Takahashi HIROKI (髙橋 裕樹)

Offer Organization: 日本学術振興会, System Name: 科学研究費助成事業, Category: 基盤研究(B), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 13700000, indirect: 4110000)
本研究は，光受容タンパク質の視覚機能をデバイスレベルで取り入れた視覚受容野型の画像フィルターを作製し，アナログ画像処理に適用すること，および視覚プロセスを構成論的に明らかにすることを目的とする．本年度は，タンパク質懸濁液をバイオナノインクとしてインクジェット印刷し，網膜神経節細胞受容野および脳の第一視覚野に存在する単純細胞受容野形状を3次元的に模倣した「グレースケール(多値化)DOG / Gaborフィルター」を実現し，アナログ画像処理および錯視検出に適用した．特にGaborフィルターを用いて，代表的な方向錯視であるCafe Wall 錯視を実験的に検出し，心理学実験および計算機シミュレーションと比較した．Cafe wall画像上をフィルター走査するだけで得られる畳み込み画像には，物理的には平行であるモルタル線部に右下がり，右上がりを示すtwisted codeが出現した．さらに錯視の強さに関するGaborフィルターの空間周波数および方位依存性を検討したところ，標準画像の場合には，フィルター長：タイル長が 0.66 以下の場合，および方位0度の場合に錯視が強調されることがわかった．Cafe Wall 錯視は方向依存性のある現象のため，視覚系の方向エンコード機構に基づいて説明することは妥当であり，本結果は錯視の強さが向きや線の長さを検出する神経細胞を模倣したGaborフィルターのサイズ（空間周波数）に依存することを示唆している．人間の目のエッジ検出機能と方向検知機能をソフトウェアや複雑な回路，電源を使わずに生体膜の特性だけで再現することに成功した．

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 3600000, indirect: 1080000)
The limited range in which the visual system neurons respond is called a receptive field and is composed of an excitation area and a suppression area showing a potential response of different polarity to the light stimulus. In this study, a photosynthetic protein, bacteriorhodopsin was used as it was, spatial filters that mimic only the structure of receptive fields were prepared and applied to analog image processing. The positive and negative polarity reversal differential responses exhibited by the electrochemical cell are replaced with excitation and repression response of the receptive field, and the element is realized by a very simple method of selectively patterning on the opposite transparent electrode and covering with the mask pattern. Using these image processing elements, real-time image feature detection and comparison with an animal 's electrophysiological response were demonstrated.

Offer Organization: 日本学術振興会, System Name: 科学研究費助成事業, Category: 奨励研究(A), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 2000000, indirect: -)
本研究では,ビデオカメラで撮影した任意の画像から文字領域を抽出し,認識を行うシステムの作成を目的としている.本年度は特に,抽出対象文字列としてハングルを対象にした研究を中心的に行なった.自然画像からハングルの文字構成の特徴を利用し文字領域を抽出する手法,および,抽出した文字列からハングルを構成する字素を認識する手法について検討を行なった.また,同時に,文字に限定しない領域抽出手法の検討も行なった.
情景画像からのハングル文字領域抽出手法に関する検討では,ハングルの構造特徴を積極的に利用しハングル文字列を抽出する.まず,情景画像から求めた輪郭線から,字素候補を抽出する.その抽出された字素候補に対して,NN(Nearest neighbor)法を改良した手法を適用して,字素候補の絞り込みを行なう.最終的には,ハングルの構成規則を満たす字素候補からハングル文字列を抽出する.実験の結果,491文字のハングルを含む100枚の画像から,約86%にあたる425文字のハングルを抽出できた.さらに,抽出したハングルに対し,細線化を行ない,端点および交点数による字素認識を行なった.細線化においては,Hilditchの細線化手法を改良し,ひげの発生を低減した.100枚の画像に存在するハングルにおいて,字素どうしの接触がない453字素中約72%にあたる326字素が認識できた.
また,対象を文字のみに限定せず,任意の対象に対して,物体を一まとまりとして抽出することを目的とした領域分割手法についても検討を行った.画像中の領域の特徴量として,領域境界の輪郭強度,領域の色の統計的な分布などを用いて,隣接領域の統合を行なう領域分割手法について検討を行なった.従来の手法に比べ,視覚的に,物体をあるまとまった領域として抽出することができた.

Offer Organization: 日本学術振興会, System Name: 科学研究費助成事業, Category: 奨励研究(A), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 1000000, indirect: -)
本年度の研究においては,人工生物の行動表現に関する研究を中心的に,人工生物の簡易な三次元モデル作成に関する研究も行った.
人工生物の行動表現に関する研究では,仮想金魚の動き,特に群行動の創発に関する研究や水槽中の金魚を複数のカメラで撮影しその動きを抽出し仮想金魚の動きに適用する研究を行った.群行動の創発に関しては,基本的な個体の運動の定義と群の定義をすることにより,魚の群行動を創発することが可能となった.具体的には,補食者と被補食者の定義と自分のまわりの魚の行動にによって自分の行動が影響されるという特性を定義することで,群の集団的な動きを表現することができた.また,画像処理を用いた動きの抽出においては,5(frame/sec)で撮影した映像から、重心位置を抽出し,重心位置の補間および金魚の方向の推定を行い30(frame/sec)での仮想金魚の動きを表現することができた.
人工生物の簡易な三次元モデル作成に関する研究においては,図鑑から入力した魚の画像を用いて,半自動的に魚の三次元モデルを作成する手法について検討を行った.まず始めに,入力された画像から魚部分を抽出し,魚本体とヒレ部分への分割を行った.これは,魚の多くは,身体の部分が楕円体,また,ヒレの部分は平板に近い形状をしていることから,各部位の分割を行った.次に,入力した一枚の画像からは,魚の奥行きデータを推定することが困難であることから,用意した数種類の断面を選択することで,魚の三次元形状を作成した.最終的には,入力画像をテクスチャとして利用し,リアルな魚の三次元モデルを作成した.また,球や円柱などのプリミティブで表現された仮想生物の三次元モデルを自動的に生成する手法についても提案した.提案手法は,芸術的な観点から美しいとされるプロポーションの三次元モデルを作成するものであり,遺伝的アルゴリズムを用いて,均整のとれた体型になる評価関数を定義することで,多様な均整のとれた三次元モデルを作成することができた.