2 019

産業と学術の連携が、新たな未来価値創造のきっかけを作ります『NII SEEDs』
は、
国立情報学研究所（NII）の産業応用の可能性がある研究成果をご紹介し、産業界や官公庁等の皆様に共同研究や技術相談、成果活用等のテーマ探しのツールとしてご活用いただくことを目的に発行しています。
各シーズは担当研究者のレポート形式となっています。
ご興味を持たれた企業・自治体等の皆様は、
下記に記載いたしましたお問い合わせ先、
国立情報学研究所 研究戦略室までご連絡ください。
研究者との面談や、産官学連携活動プログラムのご紹介等、さらなる情報交換の機会をご提案いたします。
ご相談・お問い合わせ
国立情報学研究所

研究戦略室

NIIが提案する産官学連携活動

Email ura-staff@nii.ac.jp
HP https://www.nii.ac.jp/research/iga/

C o n t e n t s
はじめに ������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������ 01
Researcher file no.1
Researcher file no.2

岩田 陽一 ��������������������������������������������������������������� 02
蓮尾 一郎 ��������������������������������������������������������������� 04

Researcher file no.3

佐藤 いまり ������������������������������������������������������������� 06■研究シーズ 201901 情報基礎科学 ─ 基礎理論の深みを解き明かす
実際の⼊⼒構造を活⽤し、より効率的に計算を行うアルゴリズムを研究 ��������������������������������������������� 岩田 陽一 09
アルゴリズムが世界を変える─未来のIT産業を支える若き人材を育成����� 河原林 健一 10
速く正確な数値計算
アルゴリズム開発と応用 ���������������������������������������������������������������� 中務 佑治 11
社会の多様な要望に応える
マッチングアルゴリズムの設計 ������������������������������������������������������ 横井 優 12
02 情報基盤科学 ─ 理論・実践から情報システムを創り出す
コンピュータの新たな建築技術：
水没冷却と光無線 ����������������������������������������������������������������������������� 鯉渕 道紘 13
ポスト・デナード スケーリングのクロッキング方式
─二相ラッチとタイミング故障検出の組み合わせ ���� 五島 正裕 14
大規模インターネットデータからの情報抽出およびその応用 ���������������������������������������������������������� 福田 健介 15
03 ソフトウェア科学 ─ 多様化する知識創成型社会を支える
複雑で不確かなソフトウェアの品質向上と保証に挑む ���������������������������������������������������������������� 石川 冬樹 16

04 情報メディア科学 ─ メディアの振る舞いを探求する
実世界への応用を目指した
高精度な 3 次元復元技術の開発 ����������������������������������������� 池畑 諭 20
産学連携による研究用データセットの共同利用とエコシステムの構築 ������������������������������������������ 大山 敬三 21
機械学習により生成された巧妙なフェイク動画を自動検知する技術 ������������������������������������������������ 越前 功、山岸 順一 22
自然な音声を高速に合成する新手法
ニューラル・ソースフィルター・モデル ������������������������������� シン ワン 23
顔映像と音声信号の同時変換によるマルチモーダルな話者変換技術 ���������������������������������������������� 房 福明 24
水中シーンの 3D ビデオ撮影に向けた
マルチスペクトル RGB-D カメラの開発 ����������������������������� 鄭 銀強 25
物体の中を見る─散乱特性・情報を獲得するイメージング技術 ����� 佐藤いまり 26
高速・高精度な画像検索と放送映像アーカイブ解析 ������������������������������������������������������������ 佐藤 真一 27
05 知能システム科学 ─ 知能システムの実現を目指して
人間の知的活動を支援する
テキスト処理技術 ��������������������������������������������������������������������������������� 相澤 彰子 28
生活を支援する知能ロボットのためのクラウド型 VR による対人行動学習基盤 ����������������� 稲邑 哲也 29
データやモデルの幾何的構造を大切にした機械学習技術の研究 ������������������������������������� 杉山 麿人 30

安全性と高生産性を両立した
ソフトウェア開発に向けて ����������������������������������������������������������� 関山 太朗 17

経済ビッグデータによる企業や行政のグローバルリスクの推定と対策 ��������������������������������������������� 水野 貴之 31

屋内もスマホでナビゲーション
音響測位、可視光通信技術 ����������������������������������������������� 橋爪 宏達 18

深層学習を用いたロボットの知能化技術 ���������������� 村田 真悟 32「形式手法」をものづくりへ─高品質・高効率な製品開発に向けて ������������� 蓮尾 一郎 19

06 情報環境科学 ─ 情報社会を多角的に捉える
ブロックチェーンの応用による経済共同体の可視化 ���������������������������������������������������������������������� 岡田 仁志 33
特許一覧 ��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� 34
NII が提案する産官学連携

は じ め に
国立情報学研究所（以下、NII）では、産業応用の可能性を秘めた情報学の研究最前線をご紹介するため、『NII SEEDs』
を発行しています。本年度も、新たな研究の進捗状況や成果を継続的に発信することで、産業界や官公庁の皆様とNIIとのイノベーションを目指した連携の契機となることを願い、2019年度版『NII SEEDs ～時代を躍進す
るNII研究者による研究シーズ集2019』を発行いたします。
近年、社会的課題の解決につながる日本発のイノベーション創出の重要性が叫ばれ、大学や学術機関においても社会貢献や産業化につながる研究開発活動が強く期待されています。NIIでは、長期的視点に立った基礎研究ばかりでなく、社会的課題の解決を目指した実践的な研究や学術ユーザー向けの情報基盤技術の開発も行っており、新たなイノベーションへのシーズとなる素材も少なくないと考えています。これを踏まえ、研究
成果を社会実装や産業応用に結びつける機会を設けることで、企業の皆様との連携によるイノベーションを目指した活動の活性化等、研究成果の社会への還元に取り組む所
存です。
事業や社会のために技術を利用される産業界や官公庁の皆様に、情報学研究者の活動を知っていただき、その研究成果や産業応用の可能性をご理解いただくことが、
NIIがイノベーション創出に向けて貢献するための第一歩であると認識しています。
『NII
SEEDs』に目を留めていただくことで、皆様にNIIの研究活動に興味を持っていただき、共同研究や技術相談等を通じたパートナーシップを作り出すための契機に、あるいは、学術界の方にはNIIとの共同研究のパートナー探しに、役立てていただければ幸いです。
これらのパートナーシップを元に、皆様とともにイノベーション創出、社会的課題の解決につなげていきたいと考えています。

国立情報学研究所

副所長

越前 功

2019

01

Researcher file no.1
情報学プリンシプル研究系 助教

岩田 陽一
Yoic hi I w a t a
研究シーズ

P.09

東京大学入学後、ACM国際大学対抗プログラミングコンテ
スト（ACM-ICPC）参加を機にプログラミングコンテストに励む。主なコンテスト成績は、ICFPプログラミングコン
テ ス ト 4 度 優 勝（2013 年、2015 年、2016 年、2018 年 ）、
TopCoder Open優勝（2010年）、Google Code Jam 3位（2009年）など。2016年に同大学院博士課程を修了後、国立情報学研究所の助教となり、FPTアルゴリズム、大規模グラフアルゴリズムなどの研究に従事している。

優れたアルゴリズムに隠された理論に迫る
現実の問題を解くアルゴリズムを目指す
コンピュータに賢く計算をさせる「アルゴリズム」。コンピュータの将来はアルゴリズムにかかっているといっていいだろう。しかし、その開発においては、理論的には難しいとされる問題が、現実には解けてしまうなど未知の要素が多い。岩田は、この理論と現実のギャップを埋め、理論に裏付けられたアルゴリズムの開発を目指している。

02

2019

アルゴリズムとの出合いは驚きの連続「皆さん筆算はできますね。九九しか知らなくても、大きな桁の掛け算や割り算ができます。あれがアルゴリズムなのです」。岩田陽一は自分が研究している「ア
ルゴリズム」について人に話すとき、まず、こう切り出す。一気に、身近なものに感じてもらえるからだ。
アルゴリズムとは、 簡 単 な 計 算 し か で き な い コ ン
ピュータに複雑な問題を解かせるための計算方法のことだ。岩田は、このアルゴリズムの理論と現実の間にきるかどうかは、ミレニアム問題を解くのと同じくら生じているギャップを埋める研究をしている。

い難しいと理論的にわかっています」。ミレニアム問コンピュータの世界に入るきっかけとなった出来事

題とは、米国のクレイ数学研究所が2 0 0 0年に1 0 0万は、岩田にとって驚きの連続だった。高校時代、ゆとドルの懸賞金をかけた7つの問題のことだ。それほどり教育で何をやってもいいと与えられた「総合的な学にアルゴリズム開発は難しいということだが、実際に習の時間」を使い、当時、興味を持ち始めていたプロ

は、多くの難しいはずのアルゴリズムが実現されていグラミングでオセロのAIをつくった。「高校生の私にる。理論と現実の間にギャップが生じるのは、理論がも自分よりも強いモノをつくれてしまったことに驚き

一般化された事象を扱うのに対して、現実はそれにいました」。大学に入ってからは、競技プログラミング

ろいろな条件が加わってくるからである。

の大会を目指して勉強を始めた。
「世の中には、計算一例として、岩田がその改良に成功した、2点間のにものすごく時間がかかる“遅いプログラム”というも最短距離を問う「最短路クエリ問題」を解くためのアルのがあるのです。それは衝撃的でした」と当時、自分ゴリズムがある。距離が最短となるルートを、通るこが書いたプログラムのことを思い出して笑う。こうしとのできるすべてのルートから探索するのでは途方もてコンピュータを賢く動作させるプログラムには、優ない時間がかかってしまう。しかし、実社会では出発れたアルゴリズムが必要だということを知り、その面地と目的地が離れていれば、移動には鉄道を使わなく白さにのめり込んでいった。この時の体験の数々は、てはならない。この条件によってすべてのルートを考［1］

仲間たちとの共著としてまとめられ 、コンピュータ

える必要はなくなり、出発地から最寄りの駅までと、の世界を目指す後進たちのバイブルになっている。

目的地と最寄りの駅までという、部分に分けたより狭理論と現実のギャップを
“理論的”
に埋めたい

い範囲内のルートを探索すればいいことになる。こうして計算量を大幅に減らすことができる。
このように次々に現実的なアルゴリズムを開発する

大学院の頃から、未知のアルゴリズムに取り組む研岩田だが、一方で「現実に解けるのだからいい」とは考究へ向かっていった。
「ある計算をするアルゴリズム

えていない。どういう条件が加われば、難問が一転しを開発しようとして行き詰まったとき、それを打開でて現実的に解ける問題へと変わるのか、理論的に解き明かしたいと考えている。「NP困難問題」を解くために広く用いられている「分枝限定法」という方法をより効率的に使うための条件の一部をすでに明らかにしており、理論計算機科学のトップ国際会議であるFOCS
2 0 1 8に採択されるなど高い評価を受けている。
「理論と現実がほんの少しですが歩み寄った感覚ですね」。
その先には、理論に裏付けられた、現実の問題を解く
ことのできるアルゴリズムの開発が見据えられている。

［1 ］『プログラミングコンテストチャレンジブック～問題解決のアルゴリ
ズム活用力とコーディングテクニックを鍛える～』（マイナビ／2010年）

2019

03

Researcher file no.2
アーキテクチャ科学研究系 准教授

蓮尾 一郎
Ic h iro H a s uo
研究シーズ

P.19

学術博士（ナイメーヘン・ラドバウド大学、2008年、オラン
ダ）。京都大学数理解析研究所助教、東京大学大学院情報理工学系研究科講師、准教授を経て現職。専門は理論計算機科学、特にシステム検証、プログラミング言語理論、物理
情報システム。情報科学における数学的構造に興味を持つ。
2016年10月から JST ERATO 蓮尾メタ数理システムデザ
インプロジェクト研究総括。2017年11月から国立情報学研
究所システム設計数理国際研究センター長。

メタ数学とソフトウェア科学の両輪で物理情報システムの検証に新手法
来るべきIoT 社会に備え、自動車などさまざまな工業製品の物理情報システムに対する品質保証をどうするかが、喫緊の課題となっている。
米国では 10 年以上前から大規模な国家予算を投じてこの研究が進められているが、蓮尾らは、全体を俯瞰する抽象数学の視点を取り入れて、この難題にチャレンジしている。

04

2019

理論と応用を両方やることが何より楽しいし、面白い「大学に入学したときは、将来数学や情報科学に進もうとは考えていなかった」という蓮尾だが、東京大学1年のときに論理学に出合う。
「数学の定理を自動証明する機械が作れるか」というゲーデルの不完全性定理につながる講義で、高校数学でいろいろな証明問
題に取り組んできた蓮尾は、「個別の証明を自力で書いているレベルよりも、さらに上の視点があることを知り」ショックを受けた。

けでは処理できない連続ダイナミクスを扱わなければ

その後、論理学と関連する計算機科学に進み、オラ

ならず、極めて難しい問題となる。この分野の将来的ンダのナイメーヘン・ラドバウド大学に有給の博士課な重要性を鑑みた末永氏は、自動車に突破口を見出せ

程学生として採用され留学。指導教官のバート・ヤコると考えたのかもしれない。

ブス教授は、システム検証やセキュリティなどの応用

スケーラビリティの壁を超える
新たな手法の確立をめざしてに取り組みながら、一方ですぐには応用に結び付くとは限らない計算機にまつわる論理学的かつ代数的構造
を数学的に研究していた。この教授のもとで、理論と末永氏の言葉を受け、蓮尾は自動車をはじめとする

応用の両方を手掛けることの楽しさと面白さを知り、物理情報システムにチャレンジする。ソフトウェア検

さらに「応用面での新しい成果は、理論を突き詰めた証に使われる形式手法を物理情報システムへ拡張する

中から出てくる」
ことを実感したという。

方法は、これまで個々の事例ごとに行われていたが、帰国後は京都大学数理解析研究所で仕事を続ける

蓮尾にはそれらに共通する本質が、なんとなくモヤモが、ここで同僚の研究者、末永幸平氏（現・京都大学大ヤと見えていた。それを、圏論や論理学などの抽象的学院情報学研究科准教授）から「蓮尾さん、日本は車をやな現代数学の言葉できちんと論理的に書き下ろして全

らんとね、車を」と声をかけられ、それが一つの転機

体を把握する、そのようなアプローチを考えたのだ。

となる。末永は常に自分の専門分野の外に目を向けて

2 0 1 1年に東京大学で始めたこの取り組みは産業界おり、「誰も思いつかないような突飛でワイルドなアからも注目され、2 0 1 6年に科学技術振興機構（JST）のイデアをたくさん持っていた」と蓮尾は言う。

