| ●コヒーレント光波ニューラルネットワーク |
| 廣瀬 明・川田 宗太郎・アモーンラット リイマニー |
| 目標とする位相出力を学習によって生成するコヒーレント光波ニューラルネットワークを提案した。このニューラルネットワークは、その入力に異なる長さの複数の遅延を持つ。そして、複素ヘブ則あるいは複素相関学習によって、いくつかの光キャリア周波数点で望ましい位相出力を学習する。光学系による学習曲線は理論による時間発展とよく整合し、良好な学習が行われることが確認された。 |
| ●適応的プラスチック地雷探知システム |
| 廣瀬 明・原 貴弘・稲葉 崇 |
| 現在、世界各国で遺棄地雷が復興、開発の妨げとなっている。中でもプラスチック地雷は探知が非常に困難であり、効果的な探知器の開発は急務である。我々は低反射率の地雷を地中レーダを用いて効果的に認識するために、振幅情報のみならず、位相情報も活用することが有効であると考えた。また、地雷の人工的な構造による共振現象を捕らえようと、周波数を変化させて測定を行っている。得られた振幅、位相データを適応的に複素自己組織化マップを用いて信号処理を行い、地中のプラスチック地雷の可視化に成功した。 |
| ●干渉型レーダ画像処理 |
| 廣瀬 明・大石 豪 |
| 干渉型合成開口レーダ(InSAR)の位相画像を用いた地形の高度地図作製は、多くの分野への応用が考えられており、その方法として特異点など測定誤差による影響を低減することができる位相アンラッピングの方法が必要である。これまでの研究で、InSAR位相画像のフラクタル幾何学におけるfBmモデルの性質を考慮することにより、位相アンラッピングによる結果の歪みを低減させることができる可能性を発見した。現在、フラクタルという性質を考慮したさらなる精度向上が望める位相アンラッピング方法に関して研究を進めている。 |
| ●P-SOMに基く非線形ひずみと位相回転に強い移動体受信機の構築 |
| 廣瀬 明・廣木 桂一 |
| 通常の自己組織化マップ（SOM)が非線形にひずんだ信号のクラスタリングに有効であるのに対し、予測自己組織化マップ (P-SOM) は、それに加えて信号が絶えず移動している場合でも雑音に強いクラスタリングが可能である特長を有する。多者接続の移動体通信で非線形ひずみと位相回転がある状況でも適応的通信を実現するP-SOM受信機を設計し、構築した。FPGAによってハードウエアとし、基本的な動作確認を行った。今後、対雑音特性などを定量的に評価してゆく予定である。 |
| ●画像の自然な処理 |
| 廣瀬 明・馬場 洋一郎、小安 雄一 |
| 自然画像などの一般的な画像から文字情報を取り出すには，文字自体の認識のほかに，文字領域の抽出も不可欠である．本年は，文字領域を抽出する新しい手法であるスペクトル勾配法を提案した。この方式は，画像の局所的な空間スペクトルの空間変化を算出することによって，その部分が文字領域である可能性を評価する方法である．また，文字抽出に有効な補助的処理として，フラクタル次元を用いて人工物である可能性の評価を行うフラクタル次元法も提案した．提案手法によって，実際に効果的に文字領域を抽出できることを示した． |
| ●文章・音声の分析と合成 |
| 廣瀬 明・津田 圭一・マクシム ボドロフ |
| 今年度は特に音声合成における位相の取扱いについて考察を進め、位相を適応的に積極的に制御する音声合成方法を開発した。音声の位相は通常あまり着目されていない。しかし、各周波数帯域ごとの波形の相対位相は全体波形のピーク値に大きな影響を及ぼす。実際に相対位相を変えることにより、合成された音声は明瞭になったりあるいは複数人のコーラスのように聞えたりする。われわれは、位相を周波数領域で適応的に最適化する方法を考案し、システムを構築した。その結果、現段階では計算コストは高いものの、より明瞭な合成音声を得ることができた。 |
| ●コヒーレント型ニューロによる発展学習 |
| 廣瀬 明・濱野 敏彦・浅野 泰史 |
| ある課題に類似の課題や発展的な課題の学習を、学習に対する内部モードを少し変更することにより、元の課題の学習結果を有効利用して効率的に学習する方式を提案した。コヒーレント型ニューラルネットワークによってこれを構成する。そして内部モードの制御のために、そのキャリア周波数を制御の鍵として用いる。具体的には自転車に乗ることを課題としてとりあげた。第一の課題は、倒れずに長く乗ることとする。第二の課題はこれを発展させて、できるだけ遠くまで乗ることとする。モードを活用することにより、運動学習が効率的に進むことが示され、モード活用の有効性が確認された。 |
| ●細胞形態が生体信号処理に与える影響 |
| 廣瀬 明・酒谷 誠一・加藤 周一・渡辺 将也 |
| 細胞膨張、細胞収縮といった細胞体積変化は神経細胞活動に伴う生理的な反応の一つである。細胞体積変化によって細胞の機能がどのように変化するか明らかにするために、本年は、マイクロコンパートメントモデルを提案し、細胞膨張、細胞収縮が発火率に与える影響を定量的に解析した。その結果、バースト頻度は影響を受けないが、くり返し発火頻度には変化が見られた。この変化は発火モードの遷移の時間が影響を受けるためである。 |
| ●Coherent Lihgtwave Neural Networks |
| A.HIROSE, S.KAWATA and A.LIMMANEE |
| A coherent optical neural network was proposed that has the learning ability to yield desirable phase values in the frequency domain. It is composed of multiple optical-path differences whose lengths are different from one another. The system learns a phase value at each discrete position in the frequency domain by obeying the complex-valued Hebbian rule. The learning curve also agrees with theoretical evolution. |
| ●Plastic Land mine Detecting System Using Adaptive Signal Processing |
| A.HIROSE, T.HARA and T.INABA |
| To obtain text information from scene images, it is required to extract text/character regions included in the images before recognizing the characters. This year we proposed the spectrum gradient method, a new method to extract the text/character regions. There we evaluate the degree of likelihood of text/character region by calculating spatial variation of local spatial power spectra. We also proposed an artifact-extracting subsystem based on fractal dimension. We demonstrated that the system extracts the text/character regions effectively. |
| ●Intereferometric Radar Image Processing |
| A.HIROSE and T.OISHI |
