極大点と極小点から成る双極子ネットワークで表現され、さらに各尺度におけるネットワークが結合され、ハイパーネットワークを形成する。このネットワーク上において,顔パターンのもつネットワーク構造を部分パターンとして検出することにより、ロバスト性とリアルタイム性を備えた顔検出方法を明らかにして、ヒューマンインタフェースへの応用可能を明らかにした。
顔検出問題においては、あらかじめ学習用顔画像を多重解像度解析することにより、双極子ネットワークの標準パターンを準備する。入力画像に対しては、尺度空間解析によりハイパーネットワークを求め、各顔の標準パターンのパッチングを行なうことにより、顔画像の候補を抽出する。さらに、候補領域の詳細な解析を行なうことにより、最終的に精度の高い顔検出を実現している。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2000 - 2001

【配分額】1,400千円 (直接経費: 1,400千円)

【研究分野】放射線科学

【研究領域課題番号】08671052 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

消化管X線診断 / デジタル・ラジオグラフィ / イメージ・インテンシファイス / 画像処理 / CCD.DR / 空間周波数強調 / 画像解 / 4M-DR / デシタル・ラジオグラフィ / イメージ・インテンシファイア / CCD・DR / 画像解析 / イメージ・インテシファイア / 空間周波数性調

【研究成果の概要】

1. 消化管に適した画像処理法として、早期胃癌のような微細病変の描出には周波数151p/cmを中心に3.0倍前後の強調、補正係数は最もノイズを減らすものが有用であり、階調特性曲線は病変の種類によって数種類を使い分けるのがよいと考えられた。
2. 装置については、管球焦点と管球容量をどのように設定していくかが問題と考えられた。散乱線除去グリッドは、低グリッド比で撮影線量を増やしてS/N比を向上させるか、高グリッド比で散乱線を除去しコントラストを向上させるかが今後の検討課題と考えられた。
3. IM-DRはノイズが多く、空間分解能も劣っているために画像収集のアルゴリズムや画像処理方法を改良してもCFSS画像に比べて微細所見の描出は劣っているが、4M-DRはノイズが少なく、CFSS画像よりも鮮鋭な画像が得られた。
4. DR用の消化管スクリーニング検査法は、上部食道では秒間6枚以上、中下部では秒間3枚の連続撮影が有効であった。胃や大腸では大口径イメージ・インテンシファイアで全体像を撮影し、その画像を観察して病変を探すことで無駄な患者への被曝は減少し、また細部については5〜7インチの視野で撮影すると高解像度の画像が得られ、また撮影条件も安定することがわかった。
5. 心拍動との同期については、心拍動のモニターを開発したが、心拍動のサンプリングが今後の課題と考えられた。
6. DRで撮影した消化管の微細病変のX線像と病理組織像との対比。
(1)DRでは胃小区がCFSSよりも明瞭に描出され画像解析によって胃炎像のパターン化が可能と考えられる。(2)早期胃癌の表面像の描出ではCFSS画像に比べてDR画像は微細所見(0.3mm以下の陰影)の描出性が劣っており、IM-DRでは表面平坦型(IIb型)の診断は難しい。(3)早期食道癌の表面性状描出ではDRはCFSSに劣っていたが、辺縁像についてはDRのほうが明瞭であった。(4)表面型大腸腫瘍は表面や輪郭の性状からX線で過形成性ポリープと腫瘍(腺腫および早期癌)が可能と考えられ、DRはそれらを現すのに有用であった。
7. 4M-DR装置を開発し、臨床的な検討を開始した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1996 - 1998

【配分額】2,200千円 (直接経費: 2,200千円)

【研究分野】船舶抵抗・運動性能・計画

【研究領域課題番号】04452218 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

非定常波動場 / 抵抗増加 / 波形 / 特異点分布 / 波の写真撮影 / 画像解析 / 画像処理 / 振幅関数

【研究成果の概要】

従来用いられてきた非定常波動場の計測方法は数本の波高計を曳航水槽に設置しその横を通過する船舶が作る非定常波動場のある一断面を計測するものであった。この方法では平面的な広がりを持つ非定常波動場の全貌を把握することは出来ない。また、船体のごく近傍に波高計を近付けることが出来ないため船首部で発生する砕波現象などの計測は出来ない。本研究の特色は上述の短所を克服するため、非定常波動場を写真やビデオカメラで撮影し画像処理の技術を応用して非定常波動場を特徴づける波高等の値を計測するシステムの開発を行うことである。この計測システムが完成すれば従来の計測データとは比較にならない膨大なデータを短時間の内に計算することが可能になる。本非定常波動場計測システムは水槽全体が透明アクリルで出来ており、非定常波動場を写真やビデオカメラで撮影し画像処理を行うのに適した構造となっている。
画像処理の手法を使って水波の計測手法の開発を実施した。水槽壁面の撮影により壁面上の(すなわち一直線上の)同時波高計測が可能になった。これは多くの装置を必要としない簡単な計測システムであるが、波崩れを伴う強非線形な波動の計測にも有効であることも示した。また、この解析手法は多くの他の計算にも応用可能なことを示した。平面的な波動の計測方法は成功していないが、今回の成果を発展させれば可能と考えられる。

【研究種目】一般研究(B)

【研究期間】1992 - 1994

【配分額】6,400千円 (直接経費: 6,400千円)

【研究分野】計測・制御工学

【研究領域課題番号】03650339 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

画像処理 / 画像解析 / 特徴抽出 / 秩序性 / 両眼ステレオ法 / 確率密度勾配法

【研究成果の概要】

本年度は画像の初期特徴抽出の新たな原理と方法の開発を目的として研究を進めた。すなわち認識、特に生物認識機構にとって最も重要な「特徴」とは、パタ-ンが最も強い秩序性を有する部分かその反対に秩序性を完全に失った部分に存在するとの仮説に立脚し、濃淡パタ-ンや両眼ステレオ画像に関してその秩序性を定量化する理論を構築し、それらを画像の特徴抽出演算子として利用する方法を提案した。具体的な成果を下記に列挙する。
1)局所濃淡パタ-ンを、画像関数とそのx微分とy微分で張られる3次元空間に射影したときに生じる分布の秩序性と無秩序性をその共分散行列の固有値の振る舞いにより判定し、画像関数の構造線(尾根線、谷線、稜線、頂点)を検出する方法を確立した。
2)両眼ステレオ系の左右像に含まれる秩序性と無秩序性を左右和とその視差方向微分と左右差とで張られる3次元空間分布の階数により判定し、物体表面と隠蔽境界の分離、ならびに滑らかに接続した物体表面の高精度標高分布を得る方法を確立した。
3)上記の原理を既存の微分立体視システムに組み込み、ソフトウエアシミュレ-ションの段階ではあるがその有効性をおおよそ検証することができた。
4)研究代表者が従来提案した画像強調法である「確率密度勾配法」の理論の中で、特徴の画像への逆写像の設計法に含まれていた未解決部分を、秩序性・無秩序性の理論に基づき解決することができ、反復回数の減少による演算処理量の大幅な低減化の見通しを得ることができた。

【研究種目】一般研究(C)

【研究期間】1991

【配分額】2,900千円 (直接経費: 2,900千円)