ERATOプロジェクトとして立ち上げられた。理論と末永氏の言葉の背景には、当時、2 0 0 6年頃からア応用の研究者が顔を突き合わせて研究を進める独自のメリカで「Cyber-Physical System（物理情報システム）」

スタイルは非常にうまくいっており、早くも“スケーがキーワードとして注目され、国策として巨額な研究

ラビリティの壁”を超えるソフトウェア科学的な解決

開発費が投じられていた状況があった。ソフトウェア

方法が、一つの成果として見えてきた。それは、ソフの品質保証には“形式手法”が使われるが、何百万、何トウェア科学で対応できない部分はテストに絞る、と千万ラインもある膨大なプログラムには、検査にかかいう現実的だが主流とは言えない方法だった。論理学

る時間と人手とコストは現実的ではなくなり、“スケー的な知見で「この範囲には絶対バグがない」と証明でき

ラビリティの壁”が立ちふさがる。さらに、自動車のれば、そこをテスト範囲から除外でき、効率的なテスように実際に動く機械を相手にするには、デジタルだトを行える。現在は、このようなテスト手法を実システムに適用すべく、自動車メーカーなどと協力して研究を進めている。
理論からの直接的な貢献が力となる一方で、「理論を突き詰めることによってできる応用があることを、ぜひ実証したい」と意欲を示す蓮尾。理論と応用が両輪になり健全な研究の展開ができると、相乗効果でどちらの研究も進むことがわかってきた。そのこと自体がこのプロジェクトの大きな成果といえるだろう。
2019

05

Researcher file no.3
コンテンツ科学研究系 教授

佐藤 いまりIma ri S ato
研究シーズ

P.26

慶應義塾大学総合政策学部卒業後、米国カーネギーメロン大学ロボット工学研究所訪問奨学生。2005 年東京大学大学院
学際情報学府博士課程修了、学際情報学博士。国立情報学研究所准教授を経て現職。カメラを通して機械が世界を現実認識するコンピュータービジョン（CV）と、ディスプレイを通して機械が仮想世界を表示するコンピューターグラフィックス（CG）の研究に従事。

見たいものが見える
コンピュータビジョンの新展開「モノの中身は外から見えない」は人間の目で見たときの常識。
佐藤は、光を吸収して自ら発光する “ 自発光 ” や物体内で散乱する “ 散乱光 ” という現象を通して、反射光だけでなく、物体内部に差し込む光にも目を向けた。
可視域を超えたすべての波長を対象にしたとき、まったく違う世界が見えてくる。

06

2019

目に見える光は反射光だけではなかった
佐藤はこれまで、きらめきや質感を再現するイメー
ジング技術や、人間の視覚特性を利用したどこにでも映像を投影できるプロジェクター技術の開発などで、コンピュータビジョンの専門家として注目を集めていた。それらは、人間の目の仕組みに基づいて導かれた
三原色を応用し「人間の目から見て、どう見えるか」を追究したものだが、あるとき、見える光は反射光だけではないことに気づく。

ならず、コーヒーやワインなど様々な液体でも同じ現海の底には、そこまで届きやすい青色光、紫色光を象を解析できるという。この画期的な技術は、2017 年、吸収し、オレンジ色に発光するサンゴがいる。
「質感コンピュータビジョン研究分野でトップの国際会議との知覚を研究されている心理物理学の研究者の方かし て 知 ら れ るCVPR（Computer Vision and Pattern

ら、光を吸収して自分で発光する“自発光（蛍光）現象”

Recognition）において、3 0倍の競争率を突破して、口があることを教えていただいたのです」。

頭発表された。

自発光する生物や物質が吸収する光の波長は、1種類ではない。生物や物質ごとに吸収する波長や発光強度、発光する色も異なるため、いろいろな光を当ててX 線を使わずに体内が見える
新たな検査法に大きな期待

観察すると、物質特有の発光状態が詳細にわかる（「蛍吸収される光をさらに詳細に調べて、物体の内部構

光指紋」と呼ばれる）。これにより、マンゴーなどの果物造を明らかにする研究も進めている。具体的には、人やワインの産地が特定できるなど、従来の反射光に基体への影響の少ない光を当てるだけで生体内の様づく手法では識別が容易でなかった事象に対しても、子がわかる「光 超 音 波 画 像 解 析」技 術 を、 内 閣 府 のシーンの各点の蛍光指紋を通して識別でき、新しい検ImPACTプロジェクトを通して、京都大学、九州大学、

査および識別手法として注目を集めているという。

慶應義塾大学と共同で開発している。これは照射した

可視域外の波長域の光で見えてくる世界もある。た光が体内で吸収されて、音波を出す仕組みを利用した

とえば、モンシロチョウはオスもメスも同じように白もの。体内の組織ごとに吸収しやすい光の波長が異なく見えるが、紫外線で認識するとオスは黒く見え、メるので、たとえば血管を見たいときには、血管が吸収

スは白く見える。オスは紫外線を吸収し、メスは反射しやすい波長の光を当てて計測を行う。

するからだ。これは、羽の構造の違いによるとも言わX線のように被曝の心配もなく、MRIよりも手軽でれている。水も同様だ。
「私たちにとって水って透明

安全な検査方法として期待は大きい。さらに「家でもですよね」と佐藤。水は可視光を吸収せずにそのまま

手軽に検査ができるようにしたい」という佐藤。通常透過させるのだが、赤外線域の光ではまったく異なっであれば高価なデバイスが必要だが、携帯できるようた振る舞いを見せる。水は赤外光を吸収するため、光な簡便なデバイスで同等の効果を得て、病気の早期発の通る距離に応じて濃淡が変わり、観察される明るさ

見や治療効果の目視などに役立てたいと考えている。

から水の量や深さも予測できるという。

佐藤は油絵が好きで、金属光沢や光の描き方の秘密

佐藤はこの仕組みを応用して、水などの媒質によるを科学的に探ろうと研究を始めた。「なぜそう見える

光の吸収を積極的に活用し、米国ドレクセル大学と共のだろう」という根底の興味は今でも変わらない。
「見

同で水中の物体の3次元形状の復元をした。さらに、

え方はひとつだと思っていたのに、それは単に自分が対象物の濡れ度合いの推定と乾いた時の表面色の推定見ている世界でしかなかった」と気づき、研究は大きを、1枚の分光画像から成功させた。これは、水のみく飛躍した。
「見たいものが見える波長の光」があり、どんな波長の光を当てればいいかを機械学習で導く。
「人間の目でなくてもいい、人間の目以上にいろいろなものが見える目を作りたい」という佐藤。
「見え」
への飽くなき探求心が、大きなイノベーションを起こそうとしている。
2019

07

研究シーズ研究シーズの見方
この研究の属する分野や関連する分野を記載しています。
研究がスタートした
経緯、 このシーズの概要が分かるようになっています。

担当研究者紹介

研究分野 ▶コンピュータビジョン ▶コンピューテーショナルフォトグラフィー

物体の中を見る

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01─散乱特性・情報を獲得するイメージング技術

佐藤 いまり的過程を繰り返しながら伝搬します。例えば、
散乱体を多く含むような生体組織の顕微鏡観察において、光は散乱粒子に繰り返しぶつかり、そのたびに吸収と散乱を繰り返します。その場合、透過光と散乱光の重ね合わさった情報が観測され、散乱の影
響により不鮮明になってしまいます（図 1（a）（b））。従って、透過光と散乱光を分離でき多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

ります。また、物体内の光の伝播の様子を画像として捉えることができれば、物体内部の光が作用している物理的特性等を推定することができ、実世界を理解することに役立ちます。

研究内容

光源のパターンとカメラを組み合わせた撮像技術により、物体の組成情報や光の伝搬等の物理的特性を解明する技術を研究しています。高周波照明を投影し、かつ照明とカ

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

産業応用の可能性

能解析が非常に期待されていますが、複雑な構造で複雑けが生じている状態の違いを利用することで、透過光と散な内部散乱を生じることから、観測光成分を詳細に分離す（図1（c））。
乱光を分離した顕微鏡観測が可能になります。

知能システムの実現を目指して

知能システム科学05

生体組織の非接触・非侵襲イメージングによる構造や機メラのそれぞれについて、焦点が合っている状態と焦点ぼることは容易ではありません。詳細な組織ごとの吸収や散と散乱
高周波照明の明暗の変化時における、透過光（合焦）乱情報を獲得できる本イメージング技術は、染色不要なこ

光（合焦および非合焦）の観測の変化に注目し、厚みのある試とから生細胞へのダメージ回避に加え、物品検査等様々な料の全ての深さの光が重ね合わさった観測から透過光と散分野の計測分析にも汎用できます。

乱光を分離できる仕組みです。また、通常の可視光光源とまた、光の伝搬過程が可視化できることは、物体表層

カメラを用いて、物体表層内の光の拡散や散乱による伝搬の構造の推定に非常に有効ですが、物体表層内の光の過程の可視化も可能にします。物体内の光の伝搬距離に伝搬過程や色は物体表面を見ただけではわかりません。

着目し、ある半径のリングライト下と、それより少し大きい半径

本イメージング技術により、物体の内部を切らずに、通常のリングライト下の画像同士の差分は、光の伝搬距離があのカメラと光源で撮像するだけで、光の伝搬過程や色の復（図2）。
る距離区間に限定された画像になることを示しました

元も可能にします。なお本手法は現在特許申請中です。

図1

透過光と散乱光の分離観測

図2

リングライトによる光の伝搬過程の可視化

情報社会を多角的に捉える

06

情報環境科学

主要項目の説明を最大２点まで、図説しています。

作用し、反射、屈折、吸収、散乱などの光学

ル等の組成情報を正しく計測できるようにな

Imari Sato

コンテンツ科学研究系
教授

04

本編は研究の内容と、産業応用の可能性の２項目に分けて説明しています。

報を含んでいます。光は、現実世界の物体にるならば、染色を行わずに、吸収スペクト

03

６つのカテゴリーを設け、各シーズを分類しています。

私たちが普段見ている光は、大変たくさんの情

研 究 背 景 ・ 目 的理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学

02

▶画像解析

（a）

（b）

（c）観測画像

透過光

散乱光

例えば、散乱体がなければスケールは鮮明に観測可能（a）だが、散乱体が多いと不鮮明になる（b）。本顕微鏡システムを用いた透過光と散乱光の分離手法により、従来計測が難しかった詳細な生体組織の散乱係数や吸収係数の計測が可能になる（c）。

研究者の
発明
26

通常照明の投影像（左）、リングライト照射の様子（上段）、各半径のリングライトに照射された画像（中段）、光の伝搬距離がある特定の距離区間に限定された画像列（下段）。

♦特許第4982844号：投影画像補正システム及び投影画像補正プログラム♦特許第6471942号：画像処理装置、画像処理方法及び記録媒体♦特開2018-022287：画像処理装置及び方法、画像処理プログラム、並びに投影装置♦国際公開番号WO2016/121866：デジタルホログラフィ記録装置、デジタルホログラフィ再生装置、
デジタルホログラフィ記録方法、およびデジタルホログラフィ再生方法

2019

研究者の発明Contact Information

コンテンツ科学研究系 教授

佐藤 いまりEmail：imarik@ nii.ac.jp

研究者の連絡先

各シーズの内容、肩書き、所属等は、編集時点（2019年3月）において、できる限り最新の情報に基づいて掲載しています。

研究分野 ▶離散最適化 ▶パラメータ化計算量 ▶⼤規模グラフ

究は大きな発展を遂げてきました。さまざまな問
題に対して効率的に働くアルゴリズムが数多く開発されてきた一方で、その効率化に限界も見えてきました。例えば、広く信じられている P≠NP
予想の下では、どんな NP 困難問題も多情報基盤科学02

可 能 性 問 題（SAT） の 難しさに 関 する
「SETH」という仮定を用いると、グラフ理方法より良くすることはできないのです。しかし、これらの効率化の限界は想定し得る全てのケースを考えた場合の限界であって、実際に扱いたい特殊なケースに限れば、

ソフトウェア科 学

03

必ずしもあてはまるわけではありません。また、対象が非常に大規模なグラフだったとしても、到達可能性クエリなど、効率的に処理できてい

研究内容

るものもあります。そのような実際の応用時に現・最短路クエリ問題

れる特殊なケースに対して、効率的に働くアルゴ

グラフ理論における「最短路クエリ」は、ネットワーク上のリズムの開発とその解析を行っています。

2点についての最短距離を聞く極めて重要な方法で、幅の大規模グラフ」は言うなれば「核」と「房」からなる「樹
木のような」特殊な構造をしていることが知られています。

産業応用の可能性● 大規模ウェブ・ソーシャルグラフに対する距離や関連度

そこで、私たちはその樹木のような構造を表す「木幅」となどのクエリ処理、クラスタリングなどのデータマイニング

いう指標が小さい場合に、効率的に処理できるアルゴリ

に対する効率的なアルゴリズム開発

ズムを設計し、現実のグラフに対して非常に効率的に動・分枝限定法「分枝限定法」は、易しくして解きやすくした緩和問題の解を用いて探索（枝刈り探索）を行う、「NP困難問題」を解

図 「一般には難しい」＝「とても難しい入力が存在」

  全部が難しいわけではない

くために広く用いられている汎用手法です。しかし理論上で想定し得る最悪のケースが起こった場合、枝刈り探索

知能システムの実現を目指して

05に特化したより効率的なソルバ開発

知能システム科学

作することを実験で証明しました。

● モデル検査、静的解析、プランニングなど、個々の目的

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

広く応用されています。しかし、これは一般的に考えると、従来の方法からの改善は見込めません。一方、「現実多様化する知識創成型社会を支える

岩田 陽一論における「到達可能性クエリ」を従来の理論・実践から情報システムを創り出す

項式時間で解くことはできません。また充足

Yoichi Iwata

情報学プリンシプル研究系
助教

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学

コンピュータで計算を行うためのアルゴリズムの研

研 究 背 景 ・ 目 的

実際の⼊⼒構造を活⽤し、より効率的に計算を行う
アルゴリズムを研究

01をしないで全探索を行うのと同じような手間がかかってしま

あてはまるケースについては、枝刈りなしの全探索よりも06

扱いたい入力木のような構造
実は簡単 !