| Although digital elevation mapping of natural scenes using InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) phase images will possibly be a widely applied technique, it is still necessary to reduce the effects of singular points through phase unwrapping and measurement noise. In the preceding research, we found the possibility of a phase unwrapping technique that reduces the phase unwrapping distortion by using the fBm (fractal Brownian motion) model characteristic. We are now improving the fractal-based phase unwrapping method for a higher accuracy. |
| ●Mobile Communications and Measurement Based on P-SOM |
| A.HIROSE and K.HIROKI |
| A conventional self-organizing map (SOM) realizes an adaptive quantization of nonlinearly distorted signals. The predictive self-organizing map (P-SOM) is additionally able to quantize migratory and distorted signals. We have designed and constructed an adaptive mobile receiver for multiple user systems, where we encounter the nonlinearity and the phase rotation, based on the P-SOM principle. We have used an FPGA to confirm the basic operations. We will evaluate the noise tolerance quantitatively. |
| ●Natural Processing of Images |
| A.HIROSE, Y.BABA and Y.KOYASU |
| We have investigated adaptive filtering method for interferometric synthetic aperture radar (InSAR) images. This year we have proposed the complex-valued SOM (Self-organizing map), a new nonlinear and adaptive clustering method. We have demonstrated effective clustering performance by applying it to detection of plastic underground material. The fractal nature has also been applied to reconstruction of the singular points. |
| ●Analysis and Synthesis of Sentence and Speech |
| A.HIROSE, K.TSUDA and M.BODROV |
| This year we put emphasis on phase-sensitive voice synthesis. The phase information in voice / speech is conventionally almost neglected because the main information is considered to lie in the frequency and amplitude. However, the relative phase difference among various frequency-band waveforms influences greatly the peak level contained in total waveform. Actually the synthesized voice sounds very clearly or like a chorus depending on the phase relation. We have developed a system that optimizes the phase difference adaptively. We have demonstrated the system generates a clearer synthetic voice though the calculation cost is still high at present. |
| ●Developmental Learning in Neural Networks |
| A.HIROSE, T.HAMANO and Y.ASANO |
| We proposed the mode-utilizing developmental learning with which a system learns similar or advanced tasks incrementally by using its cumulative skill with mode parameters. We construct such a system based on the coherent neural network theory by choosing the carrier frequency as the mode-selecting key. We assume two tasks to ride a bicycle. The first is to ride as long as the system can before it falls. The second is an advanced one, i.e., to ride as far as possible. The mode key is found adjusted self-organizingly in the developmental learning. It is demonstrated that the learning is performed efficiently to exhibit a successful ride for a long distance. |
| ●Cell Morphology and Its Influence on Physiological Signal Processing |
| A.HIROSE, S.SAKATANI, S.KATO and M.WATANABE |
| The change in cell volume such as cell swelling and cell shrinking is one of the physiological responses associated with neuronal activities. To investigate how they change the neuronal function by the volume change, we proposed the micro-compartmental model and analyzed the influence of cell swelling and shrinking on the firing latency quantitatively. We found the following facts. The bursting frequencies are the same for difference in the symmetry and volume change. However the differences of repetitive action potential frequency are observed. The rate differences depend on transition time from couple spiking mode to single one. |
