【研究分野】農業機械学

【研究領域課題番号】14360147 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

トラクタ / 位置測定 / ナビゲーション / 赤外線 / 変調光 / 画像処理 / 速度計 / 超音波 / ナビーション / 拡散光

【研究成果の概要】

自律走行や,精密農法で必要となるナビゲーションシステムを低コストで実現するために,高精度の超音波速度計,光トランスポンダ方式による測距装置,およびオプティカルフローによる移動ベクトル検出の開発研究を行った。主な研究成果は以下の通りである。
超音波速度計については、著者らが以前に開発した超音波ドップラー速度計を改良し,精度を向上させた。これによりコンクリート面のような滑らかな路面でも安定した測定が可能になった。屋外での車載試験でも良好な結果が得られた。また擬似植物を音波の反射対象とした実験を行い,測定が可能なことを確認した。しかし植栽の密度が低い場合は誤差が大きくなった。更に,横滑りも含めた速度ベクトルを測定する可能性を確認した。
光トランスポンダによる位置測定については,一方向に限っての,拡散光による高精度の距離測定は可能であり,標準誤差は約3cmであった。しかし全周方向の測定器では方向による位相ずれが生じ,これを調節する必要があった。全周方向での測定では,日射量が少なければ,標準誤差は約5cmであった。日射量が多い時には,測定可能距離が短くなり,測定精度も低くかった。信号増幅等改良の必要がある。固定局2局と車載した移動局による位置測定は可能であったが,温度ドリフトの問題が残された。
オプティカルフローによる移動ベクトル検出については、ハフ変換を用いることで計算時間を短縮した2つのプログラムを作成した。一回の計測のための計算に要する時間は,約0.3sであり,従来の二次元相関法に比べて大幅に短縮された。移動距離に対する移動ベクトルの測定誤差の割合の平均値は約5%であった。測定範囲は今回の設定では,DX,DY各±30mm以内であり、リアルタイム測定には更なる改良が必要である。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2002 - 2005

【配分額】14,400千円 (直接経費: 14,400千円)

【研究分野】放射線科学

【研究領域課題番号】14370272 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光干渉断層画像 / 光ファイバPZT位相変調器 / 動脈硬化性変化 / 超音波断層画像 / インフォーカス・コヒーレンスゲート検出光学系 / 動脈硬化 / 血管壁 / 光干渉 / 超音波 / 画像処理

【研究成果の概要】

光干渉断層画像装置(OCT)の供給元会社の買収やその後の薬事申請のための供給停止により、この研究のために購入予定であった装置自体の入手ができなくない状態で研究を開始した。そのために大幅な研究の遅れが生じたが、大阪大学の研究グループとの協力により下記の成果を上げることができた。
OCTを用いて皮下浅層動脈の動脈硬化性変化や糖尿病に伴う細動脈病変を非侵襲的に評価することを目的とした。標準的OCT装置の空間分解能は10-20μmであるが、現状装置の最大光到達深度1mmであるため、実験対象として皮下浅層に位置し、かつ、測定体位を取りやすい動脈として手指の近位指節間関節上の背側指動脈を選び、OCTの測定実験を試行した。その結果、光の到達深度が不足していること、描出範囲(FOV)が限定されるので動脈を検出してfield of view (FOV)内に確実にとらえることが困難であること、などの理由のために、非常に低い描出率しか得られず、測定法の最適化不能であった。光の到達深度をより深くするために光波長1.53μmのファイバ自然放出光源を用い、インフォーカス・コヒーレンスゲート検出光学系を構築し、高周波数プローブを用いた超音波装置とのコンビネーションによって目的血管をFOV内に描出する方法を開発中である。さらに体動によるmotion artifactの影響を最小化するために光ファイバPZT位相変調器を低コヒーレンス干渉計に組み入れた高速OCT装置を試作した。
これまでの研究は装置の開発が中心となっていたが、今後は臨床分野への応用のために実際のアプリケーションの開発に取りかかる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2002 - 2004

【配分額】12,900千円 (直接経費: 12,900千円)

【研究分野】計算機科学

【研究領域課題番号】10680339 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ホログラフィックメモリ / ニューラルネットワーク / レーザ / コヒーレント波 / 並列計算 / 干渉 / 回析格子 / 超音波 / ニュートラルネットワーク / 回折格子 / 光コンピュータ / 超並列計算機 / ホログラフィー / 波動 / 位相 / 画像処理

【研究成果の概要】

本研究課題では、2年の研究期間を通じて新しい超並列計算の枠組みを提案すると共にその実現の可能性を各種コンピュータシミュレーションを通じて確認した。提案する方式においては超音波、レーザなどのコヒーレント光の干渉を直接的に計算に利用することで、プロセッサ間の高密度通信を無結線に行い、またニューラルコンピューティングの基本演算である重み付け総和演算を一切の演算装置なしに実現する。こうした特徴を生かし、従来にない多数の素子、高密度の結線を有する脳型計算機を実現することを最終的な目標としている。本研究課題では、ハードウェア製作の前段階として、現実の状況で予想される波動のノイズや歪、製作上の誤差を含めてコンピュータ上で提案システムの動作をシミュレートし、現実的な状況において十分な計算能力が得られることを確認した。ノイズとしてはレーザの波長の時間変動、振幅の変動を考慮し、これらが提案方式に与える影響を明らかにした。また単一光源を用いる方式の他に回析格子による複数光源を用いる方式を提案し後者がより優れた計算能力を有することを確認した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1998 - 1999

【配分額】3,100千円 (直接経費: 3,100千円)

【研究分野】農業機械

【研究領域課題番号】61440019 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

耕うん / 土壌 / 土壌力学 / 切削抵抗 / 超音波 / 画像処理 / 土塊分布 / ミニマムティレッジ / 土壌分布

【研究成果の概要】

3年間の研究の、主要な結果は次のとおりである。
1.土壌の圧縮と切削に関する一連の基礎実験を行い、土の圧縮時の状態経路を明らかにするとともに、平板ブレードによる直線切削、曲線切削、および複ブレード切削時の状態経路とひずみ分布の特性を明らかにした。
2.土壌の力学性を総合的に計測することができる装置を設計試作し、圃場状態の土の引張強度を測れる機器を開発するとともに、圧縮せん断強度、クーロン定数、貫入抵抗を測定して、土壌の切削特性との関係を調べた。
3.耕うん作業前後の圃場面形状を測定して、作業の自動化や作業精度の向上を図るため、超音波による物体面形状測定の研究を行った。本研究の装置をもちいて、湿った圃場では畝等のおおまかな形状計画が可能と考えられる。
4.耕うん作業の結果を判定するときの最も基本的な要素である砕土状態の計測にはこれまで良い方法がなかったので、画像解析による砕土状態の測定を試みた。2次元画像の解析結果と、開発した3次元画像測定装置による土塊の形状分布および質量分布とを比較して、2次元画像の相当球半径と近似円半径によって、砕土程度を推定できることが分かった。
5.圃場での耕うん性能をリアルタイムで計測、制御するためには遠隔計測および制御が必要である。このためパケット無線通信を用いた遠隔計測制御システムを試作し、一連の圃場試験でその有効性を確認した。
6.ミニマムティレッジ用ブレードの耕うん特性を測定する圃場試験装置を製作し、各種のブレードの抵抗特性を求め、CADなどによるミニマムティレッジ用機械の設計について考察した。

【研究種目】一般研究(A)

【研究期間】1986 - 1988

【配分額】24,000千円 (直接経費: 24,000千円)