情報環境科学問題と元の問題の解が比較的近いことに着目し、それがかけ離れている

最悪ケース（従来の研究対象）●他の困難問題からの帰着●ランダムグラフなど

遥かに効率的に動作することを理論的に証明しました。

研究者の
発明

♦特開2015-184704：ネットワーク管理装置、ネットワーク管理方法及びプログラム

Contact Information

情報学プリンシプル研究系 助教

岩田 陽一

Email：yiwata @ nii.ac.jp

2019

09

情報社会を多角的に捉える

い、極めて効率が悪くなります。そこで、実際には緩和研究分野 ▶グラフアルゴリズム ▶グラフ理論 ▶ネットワーク解析

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01

アルゴリズムが世界を変える

現代社会には極めて多様で複雑かつ巨大なネットワークが存在し、私たちの生活において重要な役割を果たしています。中でもウェブ構造や

─未来のIT 産業を支える
若き人材を育成

Facebook、Twitter など、私たちの身近

研 究 背 景 ・ 目 的理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02にある複雑なネットワークは日々成長を続けており、ネットワークやビッグデータの解析における理論的研究は、近年ますます重要性を増しています。IT ビジネスの発展の歴史でも、Microsoft、IBM、Google、Yahoo!、
AT&T、Facebook、Amazon などの巨大IT 企業で、著名な理論研究者が斬新なソフト開発を行い、さまざまな問題解決に貢献してきました。私は、
上記のようなネットワー

Ken-Ichi Kawarabayashi

河原林 健一多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03

クに対する理論解析、およびそれを生かした高速アルゴリズムの開発を目的として研究を行って情報学プリンシプル研究系教授／
ビッグデータ数理国際研究センター長

研究内容

巨大ネットワーク、
ビックデータ解析の課題はアルゴリズム、

図

います。

巨大なネットワークを解析する高速アルゴリズムの開発を目指す

機械学習、人工知能、データベース、データマイニング、
メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

が、多くは問題解決のためのデータ量が巨大であるため、解決が容易でないものばかりです。このような問題を解決するためには、アルゴリズムの革新が必要不可欠であり、計算モデルと数理の探求に基盤をおく革新的アルゴリズム
設計技法の構築や体系化が早急に求められています。その解決には理論計算機科学、最適化、離散数学、確率論、
統計物理学等を含む深く広い数学的理論を基礎とした研知能システムの実現を目指して

知能システム科学

05

究が必要になります。そこで私は、数理的なアプローチを中心に高速アルゴリズムの開発を目指しています（図）。

産業応用の可能性

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06

リアルイムに変動する
ソーシャルネットワーク等の成長モデルの構築

道路・交通
ネットワークにおける最短経路の探索

新たな数学的理論を構築、
ネットワーク
解析における
理論的研究の有効性を実証

Graph

ヒューリス
ティック
手法適用
範囲の検証

作業領域の
成約下で
動作する
アリゴリズムの開発

巨大情報量の解析を伴う社会の諸問題
解決の糸口にページランク、圧縮センシング、差分プライバシーなどのゴリズム革新は国家規模のビジネス創成につながっていま

技術は、数学的な理論に基づく基礎研究の応用という形す。さらに、このようなイノベーションを推進するためには、で、IT業界の巨大企業に採用され、現在でもIT業界の巨大 IT 企業のように、数学理論を熟知した人材が社会主要技術になっています。また、数学的理論に基づくアル問題解決に挑む必要があると考え、私は、JSTの「ERATO

ゴリズムは、人類の文明の進歩を加速度的に後押ししてき河原林巨大グラフプロジェクト」などを通じて、この人材育ました。特に現在の情報検索、ゲノム情報処理などのアル成にも取り組んできました。

研究者の
発明
10

「理論計算機科学」「離散数学」を基礎とした自然言語等のコンピュータサイエンスの諸分野の問題です

04

♦該当なし

2019

Contact Information

情報学プリンシプル研究系 教授／
ビッグデータ数理国際研究センター長

河原林 健一Email：k_keniti @ nii.ac.jp

研究分野 ▶数値計算 ▶関数近似 ▶行列固有値

コンピュータやスマホで行う作業では、ほぼ必ず数値計算が行われます。Google 検索や写真
多くは、行列問題という数学の問題です。
私はこれらを速く正確に解くためのアルゴリズム開発や、背景にある行列や関数の数02

数値計算を行う際、必ず現れるのが丸め
誤差やデータ自体の不確かさで、これらによる計算結果への影響を理解しておくことは信頼できる数値計算を行う上で肝要です。美しい理論と重要な分野への応用という両面を併せ持つ魅力的な研究分野です。

Yuji Nakatsukasa

ソフトウェア科 学

03

情報学プリンシプル研究系
准教授

研究内容

産業応用の可能性

大規模な行列を扱う問題は、大きくは線形方程式Ax=b

数値計算アルゴリズムは上に挙げたGoogle検索、最適

縮等のデータ解析、天気予報、医療等へ応用されます。

問題と言っても、関数近似論や最適化、複素関数論、統数値計算法を改善することで、今まで不可能だった大規模計等と深く関わる奥の深い分野です。大規模な固有値計

なデータを扱ったり、治療時間を短縮したりすることができ

算は高次多項式の根を計算することと等価で、厳密な値ます。例えば、行列の特異値分解（固有値の仲間）は従来、を得ることは原理的に不可能なのですが、高い精度の近画像圧縮に使われていましたし、圧縮センシングと呼ばれる似値を得る信頼性の高いアルゴリズムが知られています。

数値計算アルゴリズムはMRIの検査時間の大幅な短縮を固有値を計算することで、関数（例えば商品の売上モデル）を実現しました。現在のビッグデータの時代では、数値デー最大化したり、曲線の交点を求めたりすることができます

タを表現する道具として行列やテンソル（行列の高次元版）が（図）。

広く使われ、データ解析では頻繁に数値計算アルゴリズム

知能システム科学

05

を行列やテンソルへ適用します。
図04

様々な問題が関数近似と行列（ここでは固有値）計算によって解決できる
original

知能システムの実現を目指してます。私の研究では特に固有値問題を扱います。固有値

メディアの振る舞いを探求する

化、物理や生物シミュレーションの他、写真やデータの圧情報メディア科学（中学校で習う連立方程式）と固有値問題Ax=λxに大別され多様化する知識創成型社会を支える

中務 佑治

理論・実践から情報システムを創り出す

学的解析の研究をしています。例えば、情報基盤科学研 究 背 景 ・ 目 的

データ圧縮などが好例です。その計算の基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学

速く正確な数値計算
アルゴリズム開発と応用

01

mixed

関数 p(x,y) の最大化

「Labeled Faces in the Wild」

混ざった画像の再構成 (http://vis-www.cs.umass.edu/lfw/)(検索日：2015年 3月9日)」

曲線の交点

数値計算（固有値＋関数近似）
で解決!

研究者の
発明

♦行列極分解と特異値分解アルゴリズム
https://www.kaust.edu.sa/en/news/next-generation-algorithm-advances-machine-learning-of-powerful-supercomputers

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情報学プリンシプル研究系 准教授

中務 佑治

Email：nakatsukasa @ nii.ac.jp

2019



11

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学

06

computed

研究分野 ▶マッチング理論

社会の多様な要望に応えるマッチング
アルゴリズムの設計

学生の進学コースの割当てや研修医の病院への配属など、多数の参加者の希望に基づきマッチングを求めたい場面は社会に数多く見受けられます（図 1）。その多くに、参加者が提研 究 背 景 ・ 目 的

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01▶アルゴリズム ▶組合せ最適化

理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

出する希望順位リストを入力データとしてマッチングを計算するコンピュータシステムが用いられています（図 2）。私はその計算を支えるアルゴリズムの理論研究を行っています。適切なアルゴリズムを設計することによって、一部の参加者に理不尽な思いをさせたり、虚偽のデータ申告を誘発したりすることのないような公平な仕組みづくりを目指します。社会の変化に伴い現れる多様な問

Yu Yokoi

横井 優

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03

題に対処するための柔軟な理論づくりが求められています。

情報学プリンシプル研究系
助教

図1

研究内容

希望順序

a

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

営機関の制度や問題意識に由来するさまざまな要望がありbます。例えば、割当て先の組織がダイバーシティに関するc

制約を持っていたり、一定数以上の割当ての保証を求めてdいたりする状況が考えられます。そのような多種多様な問

e

A
B
C

題に対処するため、マッチング理論を拡張する研究を行っ各参加者と受入れ組織が希望順序をもつています。一見似たように見える問題でも、その背後にあ
図2る数学的構造の違いにより、問題の難しさや然るべきアプ

アルゴリズムのイメージ
希望順序を入力としてマッチングを計算

ローチ方法が大きく異なることがあります。問題の本質的構

a

造を見抜き、組合せ最適化理論などを活用しながら、高速知能システムの実現を目指して

知能システム科学

05

希望順序 : c b a d e
上限 ( 定員 )：2

ABC

マッチングシステムを必要とする個々の問題では、その運04

マッチング問題のモデル化

bに公平なマッチングを求めるアルゴリズムを設計しています。

産業応用の可能性

cbdae

ABC

A

abedc

BCA

B

計算機
（アルゴリズム）

マッチング理論は、人や組織の間のマッチングを求める

様々な場面で役立ちます。中でも、特に大きな貢献を見せ

マッチングる場面として、公共性が高く規模の大きいシステムの開発・改良があげられます。制度の透明化やアルゴリズムの公開

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06が求められる公共性の高いシステムにおいては、参加者にえて、大規模な問題を扱う際には、実用可能な速度で必納得してシステムを利用してもらうために、計算結果の正当ず出力が得られることを保証する必要があるため、アルゴ性が理論的に保証されていることが必要不可欠です。加

リズムの計算量の改善が欠かせません。

研究者の
発明
12

♦該当なし

2019

Contact Information

情報学プリンシプル研究系 助教

横井 優

Email：yokoi @ nii.ac.jp

研究分野 ▶コンピュータシステム ▶光無線 ▶コンピュータの冷却
情報基礎科学01
コンピュータの熱、配線について研究しています。

新たな建築技術：
水没冷却と光無線

水没冷却：水にはコンピュータの冷却材である空気、鉱物油と比べて冷却性が数倍〜数十倍高いという優れた特徴があります。私たちは既冷却を越える「効率的な冷却」を両立する

02の発熱問題の緩和を目指しています（写真）。
光無線：現状のスパコン、データセンターのネットワークはケーブルで相互接続して構築するため、総配線長が 1,000km を超えるなどメンテナンスが困難で並列計算処理ごとに適したネットワーク構成に変更すること

Michihiro Koibuchi

が難しくなっています。この 2 点の問題を光無ソフトウェア科 学

03

線通信（ケーブルレス）の採用により突破すること

アーキテクチャ科学研究系
准教授

を目指しています。

研究内容

水没コンピュータのテスト・水没冷却多様化する知識創成型社会を支える

鯉渕 道紘

理論・実践から情報システムを創り出す

水没コンピュータにより、プロセッサーチップ

情報基盤科学研 究 背 景 ・ 目 的存の空冷の「扱いやすさ」と現状の液浸基礎理論の深みを解き明かす

コンピュータの電気絶縁性を得て、かつ、水中への放熱を可能にするために、コンピュータのマザーボード全体に薄膜コーティ
最新のXeon（ジーオン）プロセッサーの温度を、空冷と比べて2 0度ほど低下させることができました。ただし現在の技術では耐久性に課題があります。
・光無線

ネットワークの「高いメンテナンス性」「通信パターンに応じた柔軟性」「省資源化」
をすべて達成するために、ケー

産業応用の可能性
・水没コンピュータ

イーサネットの光源を用いて40Gbpsに近い通信を達成しサーチップの3次元統合積層の排熱問題が解決できるかています。マシンルーム内のラック上で多数のレーザーもしれません。マクロな点では将来、水没コンピュータをビームが相互に干渉しないような光無線端末レイアウトを

温水プールや水族館の水槽内に設置し、その熱を二次特許出願中です。

利用する、あるいは、海や河川に設置するなど従来と違図

うデータセンターの形が見えてくるかもしれません。

光無線データセンター /スパコンの全体像
FSO Lens

05

・光無線

Beam

情報環境科学

Cabinet06に、ネットワーク構成を運用中に変更できるので、AI/ビッ
グデータ処理などで、現在では想像がつかないようなデー
タセンターの使い方が現われても設備の増設なしに、相Cable応に対応可能です。

研究者の発明♦特許第5024530号：三次元集積電気回路の配線構造及びそのレイアウト方法♦特開2015-139151：情報処理装置用ネットワークシステム

Contact Information

アーキテクチャ科学研究系 准教授

鯉渕 道紘Email：koibuchi @ nii.ac.jp

2019

13

情報社会を多角的に捉える

長いケーブルなしでデータセンターを構築できます。さら
Switch知能システムの実現を目指して

ミクロな点では、コンピュータの最発熱部であるプロセッ

知能システム科学

ブルの代わりにレーザービームを使います（図）。現状のメディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

ングを施しました。その結果、水没冷却は高負荷時の研究分野 ▶コンピュータアーキテクチャ ▶マイクロアーキテクチャ ▶デジタル回路

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01

ポスト・デナード スケーリングのクロッキング方式

世の中では、ムーアの法則の終焉が叫ばれていますが、その科学的な根拠であるデナードスケー

理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

焉を迎えています。微細化に応じて電源研 究 背 景 ・ 目 的─二相ラッチとタイミング故障
検出の組み合わせリング（比例縮小則）は、20 年近く前にすでに終電圧を下げることができなくなり、消費電力と発熱がチップの性能を制限する主要因となっています。その原因の一つとして、チップ内の素子の性能のランダムなばらつきが挙げられます。これは、半導体の微細化によって素子のサイズが原子のサイズに近づいてきたためで、半導体技術によって解決することは困難です。そこで、回路、ならびにアーキテクチャ・レベルの技術が不Masahiro Goshima