| 論文・著書一覧（2003年度） |
| Publications List |
| 研究論文 [1] S.Kawata A.Hirose: "Coherent lightwave associative memory system that possesses a carrier-frequency- controlled behavior," Optical Engineering, 42, 9 (2003) 2670-2675 [2] S.Sakatani A.Hirose: "The influence of neuron shape changes on the firing characteristics," Neurocomputing, 52-54 (2003) 355-362 [3] A.Hirose K.Nakazawa: "Analog recurrent decision circuit with high signal-voltage symmetry and delay-time equality to improve continuous-time convergence performance," IEEE Trans. on Neural Netw., 14, 5 (2003) 1201-1206 [4] S.Murakami A.Hirose Y.C.Okada: "Contribution of ionic currents to MEG and EEG signals generated by the guinea pig CA3 slice," J. Physiology, 553.3 (2003) 975–985 [5] S.Kawata A.Hirose: "A coherent optical neural network that learns desirable phase values in frequency domain by using multiple optical-path differences," Opt. Lett., 28, 24 (2003) 2524-2526 [6] A.Hirose T.Nagashima: "Predictive self-organizing map for vector quantization of migratory signals and its application to mobile communications," IEEE Trans. on Neural Netw., 14, 6 (2003) 1532-1540 国際会議論文 [7] A.Hirose K.Nakazawa: "Analog continuous-time recurrent decision circuit with high signal-voltage symmetry and delay-time equality," Int'l Symp. on Circuits and Systems (ISCAS) 2003, Proc. V (May 25-28, 2003, Bangkok) 657-660 [8] A.Hirose T.Hamano: "Influence of membrane warp on pulse propagation time," Int'l Conf. on Artificial Neural Netw. (ICANN) 2003 / Int'l Conf. on Neural Inform. Proc. (ICONIP) 2003, Proc. (June 26-29, 2003, Istanbul) 821-829 [9] A.B.Suksmono A.Hirose: "Adaptive beamforming by using complex-valued multi layer perceptron," Int'l Conf. on Artificial Neural Netw. (ICANN) 2003 / Int'l Conf. on Neural Inform. Proc. (ICONIP) 2003, Proc. (June 26-29, 2003, Istanbul) 959-966 (invited) [10] M.Minami A.Hirose: "Phase singular points reduction by a layered complex-valued neural network in combination with constructive Fourier synthesis," Int'l Conf. on Artificial Neural Netw. (ICANN) 2003 / Int'l Conf. on Neural Inform. Proc. (ICONIP) 2003, Proc. (June 26-29, 2003, Istanbul) 943-950 (invited) [11] S.Kawata A.Hirose: "Coherent optical adaptive filter that has an arbitrary generalization characteristic in Frequency-domain by using plural path difference," Int'l Conf. on Artificial Neural Netw. (ICANN) 2003 / Int'l Conf. on Neural Inform. Proc. (ICONIP) 2003, Suppl. Proc. (June 26-29, 2003, Istanbul) 426-429 [12] S.Sakatani A.Hirose: "Analysis of the influence of differences in somatic symmetry and sharpness on the firing rate," Int’l Conf. on Comput. Neurosci. (CNS) 2003, Proc. (Jul. 5-9, 2003, Alicante) 167 [13] K.Tsuda A.Hirose: "Pitch-asynchronous overlap-add waveform-concatenation speech synthesis by using a phase-optimizing neural network," Int'l Conf. on Knowledge-based Engineering Systems (KES) 2003, Proc. 2 (Sept. 3-5, 2003, Oxford) 332-339 (invited) [14] A.B.Suksmono A.Hirose: "Performance of adaptive beamforming by using a complex-valued neural network," Int'l Conf. on Knowledge-based Engineering Systems (KES) 2003, Proc. 2 (Sept. 3-5, 2003, Oxford) 311-317 (invited) [15] A.Hirose, T.Hara: "Complex-valued self-organizing map dealing with multi-frequency