五島 正裕

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03

可欠となります。私たちは、二相ラッチとタイミン
グ故障検出・回復を組み合わせたクロッキング方

アーキテクチャ科学研究系
教授

研究内容

右の図（上）は、通常のフリップ・フロップ（FF）を用いた回路、同図（下）はそれを二相のラッチを用いた回路に変換し、式の研究を進めています。

図単
 相クロックとフリップ・フロップ（マスター／スレーブ）を用いた回路（上）。

提案：二相ラッチを用いタイミング故障検出を組み合わせた回路（下）

ロジック

slave

master

うになります。回路中を進む信号を道路を走る車に例えると、

slave

わせによって、ラッチが開いている時に信号が通過できるよクロック

目の前の（交通）信号が次々青に変わっていき、赤信号につかまらずに走り続けられる状態と言えます。このとき回路は
ロジック
（前半）

ロジック
（後半）

main

ばらつきは大数の法則によって0に近づきます。動作周波

main

長大な組み合わせ回路のように動作し、素子のランダムなmain

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

master

タイミング故障検出回路を付加したものです。この組み合04

数の上限は、タイミング故障の検出限界で決まり、通常の
タイミング
故障

タイミング
故障

shadow

下に振り向けることもできます。

shadow方式のちょうど2倍となります。このバジットを電源電圧の低shadow

知能システムの実現を目指して

知能システム科学

05

クロック

産業応用の可能性

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06

提案のクロッキング自体は、基本的にはクロックを用いる

換を行うツールを開発しています。現在、RISC-Vアーキ

すべてのLSI（Large-scale Integrated Circuit：大規模集積

テクチャのスカラ・プロセッサRocketに対して、提案の方回路）に応用可能です。ただし、タイミング故障から回復す式を適用し、FPGA（製造後に購入者や設計者が構成を設定でるため、プロセッサが例外を起こした命令を再実行するようきる集積回路）上に実装、動作させることで検証を進めていに、何らかのエラーに対して再実行する機能が必要です。

ます。今後は、スーパスカラ・プロセッサ「雷 上 動」に適用し、私たちは、FFを用いた通常の設計に対して自動的に変

研究者の
発明
14

ら い しょう ど う

LSI上に実装する予定です。

♦特許第5589169号：半導体集積回路♦特許第5181127号：半導体集積回路

2019

Contact Information

アーキテクチャ科学研究系 教授

五島 正裕

Email：goshima @ nii.ac.jp

研究分野 ▶インターネット計測・解析▶ネットワークセキュリティ ▶ネットワーク管理・運用
情報基礎科学01
インターネットは私たちの生活に欠かせない重要データからの情報抽出およびその応用なインフラとなっていますが、ネットワークを正しく、効率良く運用していくことは簡単ではありません。
例えば、ウィルス、DDoS（分散型のサービ
異常なトラフィックを早期に検出し、自ネット

02

トワークを構成する機器は複雑に接続されており、機器の監視を行っていてもネットワー
ク不調の原因を知ることは容易ではありません。私たちは、インターネット上のインフラからアプリケーションにまたがるさまざまな大規模データを集め、これらのデータに適Kensuke Fukuda

したミクロ・マクロな解析手法を適用することで、

ソフトウェア科 学

03

ネットワークの安全性、効率性を高めるための研アーキテクチャ科学研究系
准教授

究を行っています。

研究内容

最近の研究内容として二つのトピックを紹介します。一つ

図1

目はインターネット上の悪意のある振る舞いを同定するため

DNS 反射波Originatorを用いた手法に関して研究を進めています。私たちのアプ（DNS
ローチでは、
権威サーバーへの集合的なDNSアクセス

Recursive
resolverrdns.example.com(192.168.0.3)

Mail serverb.example.com(192.168.0.2)
Mail serverc.example.jp(172.16.0.1)

反射波）
から、大規模ネットワークスキャンの送信元を検出することに成功しています（図1）。

Recursive
resolverrdns.example.jp(172.16.0.2)

Authority
Auth server

04

m.root-servers.net(1.in-addr.arpa)
a.dns.jp(2.1.in-addr.arpa)
bad.jp: the final authority(3.2.1.in-addr.arpa
and 4.3.2.1.in-addr.arpa)

Query log @ Auth server
192.168.0.3 "PTR? 4.3.2.1.in-addr.arpa"
172.16.0.2 "PTR? 4.3.2.1.in-addr.arpa"

SMTP(application traffic)
DNS: PTR? 4.3.2.1.in-addr.arpa

二つ目に、ネットワーク管理のためのログマイニングの研究を行っています。ネットワーク管理者は、ネットワーク機器から生成されるログから何か異常が起きていることを知るこネットワークログ解析

Original log messages

ティングやトラブルの予測に活用することは簡単ではありまClassified log

せん。私たちは、NIIが構築・運用する学術情報ネットワー

Find causality amonglog events（Science Information NETwork : SINET）
クのログデータを例として、因果推論技術を用いたログ出力の因果解析フレームワークを研究しています（図2）。

Provided informaton

Event1: user**logged in from**
2015-11-14 13:02:16
2015-11-14 14:25:00…

DAG

if downlogin

conn failed

su
if up

DNS反射波は、インターネットサービスプロバイダー等でるログが生成された際に、その原因を特定したり、そのロ内部に存在する悪意のあるユーザーを検出する際に有効

グから派生しうるトラブルを予測したりすることが可能になるな技術と期待しています。また、ログ因果推論解析は、あと考えています。

研究者の発明♦特許第5818262号：データ配送システム及びデータ配送装置及び方法♦特許第5818263号：データの分散管理システム及び装置及び方法及びプログラム

Contact Information

アーキテクチャ科学研究系 准教授

福田 健介

Email：kensuke @ nii.ac.jp

2019

15

情報社会を多角的に捉える

06

情報環境科学

産業応用の可能性

Causality graph
Filter self evident
relations05

Nov 14 13:00:25 server1 interface eth1 down
Nov 14 13:00:26 router2 connection failed to 192.168.1.4
Nov 14 13:02:16 server1 user sat logged in from 192.168.1.15
Nov 14 13:02:29 server1 su for root by sat
Nov 14 13:02:58 server1 interface eth1 up…

知能システムの実現を目指して

Classify log messages

知能システム科学とができますが、ログは大量かつ多種なため、トラブルシュー

図2

メディアの振る舞いを探求する

spam.bad.jp(1.2.3.4)
Spammer

Querier

情報メディア科学の新しいデータ源として、DNS（Domain Name Services）

TargetMail servera.example.com(192.168.0.1)

多様化する知識創成型社会を支える福田 健介

理論・実践から情報システムを創り出す

ワークを防御する必要があります。また、
ネッ

情報基盤科学研 究 背 景 ・ 目 的

ス妨害）、設定間違い等のネットワーク上の基礎理論の深みを解き明かす

大規模インターネット

研究分野 ▶ソフトウェア工学

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01▶自律・スマートシステム▶機械学習工学

複雑で不確かな
ソフトウェアの品質向上と保証に挑むソフトウェアシステムが社会で果たす役割はます
ます大きくなり、その開発・運用において高い品
質を効率的に担保することが強く求められています。一方で、システムの複雑さは増し続け、機研 究 背 景 ・ 目 的理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

械学習や自動運転など不確かさが高く、特性が異なる技術や応用対象も現れ、従来の方法での品質の向上・保証が難しくなっています。これに対し、（1）不確かさの中で要求や仕様、想定環境に関し「何に注目して、何をすべきか」をエンジニアが議論し、系統的、継続的に確認・改善していくための「道具立て」に取り組んでいます。さらに、複雑なシステムに対しても個々

Fuyuki Ishikawa

石川 冬樹

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03の問題に効率的に切り込むための支援として、（2）不具合を生じる状況、確認すべき状況の網アーキテクチャ科学研究系
准教授

羅、あるいは不具合の適切な修正などを自動的に「賢く探り出す」技術も追究しています（図）。

研究内容

（1）
については、対象システムの要求や仕様、想定環境、あるいはその中での障害や事故のリスクに対し、本質をエンジニアがとらえ議論していくための、モデリング（表出化・形メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

知能システムの実現を目指して

知能システム科学05

産業応用の可能性

ソフトウェア工学の技術は産業を支えることを目指したも

式知化）
や分析の技法に取り組んでいます。

のです。目標の「壮大さ」により今すぐ使えるのか5年後に（2）については、形式検証、自動テスティング（テスト生成）、

使えるのかの差はあったとしても、研究成果は産業応用に

人工知能（特に進化計算や機械学習）など非常に強力になった近いものとなります。重要なことは、各企業における悩み・

最新技術を深化しつつ適宜組み合わせることで、品質の問題の本質（本当にやりたいこと）を議論し尽くすこと、そして向上・保証に活用することを目指しています。

使い手となるエンジニアや組織文化、開発プロセスなどをいずれにおいても、機械学習を中心に用い、振る舞い踏まえて「技術」
を「道具」に仕立てあげていくことです。こが不確かなシステム、自動運転のように実世界に深く踏みれまで1 00名を超える企業の開発者や研究者と様々な議論込んで動作するシステムに焦点を当てて取り組んでいます。

を行ってきた経験を基に、企業連携においては効果の高い
実践的な提案を創りあげていきたいと考えています。

図

研究活動の全体像
複雑なシステムの問題点をどう見つけ出すか？
「一通り」の網羅的な検証をどう実現するか？
「適切さ」を人がどう議論・確認していくか？
大きくなる「不確かさ」の課題・機械学習を用いるシステム・実世界に踏み込むシステム
要求・想定環境の不確かさ
システムの挙動の不確かさ
テストの内容や結果解釈の不確かさ…

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06

サーチベースドテスティング
人工知能によるテスティング・形式検証（2）個々の問題に切り込み「賢く探り出す」テスト・検証の技術

16

保証ケース・D-Case・ゴールモデリング

フィードバック（1）要求・仕様・想定環境に対する「何に注目して何をすべきか」のモデリング・分析の技術
何が実現されるべきか？
システムが何をするか？
どういう環境を想定しているか？

研究者の
発明

効率的で強力な検証・網羅性の担保
レアケースの発見・エンジニアの補助

形式知化・共有・網羅性・妥当性・
トレーサビリティ・第三者説明

形式仕様記述・ドメイン特化モデリング
あいまいさや属人性の排除
上流工程での検証や様々な自動化♦特許第4392503号：アクティブコンテンツ流通システム及びアクティブコンテンツ流通プログラム

2019

Contact Information

アーキテクチャ科学研究系 准教授

石川 冬樹

Email：f-ishikawa @ nii.ac.jp

研究分野 ▶プログラミング言語▶ソフトウェア科学▶情報科学基礎
情報基礎科学

社会生活の多くの部分が計算機システムによって支えられている今日、計算機を制御するソフト
ウェアの品質を高め、高い信頼性を保証すでソフトウェアが誤動作を起こさないことを数学的に保証する方法として「形式手法」

02

す今日のソフトウェアに形式手法を厳密に適用するには高い専門性が必要となり、多大なコストがかかることが知られています。本
研究では、一般にソフトウェアの誤りを全て検出することを目的として形式手法を少し「緩める」ことで、現実的なソフトウェアに適用す

Taro Sekiyama

ることを目指します。

ソフトウェア科 学

03アーキテクチャ科学研究系
助教

研究内容

本研究では、特に「静的型システム」と呼ばれる形式手法の一つについて研究を行っています。静的型システムは

動的型検査から静的型検査への移行

動的型検査

から

静的型検査

へ移行

ログラミング言語に採用されており、ソフトウェアを実行する
ことなく誤りを検出することが可能です。しかし、静的型システムが誤りだと判断しても、実際には誤りではなかったという場合もあります。このような問題は静的型システムの表
現力が豊かになればなるほど、より顕著に現われてきます。
本研究では、実行時に検査を行う「動的型システム」を静的型システムと組み合わせることで、必要に応じて検査能

return 13 / ( x ? 1 : y )引数 x の関連部分だけ静的型検査

05

return 13 / ( x ? 1 : y )産業応用の可能性

ソフトウェアは一般的な計算機システムだけではなく、航空機制御や自動車制御などのミッションクリティカルな部分にも使われています。そういった高信頼なシステムが求められ

func f ( x : bool, y : int )int :return 13 / ( x ? 1 : y )な場合に、本研究を応用することができます。

研究者の
発明

♦該当なし

Contact Information

アーキテクチャ科学研究系 助教

関山 太朗

Email：sekiyama @ nii.ac.jp

2019

17

情報社会を多角的に捉える

06

情報環境科学ていますが、形式手法などによる厳密な品質保証が困難

関数全体を静的型検査

知能システムの実現を目指して

func f ( x : bool y ) :知能システム科学

力を選択できる型システムの研究に取り組んでいます（図）。

func f ( x, y ) :メディアの振る舞いを探求する

04

情報メディア科学

すでにJava、C++、OCaml、Haskellといった多くのプ図多様化する知識創成型社会を支える関山 太朗

理論・実践から情報システムを創り出すが研究されてきました。しかし、複雑さが増

情報基盤科学研 究 背 景 ・ 目 的

ることは重要な課題になっています。これま基礎理論の深みを解き明かす

安全性と高生産性を両立したソフトウェア
開発に向けて01

研究分野 ▶デジタル情報処理▶モバイルアプリケーション ▶パーソナルコミュニケーション

屋内もスマホでナビゲーション

屋外では便利に使えたスマートフォンの地図ナビ
ゲーションも、デパートなどのビルの中に入ったと

音響測位、
可視光通信技術

理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

たん、機能しなくなります。これは GPS 衛

研 究 背 景 ・ 目 的

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01

星からの、自分の位置を知る（測位する）ための電波が届かなくなるためです。屋内で GPS 相当の電波を出しても、壁や家具で乱反射するので測位には使えません。
屋内ではそれに代えて、音や光を使う測位方法が有望です。音や光を使うと、測位だけでなく、催し物の内容など一般の情報を伝達することもできます。私たちの研
究は、音響および光による測位と通信機能

Hiromichi Hashizume

橋爪 宏達

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03をスマートフォンに付け加えることで、屋内での新しいスマートフォンの利用形態を提案します。

アーキテクチャ科学研究系
教授

研究内容

屋内ナビゲーションのための位置計測では、屋外のGPSの測位精度（数メートル）より高い精度が要求されますが、私たちはそのために「位相一致法」というミリメートル精度の計

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

測原理を開発しました。この手法は、スマートフォンのビデ
オカメラを使った光の信号と併用すると特に効果的なため、私たちは可視光通信技術も研究し、二つの技術を合わせ

音と光によるスマホの屋内測位（右下画面）。位置の数値に合わせて、 光信号で送られた“HELLO, WORLD”の文字が表示されているることにより、屋内における高精度の測位を可能にしました。
ビデオカメラの可視光通信は低速な通信速度しか得られないのが欠点でしたが、測位利用の副産物として「仮想正弦波解析」という新しい通信技術を開発し、従来の通信速

知能システムの実現を目指して

知能システム科学

05

度を10倍程度更新しました。

産業応用の可能性

実験室内の音響計測では、位相一致法により、3メート

ルタイム音声を送ることができるため、催し物の各コーナー

ルの位置で3 5ミクロンの計測精度を達成し、これは世界記の説明をその位置にいる人に可視光通信で行えるはずで録になっています。このため同方式を工場の生産ラインで、す。自動車のテールランプと車載カメラによる車車間通信に

加工対象の精密な位置決めに使うことも検討されています。

も応用できます。

ビデオカメラを使う可視光通信では、私たちの方法ではリア

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学

06

研究者の
発明
18

♦特許第5305324号：距離測定方法、距離測定用受信局装置及び位置測定システム（位相一致法による精密な音響測位技術。電波や光でも可能）♦特開2017-192122：情報送信装置、情報受信装置、情報伝送システム及びプログラム、測位システム、
照明器具並びに照明システム（可視光通信で理論最高速を達成）

2019

Contact Information

アーキテクチャ科学研究系 教授

橋爪 宏達

Email：has@ nii.ac.jp

研究分野 ▶情報学基礎 ▶ソフトウェア科学▶形式手法
情報基礎科学今日、製造業においては高度な情報処理技術を用いた自動化とソフトウェア支援により、設計から生産までの製造工程のあり方を根本的に変える

─高品質・高効率な製品開発に向けて取り組みが進んでいます。この背景を踏ま「形式手法」と呼ばれる数学的手法を工業

02

発効率を画期的に向上させることは、それらが計算機制御され、その機能・複雑さ・
社会的責任を増している今日、学術的・産業的に非常に重要なトレンドとなっています。
本研究では、JST ERATO「蓮尾メタ数理システムデザインプロジェクト」を通して先

Ichiro Hasuo

進的形式手法の研究、さらに産業界の実問題

形式手法を自動車制御などの物理情報システムに適用するためには、従来、コンピュータでの計算を前提として扱っ

化理論を用いて具体化、また機械学習等の実践的ソフト
ウェア工学手法を活用して実用化を目指します。
図1

04

形式手法の拡張：ソフトウエアから物理情報システムへ張が必要となります（図1）。私たちは独自のアプローチとし

工業製品て、形式手法の拡張過程そのものを
「論理学」
「圏論」
と

連続的物理ダイナミクス

いった抽象数学を駆使して解析、高次（メタレベル）の理論を（確率，時間，エネルギー，…）

定量的性能指標

構築し形式手法の諸技法を一挙に拡張します（図2）。一方、
ソフトウエア

応用面では、これらの理論研究の成果を制御理論、最適

離散的ダイナミクス

形式仕様記述 ＊制約・性質の計算機で操作可能な記述＊仕様充足の数学的証明＊計算機での自動証明も自動生成＊仕様充足の数学的保証付き＊自動探索

この研究では産業応用志向が一つの特徴です。具体的な方向性として二つのアプローチで進めています。一つ目のアプローチでは国内外の企業と協働し、実際の製品

図2

独自の方法論：メタ理論による移転

設計プロセスに対し形式手法の支援を行います。ここでは現状の開発プロセスに適用することで、具体的・実践的な形式手法の適用実現とその効果を実証します。二つ目のアプローチは、将来の製品設計プロセスにおける形式手法

圏論，論理学，…

メタ理論家

T+e

T [e]

T1
T2
T3

+
+
+

e1

T 1 [e1]e2

T 2 [e2]e3

T 3 [e3]

新たな関心事

物理情報システムのための形式手法

06
ソフトウエアのための形式手法

物理情報システムの多様な応用に即応
産業界
（製造業）
のニーズに根ざした理論展開
現代数学の抽象性から生まれる応用

タールー大学の自動運転車プロジェクトをテストベッドとして形式手法の産業応用について先駆的研究を行います。
♦特許第5843230号：ハイブリッドシステムの検証方法、および検証装置

Contact Information

アーキテクチャ科学研究系 准教授／
システム設計数理国際研究センター長

蓮尾 一郎

Email：hasuo @ nii.ac.jp

2019

19

情報社会を多角的に捉えるの包括的な一般論を構築（さまざまな T と e に一挙に適用可能）とした先駆的な製品設計プロセスを実践するカナダのウォ

研究者の
発明

理論拡張のプロセス自体を理論的に解析

情報環境科学の果たす役割を追求します。ここでは、ソフトウェアを中心

05

知能システムの実現を目指して

形式検証

知能システム科学

産業応用の可能性

定性的指標（Yes / No）

メディアの振る舞いを探求する

時間などの「連続的要素」の両方を包含するような理論拡

実証、実用化を目指すことを目的としています。

情報メディア科学てきた「離散的要素」と物理系の連続ダイナミクスや確率・

ソフトウェア科 学に対する応用・実装を進め、形式手法の効果

アーキテクチャ科学研究系 准教授／
システム設計数理国際研究センター長

研究内容

03

多様化する知識創成型社会を支える

蓮尾 一郎

理論・実践から情報システムを創り出す

製品の開発に適用し、製品の信頼性や開情報基盤科学研 究 背 景 ・ 目 的え、従来、ソフトウェア開発に用いられてきた基礎理論の深みを解き明かす「形式手法」を
ものづくりへ01

研究分野 ▶3次元復元 ▶機械学習 ▶距離画像処理

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01

実世界への応用を目指した高精度な3次元復元技術の開発

3 次元復元は、撮影された被写体の形状や距離等の 3 次元情報を復元することを目的としたコンピュータビジョンの研究分野です。例えば、自動運転車が周囲の環境を理解して安全に

研 究 背 景 ・ 目 的理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

走行するためには、建物や他の車までの距離の情報が不可欠です。あるいは 3D
プリンターで出力するために被写体の形状をスキャンするといった用途も考えられます。
人間がさまざまな手掛かりを利用して奥行きを知覚するのと同様に、復元する対象やアプローチは多岐にわたり、それぞれが独自の研究分野を形成しています。私はこの分
野で、陰影の変化を利用して被写体の法

Satoshi Ikehata

池畑 諭

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03

線画像を復元する「フォトメトリックステレオ法」
および「建築物内部の 3 次元復元」をテーマ

コンテンツ科学研究系
助教

研究内容

・フォトメトリックステレオ法に取り組んできました。

図1

機械学習に基づくフォトメトリックステレオ法のアイデア

フォトメトリックステレオ法は様々な方向から被写体に光を・ジオメトリ・光源・カメラを設定・画像＋法線をシミュレート

当てて、陰影の変化から3次元復元を行うアプローチでメディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

す。数理的には光が被写体に反射してカメラに到達す

共有リソースを活用
・フリーCGモデル素材
・レンダリングエンジン

る過程をモデル化し、その逆問題を最適化する過程で

図2

存研究では単純な光学系のみが扱われてきました。そこ構造化された屋内 3 次元モデルとその応用
屋内環境の
構造化の例

で私たちは、困難なモデル化をCGデータを用いた機械
学習によって代替し、より汎用的な対象に対してこの手

間取り
自動生成

法を適用することを実現しました（図1）。

知能システム科学

知能システムの実現を目指して

05

❸
学習された
モデルの実画像への適用❶シミュレーションに基づく画像データベース作成

被写体の法線画像を復元します。しかし、相互反射のような複雑な物理現象をモデル化することは困難で、既CADによる
編集

ナビゲーション

・建築物内部の3次元復元

建築物は人間が住みやすいように注意深くデザインされており、「壁は平面で地面に対して垂直である」等の共通ルールが幾つも存在します。そのようなルールを上手く情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06❷
画像と法線の関係を学習

産業応用の可能性

3次元復元技術は今後以下のような応用が期待されてい利用することで、高度な3次元情報を復元することが可ます。

能になります。これまでに、復元された3次元モデルに対● 重要文化財の形状保存

して「部屋」、「壁」、「天井」等の構成要素への階層的● 屋内ナビゲーションや家具配置のシミュレーション

構造化手法を実現し、間取り図の生成、ナビゲーション● タンパク質の形状復元、人工関節や臓器の生成のためシステム、CAD編集等に応用してきました（図2）。

の人体測定● 自動運転技術やロボットの制御● V R、ARコンテンツの生成

研究者の
発明
20

♦該当なし

2019

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コンテンツ科学研究系 助教

池畑 諭

Email：sikehata @ nii.ac.jp

研究分野 ▶大規模リアルデータ ▶データセット共同利用 ▶オープンサイエンス

スト、音声、画像、映像、センサーデータなどのインターネットを通じて集積された大規模なリアルデータが、必須の研究資源となっています。
しかし、多くの場合は大学等の研究者が個別にこのようなデータを取得することは困

情報基盤科学02

害となっています。一方、民間企業等では、業務の中で生成された大量のデータを十分に活用できていないという課題があります。そこで NII のデータセット共同利用研

Keizo Oyamaの共同利用を推進することによりこれらの問題を解消するとともに、データを核とした産学連携の自律的発展を可能とするエコシステムの構築を目指しています（図）。

研究内容

大規模リアルデータには著作権や個人情報保護等に加えて、企業の経営的な観点からの制約もあります。そこでの共同利用の枠組みを整備するとともに、運用上もデータ提供者と利用者を仲介する窓口機能を果たしています。
また、データ提供者と利用者の双方がメリットを感じられるよう、データへのDOIの付与や研究成果の収集とフィー

評価型 WS 運営

IDR

構築・取りまとめ
民間企業
研究機関
…
大学
プロジェクト
…

IDR 整形SRC

加工・整形

NII 研究者

04

テスト
コレクション
大規模
データセット
音声
コーパス

研究
成果

映像
コーパス

ノウハウの提供・
アドバイス

利用者
窓口・支援

コミュニティー活動支援（課題の共有・評価ワークショップの企画など）

ドバックのためのシステム整備などを行うとともに、関係者がミュニティの形成と発展のための活動を行っています。
データの提供者と利用者が、直接意見交換することができる
IDRユーザフォーラム

産業応用の可能性

民間企業が保有しているデータを提供いただき、学術界で広く研究に利用してもらうことで、自社内では気づかなかったデータの活用や新たな技術開発に加えて、社会貢献や人材養成なども期待できます。また、IDRユーザフォー

知能システムの実現を目指してな課題や研究成果などを共有する場を設けるといった、コ05

知能システム科学

一堂に会するIDRユーザフォーラムを毎年開催し、リアルメディアの振る舞いを探求する

よう、研究利用上のルールや利用契約、利用者管理など

受入・保存・配布

NTCIR

研究者

は、データ保有者が安心して研究者にデータを提供できる

IDRを介した産業界と大学等の
研究コミュニティのイメージ

情報メディア科学（IDR）事業で本センターの「情報学研究データリポジトリ」

図

多様化する知識創成型社会を支える03

ソフトウェア科 学

コンテンツ科学研究系 教授／
データセット共同利用研究開発
センター長

等と研究者の間を橋渡しして、データセット

理論・実践から情報システムを創り出す

難であり、これが研究の深化や拡大の障究開発センターでは、このような民間企業

大山 敬三

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学

近年、情報学やその関連研究分野では、テキ研 究 背 景 ・ 目 的

産学連携による
研究用データセットの共同利用とエコシステムの構築

01

ラムでの企業セッションへの参加やイベントの企画、評価型
ワークショップNTCIRのタスク提案・運営など、研究コミュに、データ提供者と利用者による共同研究のためのマッチ
ングの場を提供するなど、産学連携に根ざした共同利用の深化に取り組んでいきます。

研究者の
発明

♦該当なし

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コンテンツ科学研究系 教授／
データセット共同利用研究開発センター長

大山 敬三

Email：oyama @ nii.ac.jp

2019

21

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06

ニティの中に自ら参画することもできます。IDRでは今後更研究分野 ▶セキュリティ ▶機械学習 ▶人工知能

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学

理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

現在、機械学習とくに深層学習の進展により、非常に自然、そしてそっくりだが、真正で研 究 背 景 ・ 目 的

機械学習により生成された
巧妙なフェイク動画を自動検知する技術

01

ないメディアを生成することが可能になりつつあります。とりわけ、ある特定の人の顔をリアルに生成することが可能となっており、CG 技術への応用等が期待される一方で、フェイクニュース等への悪用も懸念されています。実際、「DeepFake」のようにリアルなフェイクビデオを容易に生成するアプリも公開され、ビデオ投稿サイトには実際に顔の改ざんを行ったフェイクビデオが多数存在

し、社会問題となりつつあります。

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

Isao Echizen

Junichi Yamagishi

情報社会相関研究系教授

コンテンツ科学研究系
教授

越前 功

山岸 順一

研究内容

私たちは、動画上の顔の改ざんを自動的に行う技術で産業応用の可能性

ウイルスソフトや悪意のあるサイトを検知するソフトのよう生成された巧妙なフェイクビデオを自動識別するディープに、悪意をもって改ざんが行われたフェイクビデオを自動でラー ニング 技 術を新 たに 開 発しました。 本 技 術 は、

フィルタリングするソフトとして、本技術を活用することが期「DeepFake」や「Face2Face」のようにリアルなフェイクビ

待できます。

デオを生成する技術に焦点を当てたものです。フェイクビデ
オを自動識別するネットワークは主に2段階で構成され、ビ

図

提案システムの構成図

デオ内の顔画像から特徴を抽出するVGGモジュールと、

知能システムの実現を目指して

知能システム科学

05

抽 出され た 特 徴 量 間 の 整 合 性を判 断 す るCapsule
networkで構成されます（図）。

Preprocessing

VGG-19CapsuleNetwork

Postprocessing

本システムの識別精度は非常に高く、評価実験では、「DeepFake」で99.23%、「Face2Face」で99%（圧縮なし）、
8 1.20%（圧縮あり）の精度を達成しました（写真）。

フェイクビデオの自動判定結果

自動判定結果の動画は、https://nii-yamagishilab.
github.io/Capsule-Forensics/で見ることが可能です。

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学

06

研究者の
発明
22

♦タイトル：Capsule-Forensics: Using Capsule Networks to Detect Forged Images and Videos
著者：Huy H. Nguyen、山岸 順一、越前 功
掲載誌：International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing（ICASSP）2019
Arxiv：https://arxiv.org/abs/1810.11215

2019

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コンテンツ科学研究系 准教授

山岸 順一




Email：jyamagis@ nii.ac.jp

研究分野 ▶音声情報処理 ▶機械学習 ▶人工知能

従来、音声波形を合成する手法として、ボコーダ法と呼ばれる手法が提案され、携帯電話等で声の品質は、人間の音声より品質が劣るものでした。2016 年に海外の有力 ICT 企
業が、深層学習（ディープラーニング）を駆02

し、人間の肉声に近い高品質な音声波形
が 生 成できることを示しました。しかし、
WaveNet 法 は、 非 常 に 複 雑な構 造 のニューラルネットワークのため、機械学習に大量の音声データが必要であること、また、正しい予測結果を得るためにはパラメータ調整