interferometeric data for radar imaging systems," Int'l Workshop on Self-Organizing Map (WSOM)2003 Hibikino, Proc. (Sept 11-14, 2003, Hibikino) 255-260 [16] A.B.Suksmono A.Hirose: "Recursive transform-based phase unwrapping," Int'l Conf. on Image Processing (ICIP) 2003, Proc. 3 (Sept. 14-17, 2003, Barcelona) 145-148 [17] A.B.Suksmono A.Hirose: "Improving phase-unwrapping result of InSAR images by incorporating the fractal model," Int'l Conf. on Image Processing (ICIP) 2003, Proc. 2 (Sept. 14-17, 2003, Barcelona) 831-834 [18] A.Hirose, T.Hara: "Complex-valued self-organizing map: A framework of adaptive processing for multiple-frequency millimeter-wave interferometric imaging systems," Int'l Symposium on Systems & Human Science (SSR) 2003 Osaka, Proc. (Nov. 19-20, 2003, Osaka) 333-338 (invited) 著書 [19] 廣瀬 明、電気電子計測、シリーズ 新・電気システム工学、数理工学社、東京(Oct. 2003) [20] A.Hirose (ed.): Complex-Valued Neural Networks: Theories and Applications, Series on Innovative Intelligent Systems, World Scientific Publishing Co. Singapore (Oct. 2003) [21] A.Hirose: Complex-Valued Neural Networks: An introduction, in "Complex-Valued Neural Networks: Theories and Applications," Series on Innovative Intelligent Systems, ed. A.Hirose, World Scientific Publishing Co. Singapore (Oct. 2003) [22] A.B.Suksmono A.Hirose: Coherent lightwave neural network systems, in "Complex-Valued Neural Networks: Theories and Applications," Series on Innovative Intelligent Systems, ed. A.Hirose, World Scientific Publishing Co. Singapore (Oct. 2003) [23] S.Kawata A.Hirose: Adaptive processing of interferometric radar images, in "Complex-Valued Neural Networks: Theories and Applications," Series on Innovative Intelligent Systems, ed. A.Hirose, World Scientific Publishing Co. Singapore (Oct. 2003) 総説・解説論文・報告 [24] 廣瀬 明：”ICANN/ICONIP 2003 Istanbul 報告”、システム／制御／情報”、システム制御情報学会、47, 11 (2003) 549 シンポジウム・研究会・大会等発表 [25] 川田宗太郎、廣瀬 明:：”複数光路長差を利用して周波数領域で任意の汎化特性を実現するコヒーレント光適応位相フィルタ"、信学会ニューロコンピューティング研究会、NC2003-42 (2003) [26] 廣瀬 明、原 貴弘：”複素自己組織化マップによる複数周波数干渉型レーダ・イメージング”、信学会/電気学会電磁界理論研究会、EMT2003-28 (2003) [27] 廣瀬 明、原 貴弘：”複素自己組織化マップによるプラスチック地雷の適応的イメージング”、信学会宇宙航行エレクトロニクス研究会 、SANE2003-61 (2003) [28] 馬場 洋一郎、廣瀬 明：”スペクトル勾配法：一般的な画像からの文字領域抽出方法”、信学会パターン認識・メディア理解研究会、PRMU2003-88 (2003) [29] 濱野 敏彦、廣瀬 明、”コヒーレント型ニューラルネットワークによるカテゴリーバイアス的な学習加速の発現”、信学会ニューロコンピューティング研究会、NC2003-115 (2003) [30] 川田宗太郎、廣瀬 明、”周波数並列化が可能な学習論理回路とコヒーレンと光プロセッサの提案”、情報処理学会研究会 、2004-ARC-157 / 2004-HPC-97 (2004) [31] 酒谷 誠一、廣瀬 明、”細胞のイオン濃度と電位の時空間変化を表す理論”、信学会ニューロコンピューティング研究会、NC2003-136 (2004) [32] 加藤 周一、酒谷 誠一、廣瀬 明、”スパインの形状がカルシウム/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼの濃度変化に与える影響”、信学会ニューロコンピューティング研究会、NC2003-137 (2004) [33] 川田宗太郎、廣瀬 明、”キャリア周波数によって制御が可能な光波学習論理回路”、信学会ニューロコンピューティング研究会、NC2003-163 (2004) [34] 馬場 洋一郎、廣瀬 明：”スペクトル勾配法を用いた一般的動画像からの文字領域抽出 -実時間動作システムの構築-”、信学会画像工学研究会、IE2003-(2004) [35] 川田宗太郎、廣瀬 明、”周波数領域を利用するコヒーレント光ニューラルネットワーク”、日本光学会年次学術講演会、Proc., 8pD3 (2003) [36] 廣瀬 明、”「スーパー右脳」エレクトロニクスによる柔かいレーダ・システム”、第2回 ２１世紀COEワークショップ「未来社会を担う機能融合デバイスとシステムフォトニクス」、Proc., (Jan. 13, 2004, Tokyo) 33-42 [37] A.Hirose: "The Super Brain Electronics: Applications to Soft-Processing Radar Systems, (Poster presentation: S.Kawata and T.Hara)" Int'l Symposium on Electronics for Future Generations, COE21, Proc., (March 10-11, 2004, Tokyo) 267-274 [38] A.Hirose: "Mesoscopic computational neuroscience to elucidate the brain and the human being," (Poster presentation: S.Sakatani)" Int'l Symposium on Electronics for Future Generations, COE21, Proc., (March 10-11, 2004, Tokyo) 275-280 特許 廣瀬明 馬場洋一郎 領域抽出法および領域抽出装置 特許出願 特願2003-305639 |