Wang Xinなどさまざまな試行錯誤を幾度も繰り返さなけれ

ソフトウェア科 学

03ばならないなどの問題がありました。

コンテンツ科学研究系
特任研究員

研究内容

1 960年代に発表されたソースフィルター・ボコーダ法は、産業応用の可能性

NSF法は、海外の有力ICT企業の特許技術とは異なす。NIIの研究チームは、このソースフィルター・ボコーダ

より音声合成の新たな技術開発が進むことが期待されま法にニューラルネットワークを導入することで、人間の肉声す。そこでNSF法のソースコードを無償で公開し広く利用に近い高品質な音声波形を生成する新手法を開発しましできるようにしました。

04

（ソース
今回の評価に使った機械学習データのサンプルの機械学習のために必要な音声データが1時間程度でよい

コード、学習済みのモデル）と、実際に合成された音声データ

こと、簡易な構造のニューラルネットワークのため、パラメー（日本語・英語）のサンプルは、以下のページで公開しています。

タ調整をしなくても正しい予測結果を得ることができるなど

ソースコード https://github.com/nii-yamagishilab/の特徴があります。また、大規模な検証からWaveNet法

project-CURRENNT-public

によって生成された音声と同等に高品質であることが示され学習済みのモデル（これを実行すると英語の音声を生成することました（図）。

ができます。） https://github.com/nii-yamagishilab/

project-CURRENNT-scripts

合成された音声のMOS 法による評価結果

Natural：人間の音声
W O R ：World という名のソースフィルター・ボコーダ
W A D ：オリジナル WaveNet 法（2016 年に発表された計算量が非常多い手法）と類似の方法W A C ：高速WaveNet法（2017年に発表された計算量が削減された手法）
N S F ：NSF 法（今回開発したニューラル・ソースフィルター・モデル）

音声サンプル（日本語・英語） https://nii-yamagishilab.

github.io/samples-nsf/index.html
なお、以下のページで、人間の肉声、ソースフィルター・
ボコーダ法を用いた音声、WaveNet法を用いた音声、

4

NSF法を用いた音声を聞き比べていただくことができます。

306https://youtu.be/yr_xMq1gxKY

2
1Natural

WOR

WAD

WAC

NSF

赤：「テキスト情報から予測された周波数等の特徴」を入力して合成した音声の評価
青：「人間による実際の音声波形から直に抽出した周波数等の特徴」を入力として合成した音声の評価

研究者の
発明

♦タイトル：Neural source-filter-based waveform model for statistical parametric speech synthesis
著者：シン ワン、高木 信二、山岸 順一
掲載誌：International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing（ICASSP）2019
Arxiv：https://arxiv.org/abs/1810.11946

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コンテンツ科学研究系 特任研究員

シン ワン

Email：wangxin @ nii.ac.jp





2019

23

情報社会を多角的に捉える

5

情報環境科学

音声の品質（MOS）

知能システム科学

図05

知能システムの実現を目指してた。NSF法と名付けたこの手法は、ニューラルネットワーク

メディアの振る舞いを探求する

る理論による手法であることから、NSF法を活用することに情報メディア科学

ボコーダ法の最も有名なモデルとして広く活用されていま多様化する知識創成型社会を支える

シン ワン

理論・実践から情報システムを創り出す

使した音声合成手法 WaveNet 法を提案

情報基盤科学研 究 背 景 ・ 目 的

ニューラル・ソースフィルター・モデル

広く利用されてきました。しかし、合成された音基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学

自然な音声を高速に合成する新手法

01

研究分野 ▶機械学習 ▶画像処理 ▶音声処理

顔映像と音声信号の同時変換による
マルチモーダルな
話者変換技術

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01

ジタルクローン化し、VR 空間で再現する技術が実用化しつつあり、様々な分野で応用が期待されています。私たちが注目しているのは、

研 究 背 景 ・ 目 的理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

機械学習の進展により、個々の人間の特徴をデ話者変換です。話者変換とはある人物の顔と音声を、違う人物の顔と音声に変換する技術です。例えば、その場にいない演者、一人二役の演者による映画を製作する際等に、この話者変換技術を利用できると期待されます。この話者変換では、細かい表情を捉えるために特別な機材と方法が必要となりますが、既存技術ではある一つのモダリティを再現もしくは変換する研究がほFuming Fang

房 福明

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03

とんどでした。具体的には、顔と音声を個別に変換し統合していたため、変換した顔の動き（特情報社会相関研究系
特任研究員に唇）と音声が不自然になる問題がありました。

研究内容

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

本研究では、ビデオカメラとマイクロフォンで収録した感情

者の顔映像と音声信号の両方を同時に生成することを実

豊かな顔映像と音声信号の両方を同時に用い、相互に影現するニューラルネットワークを開発しました。この手法で響すると考えられる顔と音声の特徴を考慮したうえで話者

は、入力する顔映像と音声信号の相関を捉えることが可能

変換を実行する技術を開発しています。さらに、感情豊かであり、生成された目標となる話者の顔と音声の同期がよりな顔と音声の同時変換を実現することも狙っています（図）。

自然になります。とりわけ、より豊かな顔・音声の表現を変そこで、顔映像と音声信号から特徴量を抽出し、融合換する際に、この相互作用が重要です。さらに感情の強すること、および、融合された特徴量を目標の話者へ変換

度やタイプを制御することも可能で、感情表現の強調といっすること、そして、その変換された特徴から目標となる話

た操作が可能です。

図知能システムの実現を目指して

知能システム科学05提案したマルチモーダル話者変換ニューラルネットワーク。
顔映像と音声信号を同時に変換することが可能。

出力（目標話者の顔・音声）

産業応用の可能性● 映画やアニメーション映画などの製作に応用可能と期待されます。
● ユーザの顔と音声情報によるアバター制御が可能となります。アバターを通じて、バーチャル世界で実世界にいるようなコミュニケーションができると期待されます。
顔・音声同時変換モデル● 無人コンビニや無人レストランのコミュニケーション用イン

タフェースへの応用も考えられます。

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06

入力（変換元の話者の顔・音声）

研究者の
発明
24

♦タイトル：Audiovisual speaker conversion: jointly and simultaneously transforming facial expression and acoustic characteristics
著者：房 福明、シン ワン、山岸 順一、越前 功
掲載誌：International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing（ICASSP）20192019

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情報社会相関研究系 特任研究員

房 福明




Email：fang @ nii.ac.jp

研究分野 ▶コンピュータビジョン ▶水中3次元復元 ▶カメラシステム

存と発展のために天然資源や海洋生物の調査が盛んに行われています。海中にあるものの状態を正しく認識するためには、光の三原色である Red、Green、Blue（RGB）の色と 3 次
元形状、モーションがとても重要です。そ情報基盤科学02

ら取得することができます。現在、商品化している 3D ビデオからこれらの情報を取得する方法として、人間の視覚システムを模倣するステレオ（Stereo）、ストライプや格ライト（Structured Light）、光の飛行時間を測定するタイム・オブ・フライト（Time-of-Flight）

ソフトウェア科 学

03などがあります。しかし、水中の対象物の 3 次

コンテンツ科学研究系
准教授

元形状や RGB の色を正しく測定することはこれまで困難でした。

研究内容

水中の対象物の3次元形状やRGBの色を正しく測定でき多様化する知識創成型社会を支える

鄭 銀強

理論・実践から情報システムを創り出す

れらの情報は、3D ビデオの撮影データか

子状のパターンを利用するストラクチャード
Yinqiang Zheng

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学

地球表面のおよそ 70% は海であり、人類の生

研 究 背 景 ・ 目 的

水中シーンの3Dビデオ
撮影に向けたマルチスペクトル
RGB-Dカメラの開発

01

るようにするため、水中シーン専用の「マルチスペクトル
RGB－Dカメラ」の研究開発を推進しています（図）。このカ

す。RGBカラーについても、水の影響を除いて、対象物

産業応用の可能性

マルチスペクトルRGB－Dカメラは、魚の3次元行動軌

本来の色に修正することができます。高速並列処理により、跡解析による養殖技術の高度化や、水の中に隠れている

3次元形状とRGB色を統一して、高解像度3次元ビデオを

文化遺産の3次元デジタル化、珊瑚の成長状態の調査など、

リアルタイムで出力することができます。

さまざまな応用分野で役立つことが期待されます。

水中 3 次元復元方法を用いた「マルチスペクトルRGB－Dカメラ」

G

B
色修正

RGB テクスチャ

知能システムの実現を目指して

R

05

知能システム科学

図

メディアの振る舞いを探求する「Trispectral Depth Sensing」という3次元復元方法で

04

情報メディア科学

メラの最大の特徴は、水の吸収特性に基づく革新的な

3 次元形状
赤外 2

赤外 3

06

テプス推定

マルチスペクトル RGB-D カメラ
研究者の発明♦特開2017-106877：「画像処理装置、画像処理方法及びプログラム」

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コンテンツ科学研究系 助教

鄭 銀強Email：yqzheng @ nii.ac.jp

2019

25

情報社会を多角的に捉える

水中シーン

情報環境科学赤外 1

研究分野 ▶コンピュータビジョン ▶コンピューテーショナルフォトグラフィー ▶画像解析

物体の中を見る

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01─散乱特性・情報を獲得するイメージング技術

私たちが普段見ている光は、大変たくさんの情報を含んでいます。光は、現実世界の物体に作用し、反射、屈折、吸収、散乱などの光学的過程を繰り返しながら伝搬します。例えば、研 究 背 景 ・ 目 的理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

散乱体を多く含むような生体組織の顕微鏡観察において、光は散乱粒子に繰り返しぶつかり、そのたびに吸収と散乱を繰り返します。その場合、透過光と散乱光の重ね合わさった情報が観測され、散乱の影
響により不鮮明になってしまいます（図 1（a）（b））
。従って、透過光と散乱光を分離できるならば、染色を行わずに、吸収スペクト
ル等の組成情報を正しく計測できるようにな

Imari Sato

佐藤 いまり多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03

ります。また、物体内の光の伝播の様子を画像として捉えることができれば、物体内部の光がコンテンツ科学研究系
教授

き、実世界を理解することに役立ちます。

研究内容

光源のパターンとカメラを組み合わせた撮像技術により、物体の組成情報や光の伝搬等の物理的特性を解明する技術を研究しています。高周波照明を投影し、かつ照明とカ

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

知能システムの実現を目指して

知能システム科学05

作用している物理的特性等を推定することがで

産業応用の可能性

生体組織の非接触・非侵襲イメージングによる構造や機メラのそれぞれについて、焦点が合っている状態と焦点ぼ能解析が非常に期待されていますが、複雑な構造で複雑けが生じている状態の違いを利用することで、透過光と散な内部散乱を生じることから、観測光成分を詳細に分離す（図1（c））
乱光を分離した顕微鏡観測が可能になります。
。

ることは容易ではありません。詳細な組織ごとの吸収や散高周波照明の明暗の変化時における、透過光（合焦）と散乱

乱情報を獲得できる本イメージング技術は、染色不要なこ

光（合焦および非合焦）の観測の変化に注目し、厚みのある試とから生細胞へのダメージ回避に加え、物品検査等様々な料の全ての深さの光が重ね合わさった観測から透過光と散分野の計測分析にも汎用できます。

乱光を分離できる仕組みです。また、通常の可視光光源とまた、光の伝搬過程が可視化できることは、物体表層

カメラを用いて、物体表層内の光の拡散や散乱による伝搬の構造の推定に非常に有効ですが、物体表層内の光の過程の可視化も可能にします。物体内の光の伝搬距離に伝搬過程や色は物体表面を見ただけではわかりません。

着目し、ある半径のリングライト下と、それより少し大きい半径

本イメージング技術により、物体の内部を切らずに、通常のリングライト下の画像同士の差分は、光の伝搬距離があのカメラと光源で撮像するだけで、光の伝搬過程や色の復（図2）る距離区間に限定された画像になることを示しました。

元も可能にします。なお本手法は現在特許申請中です。

図1

透過光と散乱光の分離観測

図2

リングライトによる光の伝搬過程の可視化

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学

06

（ a）

（b）

（c）観測画像

透過光

散乱光

例えば、散乱体がなければスケールは鮮明に観測可能（a）だが、散乱体が多いと不鮮明になる（b）。本顕微鏡システムを用いた透過光と散乱光の分離手法により、従来計測が難しかった詳細な生体組織の散乱係数や吸収係数の計測が可能になる（c）
。

研究者の
発明
26

通常照明の投影像（左）、リングライト照射の様子（上段）、各半径のリングライトに照射された画像（中段）、光の伝搬距離がある特定の距離区間に限定された画像列（下段）。

♦特許第4982844号：投影画像補正システム及び投影画像補正プログラム♦特許第6471942号：画像処理装置、画像処理方法及び記録媒体♦特開2018-022287：画像処理装置及び方法、画像処理プログラム、並びに投影装置♦国際公開番号WO2016/121866：デジタルホログラフィ記録装置、デジタルホログラフィ再生装置、
デジタルホログラフィ記録方法、およびデジタルホログラフィ再生方法

2019

Contact Information

コンテンツ科学研究系 教授

佐藤 いまりEmail：imarik@ nii.ac.jp

研究分野 ▶画像・映像検索 ▶画像・映像意味解析 ▶映像アーカイブ解析

テレビ放送やケーブルテレビだけでなく、インター
ネット上や SNS 上などでも視聴しうる画像・映像
情報は増加の一途をたどっており、私たちは日々な画像・映像情報を得るためには検索技術が重要な役割を担いますが、その実現

02析が必要不可欠です。また、大量の画像・映像から所望の情報を得るためには、効率の良い検索アルゴリズムの検討も重要です。さらに、人の検索の意図をうまくくみ取れるような柔軟な画像検索技術も必要となってきます。そして、こうした技術の応用として、

Shin'ichi Satoh

大規模な画像・映像アーカイブから知識を発見

私たちは、高速・高精度の画像検索の基本となる技術

ソフトウェア科 学するような技術の検討も重要です。

コンテンツ科学研究系
教授

研究内容

03

産業応用の可能性

私たちが保有する高速・高精度画像検索技術は、基体検索が可能なアルゴリズムを実現しています。また、こなのではないかと考えています。例えば、eコマースサイト

れに基づき、物体間の位置関係を柔軟に扱える画像検索の画像データベース中の商品検索、放送映像やSNS映像

システム、物体間の関係までを含む複雑な検索意図を自然中に現れる特定商品の検索、監視カメラ映像中の特定人

言語の説明文による問合せとして扱える技術（図1）、画像

物や特定事物の検索等が考えられます。また、放送映像

データベース中の類似画像の分布度合いに基づく高精度や画像データベースと、企業保有の統計情報（視聴率は端かつ高速の画像検索技術等を実現しています。

的な例だが、特定商品の売り上げ情報等が考えられる）との関連

また、その応用として、テレビ放送を蓄積し続けている

04

性解析のような応用も考えられます。

数年規模のテレビ放送アーカイブNII TV-RECSに基づき、知能システム科学するためのマイニングツールを実現しています（ビデオリサーチ社との共同研究による）（図2）。
検索者の意図を柔軟にくみ取れる画像検索システム

図2

 送映像アーカイブと視聴率との統合解析による
放視聴者行動の理由解析システム



自転車を
運ぶ乗用車

ヘルメットを
着用した人
が自転車
に乗る

研究者の
発明

♦該当なし

Contact Information

コンテンツ科学研究系 教授

佐藤 真一

Email：satoh @ nii.ac.jp

2019

27

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06

犬とスキー

知能システムの実現を目指して

05

視聴率情報を組み合わせて、視聴率の変化の理由を解明

図1

メディアの振る舞いを探求する

本的な技術であり、様々な局面での産業応用に適用可能
情報メディア科学を開発し、通常のPCで、1 0 0万枚の画像から0.5秒で物多様化する知識創成型社会を支える佐藤 真一

理論・実践から情報システムを創り出すのためには、画像・映像の意味内容の解

情報基盤科学研 究 背 景 ・ 目 的

これらから有用な情報を得ています。必要

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学

高速・高精度な画像検索と放送映像アーカイブ解析

01研究分野 ▶自然言語処理

人間の知的活動を支援する
テキスト処理技術

言語は人間の知的な活動の基盤であり、コンピュータによる言語処理は、知能システムの欠かせない構成要素となっています。言語処

研 究 背 景 ・ 目 的定を支援するためには、単にコンピュータ
でテキストの意味を解析するだけではなく、テキストの読み手・書き手である人間が、どのように言語を処理しているかを想定して、システムを構築する必要があります。
本研究では、深層学習を含む機械学習、
コーパス分析、アノテーションなどを用いて、コンピュータによるテキストの意味解析と人の言語活動のモデル化、および両者をつなぐ手

Akiko Aizawa

相澤 彰子

法の開発に取り組んでいます（図 1）。

コンテンツ科学研究系 教授／
知識コンテンツ科学研究センター長

研究内容

図1

テキストを介した人間の言語活動（研究背景・目的）

Information Accesssearch, shopping, ....

最近の研究トピックとして、「人間・コンピュータの共通理

解基盤の実現に向けた言語理解タスクデザイン」を紹介します（図2）。人間とコンピュータが言語テキストを介して情報

a 情Learning

online text,
scientific papers, ...

rd

sca

Di

ct

Sele

をやりとりするためには、与えられたテキストに対する解釈

Und

（意味）
を共有する必要があります。ここで、機械学習を前

Re

ersta

Browsing

news, eBooks, ...

mre

通理解に必要な言語スキルを明らかにしたり、特定の言語

pa

提とする今日の言語処理において、研究の要となるのは言語タスクのデザインです。言語タスクを工夫することで、共

nd

fer

Co

メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04s

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03cu

理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

理により人間の情報収集・発信や意思決

Fo

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01▶テキストメディア ▶知識処理

Communicatione-mail, twitter, chat, ...

スキルを獲得するようにコンピュータを訓練したりすることが可能になります。言語タスクのデザインは、知能システムを動かすためのプログラミングの役割を果たしているといえま

知能システム科学

知能システムの実現を目指して05す。そこで本研究では、データ収集や評価の方法までを含めた言語タスクの分析や設計に取り組むことで、人間の質問に答えたり、人間と対話してタスクを遂行したりするシ
ステムの実現を目指しています。
図2

現在、言語処理システムを訓練したり性能を比較したりするために多種多様なタスクが提案されており、それらを体系的に扱う技術は、今後ますます重要になると考えられます。適用例として、大量の文書を解析してユーザの質

対話タスクの設計（研究内容）問に答える質問応答システム、チャットボットによるオンライン

A: Do you have a light gray dot towards the right edge
B : I don’t think I see it. Do you see a lighter dot directly above a darker dot?
A: Yes is it a small dot
B : Yes it’s a smaller dot.
So let’s click on the lighter one
A: SELECT red
B : SELECT blue

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06

産業応用の可能性

対話システム、定型表現を用いた文章作成支援などがあります。また、本研究で取り組んでいる、文書のレイアウトや論理構造の解析、専門用語抽出、エンティティリンキング、数式などの非言語オブジェクトの検索などの基盤技術は、言語を扱う多くの場面で活用することができます。

研究者の
発明
28

♦該当なし

2019

Contact Information

コンテンツ科学研究系 教授／
知識コンテンツ科学研究センター長

相澤 彰子

Email：aizawa @ nii.ac.jp

研究分野 ▶知能ロボット ▶Human-Robot Interaction ▶バーチャルリアリティー
情報基礎科学

日常環境でのユーザの生活支援を目的とする知能ロボットの実現のためには、様々な空間的・身体的な状況に対応する判断能力と適切な対応行動を学習する必要があります。しかし、学習などを直接応用することは困難です。

02

験データを収集するコストが膨大であることです。特に適切な対人行動の経験サンプ
ル採取のためには、実際の人間がロボットと共同作業を長時間行う必要があり、効率的ではありません。そこで、効率的に対人行動経験から適切な行動を学習するため

Tetsunari Inamuraに、クラウド型の VR プラットフォームを開発し、ソフトウェア科 学

03

ユーザと対話しながら学習し、生活を支援する

情報学プリンシプル研究系
准教授

知能ロボットの実現を目指しています。

研究内容

実際のユーザーがVR空間上で、社会的・身体的なイン

タラクションを仮想の知能ロボットと行うため、知能ロボットの図 ラウド型 VRによる社会的・身体的対話経験のク
蓄積と利活用プラットフォーム（Robotソフトウェア 開 発 のミドルウェアで ある「ROS」
ロボット・支援システムが参照する学習サンプル

04
研究者コミュニティーへの標準データセットの提供「SIGVerse」を開発しました。これにより、ロボット開発者
は従来までのロボットソフトウェアを改変することなく、VR空
間に知能ロボットシミュレーターを再現し、ユーザーがクラウ

メディアの振る舞いを探求するフォームである「Unity」を統 合したソフトウェア基 盤

社会的身体的
対話行動経験

情報メディア科学

Operating System）と、VRアプリケーションの開発プラット

多様化する知識創成型社会を支える

稲邑 哲也

理論・実践から情報システムを創り出す

その理由は、学習に必要となる大量の経情報基盤科学研 究 背 景 ・ 目 的

近年の機械学習の主流となっている深層基礎理論の深みを解き明かす

生活を支援する
知能ロボットのためのクラウド型 VRによる対人行動学習基盤

01

ドを介して仮想ロボットと身振り手振り・ジェスチャー・音声
対話などを用いた身体的・社会的な対話を行うことが可能を展開しています。

産業応用の可能性

クラウド型VRプラットフォームの構成図：ユーザーは任意の場所からクラウド上の知能ロボットとの対話実験システムに参加することが可能です。
収集された社会的・身体的な対話経験はオープンなデータベースとして蓄積され、知能ロボットのリアルタイムな学習に用いる事が可能で、研究者コミュニティーへ提供することも可能です。

行動を蓄積することも可能であるため、例えばスポーツ動とは異なる理想的な動作を提示することによって、回復を

作や特殊技能の訓練のための経験コーチングシステムへの促すニューロリハビリテーションの基礎研究を科研費の新学応用が考えられます。第一人称視点で自身の運動と理想術領域研究で進めており、在宅でのVRを活用したリハビリ的な運動の差異をVR上で確認することで、効率的な訓練システムへの応用も期待できます（図）。

06を実施することが期待されます。また、片麻痺の患者のた

研究者の
発明

♦特許第6381097号：リハビリテーション支援装置及びリハビリテーション支援方法

Contact Information

情報学プリンシプル研究系 准教授

稲邑 哲也

Email：inamura @ nii.ac.jp

2019

29

情報社会を多角的に捉える

めのリハビリシステムとして、視覚映像で実際の身体の動き
情報環境科学

人と知能ロボットの対話行動だけでなく、人と人の対話

知能システムの実現を目指して

効率化、日常生活に関わる概念の対話的学習などの研究

05

知能システム科学になります。現在は、ユーザーの実演に基づく模倣学習の研究分野 ▶機械学習 ▶データマイニング ▶バイオインフォマティクス

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01

人工知能の要素技術である機械学習がさまざまな応用分野で注目されています。機械学習の目
的は、経験から学習して自動的に賢くなる計算機プログラムをつくることで、自動運転、音研 究 背 景 ・ 目 的理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

データやモデルの幾何的構造を大切にした機械学習
技術の研究

声認識、創薬、不良品検知、ゲームなど
応用は多岐にわたります。インターネットや
IoT の普及などによるデータ量の増加（いわゆるビッグデータ）、GPU 等の計算機ハード

ウェアの発達、そして学習アルゴリズムの理論的発展によって、いろいろなことが一気にできるようになり、とてもエキサイティングな状況です。しかし、機械学習の応用分野が広がるにつれて、より高い信頼性が求Mahito Sugiyama

杉山 麿人

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03

められます。そこで、機械学習の健全性を担保し、さらなる応用の可能性を広げるための理論

情報学プリンシプル研究系
准教授

研究内容

データに内在する構造や、機械学習で用いる計算モデ

ルが持つ構造に着目し、これらを適切に取り扱うための機的および実践的研究を進めています。

図離散構造を持つデータや計算モデルを幾何的空間で捉えることで、
機械学習や統計的解析を実現

離散構造 × 統計 × 幾何

械学習手法を研究しています。これによって、データが多メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

数の変数で記述されているとき、どの変数（の組合せ）が効
いているのか、計算モデルが複雑な構造を持っているとき、どの構成要素が重要なのか、といったことを調べることがで

離散構造

確率分布

多様体

・変数間の依存関係
・多層の計算モデル

きるようになり、より信頼性の高いデータ解析が実現できます。具体的には、情報幾何を用いて構造を持つ対象の空間や幾何を解析し、各対象が持つ情報量を分解します

知能システムの実現を目指して

知能システム科学

05（図）。また、パターンマイニング技術によって、膨大な解空間から必要な候補を高速に見つけ出します。これらの技術
連続的な幾何的空間で統計推論や機械学習を実現するの集積によって、信頼性が高く効率的な機械学習手法を構築すると同時に、情報理論的、統計的観点から、機械学習で得られる結果をより深く評価します。

産業応用の可能性

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06

情報幾何を用いた情報量分解技術は、汎用的な手法とれます。また、一般には、データがグラフやネットワークなして、幅広いデータ解析に使えます。特に、データが多数

どの離散的な構造を持っているとき、その構造を適切に考の変数で表現されているときには、変数間の関連を調べる

慮することができるので、化合物データや時空間データのことができるので、例えばヘルスケアへの応用などが考えら解析などが可能です。

研究者の
発明
30

♦該当なし

2019

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情報学プリンシプル研究系 准教授

杉山 麿人

Email：mahito @ nii.ac.jp

研究分野 ▶複雑ネットワーク科学 ▶ビッグデータ科学 ▶計算社会科学

世界は多くの企業や人、政府が連携し、お金や物が流れる複雑で巨大なグローバル経済ネット
ワークを形成しています。私は、データ科学（経済ビッグデータ・複雑ネットワーク科学）でグロー

裏側にある人権等を無視する「ブラック企02

繋がりの検出と対策を進めています。
グロー
バル化した現在、ブラック企業との間接的な繋がりは企業リスクの推定において極めて重要です。安易な投資が最終的に爆弾の 製 造 資 金 になった 事 例 や、 安 易な
M&A や取引により児童労働問題を抱えた

Takayuki Mizuno

企業を自社の関係先の末端に加えてしまう事例

ソフトウェア科 学

03も発生しています。 データ科学と社会科学の連

情報社会相関研究系
准教授

携による国際問題の解決を進めています。

研究内容

全世界の約5 0 0 0万社が、決算等で報告する親子関係

や取引先情報を繋ぎ合わせて、企業と重要人物のグロー

産業応用の可能性

毎年の2 0カ国・地域（G2 0）首脳会議において、グローバ

以上のメディアやNPO法人から、1 2万社を超える人権や題に対して、グローバル企業が責任を果たすことが急務

環境等を無視する「ブラック企業」のリストを収集し、このグ（2 0 2 5年までに児童労働撤廃）であるとの共同声明が出ていま

ローバル経済ネットワークと接続することで、私たちの身近す。英国では2 0 1 5年に、「奴隷労働とは末端でも繋がっな規範的な企業のすぐそば（数社先）に、地球の裏側の遠くてはいけない」という法律が施行されています。欧州を中離れた「ブラック企業」がいることが分かります。グローバル

心に、このような問題は企業リスクであるとの認識が生まれ、経済のネットワーク特性を調べると、「ブラック企業」がクラス問題に取り組んでいる企業への投資（ESG投資）が、2 0 1 6

ター（集合体）を形成し、わずかな企業が私たちとの橋渡し

年時点で全投資の26%（22.9兆円）
まで急拡大しています。

をしていることが分かってきました。橋渡しをする企業を介

このうねりは日本企業を巻き込んでおり、複雑化したグした物流の監視や援助が持続的でクリーンなグローバル経

ローバル経済ネットワークの中でクリーンである証明が必要

済を構築していくうえで重要です。

になっています。私の研究は、「企業がクリーンであること

情報メディア科学

04

知能システム科学

05

を科学的に証明すること」に応用が可能です。

企業間取引のグローバル経済ネットワーク

図2

環境・労働・ガバナンス問題について報道がなされた企業数

研究者の
発明

♦該当なし

Contact Information

情報社会相関研究系 准教授

水野 貴之

Email：mizuno @ nii.ac.jp

2019

31

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学06

知能システムの実現を目指して

ル経済ネットワークの末端で発生する環境・労働・人権問

メディアの振る舞いを探求する

バル経済ネットワークを構築しています。全世界の約500社

図1

多様化する知識創成型社会を支える水野 貴之

理論・実践から情報システムを創り出す業」との経済ネットワークを介した間接的な

情報基盤科学研 究 背 景 ・ 目 的

バル化の構造を解析し、私たちと、地球の基礎理論の深みを解き明かす

企業や行政のグローバルリスクの
推定と対策

01

情報基礎科学

経済ビッグデータによる

研究分野 ▶認知ロボティクス ▶深層学習 ▶ヒューマンロボットインタラクション

基礎理論の深みを解き明かす

情報基礎科学01

深層学習を用いたロボットの知能化技術

私たちの生活環境において人と共存し活躍する
自律型ロボットの実現が期待されています。しかしながらそのためには、工場内等での単純な繰り返し作業とは異なり、文脈に依存した複研 究 背 景 ・ 目 的理論・実践から情報システムを創り出す

情報基盤科学02

雑かつ柔軟な行動生成や不確実な環境下における適応的な判断といった技術的課題を解決する必要があります。起こりうる状
況の全てを事前に想定し、ルールを記述しておくことは現実的に不可能であるため、ロボットが自らの感覚・運動の経験を学習し一般化することで必要な機能を獲得する仕組みが鍵となります。本研究では、特に人間の認知情報処理を参考にし、その実現

Shingo Murata

村田 真悟

多様化する知識創成型社会を支える

ソフトウェア科 学

03のために重要であるとされている感覚・運動情報の予測メカニズムに着目し、ロボットの知能化

情報学プリンシプル研究系
助教

研究内容

時系列データを扱うことが可能な再帰型神経回路モデル（Recurrent Neural Network: RNN）
をベースとした、ロボッ
メディアの振る舞いを探求する

情報メディア科学

04

知能システムの実現を目指して

知能システム科学

05

技術を開発しています。

産業応用の可能性

人との円滑なインタラクションやコミュニケーションを目的とトの感覚・運動情報の予測学習を行うための深層生成モデ

した自律型ロボットへの応用が期待されます。また、産業ルの構築を行っています。モデルには、時間的階層性が用ロボットにおいても、事前にルールを記述することが困難

導入されており、複雑な時系列データを要素単位に分解しな問題に有用であるといえます。例えば、熟練作業においその組み合わせとして表現することが可能です。また、
デーて、模倣学習によって熟練者の動きだけではなくそのスキルタに含まれる様々なレベルの不確実性を推定することも可能までをロボットに獲得させることが例として挙げられます。さです。構築したモデルをロボットに実装し、模倣学習、人らには、提案モデルの応用先として、ロボットの行動生成の言語指示による物体操作、状況変化に対する適応的行

のみならず、歩行者の行動予測や生体情報の特徴量抽出

動生成、人とロボットによる協調組み立て（図1）、ロボット同といった、時間依存性を考慮する必要のある複雑な時系（図2）
士のインタラクション
等に関する研究を行っています。

列データを扱う問題全般が挙げられます。

人とロボットによる協調組み立て

ロボット同士のインタラクション

情報社会を多角的に捉える

情報環境科学

06

研究者の
発明
32

♦該当なし

2019

Contact Information

情報学プリンシプル研究系 助教

村田 真悟

Email：mrt@ nii.ac.jp

研究分野 ▶ブロックチェーン▶仮想通貨 ▶スマートエコノミー

三層構造モデルを提唱しています。第一層では、改ざん困難な仮想通貨のブロックチェーンの性質を利用して、不可逆的な記録を共有します。第二層では、シェアリング・エコノミーの「鍵」など、あらゆる「アセット」 が流

情報基盤科学02

流」は表裏一体の関係にあります。さらに第三層では、経済活動を規律するレギュ
レーション装置を実装します。いま、経済
しい三層構造へと再統合される途上にあります。ブロックチェーンを契機とした経済共同体の再編成における経済と社会の諸問題についソフトウェア科 学

03て、学際的な視点に基づいて探究しています。

情報社会相関研究系
准教授

研究内容

ブロックチェーンの応用可能性として注目されるのが、シェ

産業応用の可能性

これまでの経済活動では、産業ごとのプレーヤーが情報フォームです。中国のような消費大国においては、あらゆ

した。ブロックチェーンの時代が到来すると、情報の非対る資源よりも人間のニーズが上回る傾向にあり、
シェアリング・

称 性は解 消され、 経 済 共 同 体 の 活 動はP2P（Peer to

エコノミーの進展なくして持続的経済の維持はありません。

Peer）
（結節点）
ネットワークを支えるノード
によって共有されま

国境を越えて民泊予約や車両予約などのサービスが展開す。このような変革の時代にあって、経済共同体におけるされる時代には、特定のサービス主体を信頼する従来の意思決定の主導権を掌握するのは、かつて非対称性の中構造から、信頼できる第三者の存在を必要としないブロック

心に位置した企業ではなく、経済活動のプラットフォームとチェーン社会への構造転換が不可欠です。迫りくるスマー

なるブロックチェーンを提供することに成功した企業です。

トエコノミー時代の基盤としてのブロックチェーンの可能性にブロックチェーンを契機とした経済共同体の再編成の方向ついて、国内外の共同研究者の協力を得て学際的に研究性について、海外の研究者と連携して多角的に研究してしています。

います。

情報メディア科学

04

知能システム科学

05

情報環境科学

研究者の
発明

06

♦該当なし

Contact Information

情報社会相関研究系 准教授

岡田 仁志

Email：okada @ nii.ac.jp

2019

33

情報社会を多角的に捉える

上海交通大学で開催された国際会議「Global Cities Forum」にDistinguished Guest（ 来 賓 ）として登壇し、ブロックチェー
ンを応用したスマート・キーの概念について実演をまじえて講演した。写真は、ラポルトゥール（記録係）による公式報告の様子。NIIの研究者を招待したことなどが紹介された。

知能システムの実現を目指しての結節点となって、情報の非対称性をコントロールしていま
メディアの振る舞いを探求する

アリング・エコノミーに代表される自律分散型の経済プラット

多様化する知識創成型社会を支える岡田 仁志

理論・実践から情報システムを創り出す通します。第一層の「金流」と第二層の「商活動はかつてないイノベーションを経て、新Hitoshi Okada

基礎理論の深みを解き明かす

ブロックチェーンを経済活動に応用するために、

研 究 背 景 ・ 目 的による経済共同体の可視化

01

情報基礎科学

ブロックチェーンの応用

特

許

一

覧

発明の名称

NII 発明者

単独
出願

単独
出願

登録番号

発明の名称

NII 発明者

登録番号

計 宇生

特許第5754676号

画像情報検索表示装置、方法および画像情報検索表示プログラム

梶山 朋子

★

特許第4441685号

検索木描画装置、検索木描画方法およびプ
ログラム

量子鍵配送方法および通信装置

渡辺 曜大

★

特許第4231926号

符号化装置、この方法、プログラム及び記
録媒体

小野 順貴

特許第5789816号

時系列データ分析装置および時系列データ分
析プログラム市瀬 龍太郎★

特許第4734559号

語順並べ替え装置、翻訳装置、翻訳モデル
学習装置、方法、及びプログラム

宮尾 祐介

特許第5800206号

情報共有システム、情報共有サーバ、情報共有方法、及び情報共有プログラム

本位田 真一

特許第4799001号

音響信号解析装置、方法、及びプログラム

小野 順貴

特許第5807914号

福田 健介

特許第5818262号

シーケンシャル・コンテンツ配信装置、シーケン
シャル・コンテンツ受信装置及びその方法

曽根原 登

★

特許第4734563号

データ配送システム及びデータ配送装置及び方法

コンテンツ提示装置、コンテンツ提示方法及びコンテンツ提示プログラム

曽根原 登

★

特許第4403276号

データの分散管理システム及び装置及び方法
及びプログラム

福田 健介

特許第5818263号

文章コンテンツ提示装置、文章コンテンツ提示方法及び文章コンテンツ提示プログラム

曽根原 登

★

特許第4143628号

音響信号解析装置、方法、及びプログラム

小野 順貴

特許第5911101号

画像検索装置、方法、及びプログラム

佐藤 真一

半導体チップ、半導体チップ接続システム

米田 友洋

★

特許第6029010号

距離測定方法及びレーダー装置

橋爪 宏達

★

特許第6029287号

特許第4437228号

光を用いた超伝導量子ビットの状態検出

根本 香絵

特許第6029070号

山本 喜久

特許第6029072号

断片的自己相似過程を用いる通信トラヒックの評価方法及び評価装置

計 宇生

焦点ぼけ構造を用いたイメージング装置及びイメージング方法

児玉 和也

★
★

特許第4081552号

特許第5979444号

情報資源検索装置、情報資源検索方法及び情報資源検索プログラム

神門 典子

★

特許第4324650号

光パラメトリック発振器とそれを用いたランダム
信号発生装置及びイジングモデル計算装置

アクティブコンテンツ流通システム及びアクティ
ブコンテンツ流通プログラム

本位田 真一★

特許第4392503号

語順並べ替え装置、翻訳装置、方法、及び
プログラム

宮尾 祐介

特許第6040946号

渋滞予測情報生成装置、渋滞予測情報生
成方法、及び経路探索システム

本位田 真一

信号処理装置、方法及びプログラム

小野 順貴

特許第6005443号

コンテンツ販売装置及びコンテンツ販売方法

曽根原 登

特許第4304278号

音声言語評価装置、 パラメータ推定装置、方法、及びプログラム

小野 順貴

特許第6057170号

信号処理装置、信号処理方法及びコンピュー
タプログラム小野 順貴★

特許第6099032号

特許第4729411号★

文書インデキシング装置、文書検索装置、文書分類装置、並びにその方法及びプログラム

曽根原 登

★

特許第4362492号

映像提供装置及び映像提供方法

相原 健郎

★

特許第4359685号

視線インタフェースを用いた対話的情報探索
装置

神門 典子

★

特許第6099342号

投影画像補正システム及び投影画像補正プ
ログラム

佐藤 いまり

★

特許第4982844号

顔検出防止具越前 功★

特許第6108562号

デジタルコンテンツ登録配信装置、システム
及び方法

曽根原 登

★

特許第4956742号

法的推論提示方法、法的推論提示システム
およびプログラム佐藤 健★

特許第6112542号

三次元集積電気回路の配線構造及びそのレ
イアウト方法鯉渕 道紘

★

特許第5024530号

イジングモデルの量子計算装置及びイジングモ
デルの量子計算方法

宇都宮 聖子

特許第6143325号

量子鍵配送方法、通信システムおよび通信
装置

渡辺 曜大

★

特許第4862159号

語順並べ替え装置、翻訳装置、翻訳モデル
学習装置、方法、及びプログラム

宮尾 祐介

特許第6083645号

時刻基準点情報伝送システムおよび受信器

橋爪 宏達

★

特許第4621924号

橋爪 宏達

★

特許第6179940号

集配経路選択システム

佐藤 一郎

★

特許第4374457号

ドップラーイメージング信号送信装置、ドップラー
イメージング信号受信装置、ドップラーイメージ
ングシステム及び方法

学習データ管理装置、学習データ管理方法
及び車両用空調装置ならびに機器の制御
装置

稲邑 哲也

車両用空調装置及びその制御方法

稲邑 哲也

特許第5177667号

経路切替方法、サーバ装置、境界ノード装置、
経路切替システム及び経路切替プログラム

漆谷 重雄

ダイレクトパス確立方法、サーバ装置、発信者ネッ
トワークノード装置、ダイレクトパス確立ネッ
トワーク、及び、それらのプログラム

濃淡画像符号化装置及び復号装置

チョン・ジーン★

特許第6188005号

フリップフロップ回路

米田 友洋

★

特許第6210505号

超伝導量子ビットの初期化方法

根本 香絵

特許第6230123号

特許第5062845号

生成モデル作成装置、推定装置、それらの方法およびプログラム

小野 順貴

特許第6241790号

漆谷 重雄

特許第4999112号

イジングモデルの量子計算装置、イジングモデ
ルの量子並列計算装置及びイジングモデルの量子計算方法宇都宮 聖子

特許第6255087号

イジングモデルの量子計算装置

山本 喜久

特許第6260896号

仮想立体画像表示装置及び仮想立体画像
表示方法

藤山 秋佐夫

特許第5263960号

高須 淳宏

特許第6253022号

パス管理制御方法、パス管理制御プログラム、パス管理制御装置およびパス管理制御
システム

適応的測位間隔設定システム、適応的測位
間隔設定方法、行動モデル計算装置、及び行動モデル計算プログラム

漆谷 重雄

特許第4806466号

量子鍵配送システムおよび量子鍵配送方法

山本 喜久

特許第6257042号

音声信号処理装置及び方法

小野 順貴

特許第6278294号

排出量取引システム及び排出量取引方法

佐藤 一郎

★

特許第5207195号

イジングモデルの量子計算装置及びイジングモ
デルの量子計算方法

宇都宮 聖子

特許第6300049号

山本 喜久

★

特許第5354233号

光パラメトリック発振器のネットワークを使用す
る計算

音声言語評価装置、方法、及びプログラム

板橋 秀一

LSI演算装置及びその故障検出方法

米田 友洋

計測装置、計測システム、および計測方法

特許第5224280号

顕著度画像生成装置、方法、及びプログラム

杉本 晃宏

特許第6318451号

特許第5544575号

情報処理装置用ネットワークシステム

鯉渕 道紘

特許第6325260号★

特許第5582472号

データキャッシュ方法、ノード装置及びプログラム

漆谷 重雄

特許第6319694号

橋爪 宏達

★

特許第5593062号

情報検索表示装置、方法および情報検索表
示プログラム

宮尾 祐介

特許第6327799号

曽根原 登

★

特許第5599068号

自然言語推論システム、自然言語推論方法
及びプログラム

情報検索表示装置、方法および情報検索表
示プログラム

漆谷 重雄

特許第6332802号

曽根原 登

★

特許第5608950号

仮想状態定義装置、仮想状態定義方法及び仮想状態定義プログラム
クーポンシステム

相原 健郎

特許第6347383号

磁気共鳴装置根本 香絵

特許第6347489号

ストリーミング配信システム

チョン・ジーン

光発生装置および光発生方法

Timothy Byrnes★

特許第6376697号

リハビリテーション支援装置及びリハビリテーショ
ン支援方法

稲邑 哲也

★

特許第6381097号

イジングモデルの量子計算装置

宇都宮 聖子

特許第6429346号

情報処理装置及び情報処理方法

河原林 健一

特許第6445246号

物体領域特定方法、装置、及びプログラム

佐藤 真一

特許第6448036号

糖鎖化合物および糖鎖化合物の製造方法

佐藤 寛子

特許第6455857号

画像処理装置、画像処理方法及び記録媒体

佐藤 いまり

特許第6471942号

情報検索表示装置、方法および情報検索表
示プログラム曽根原 登

情報提供装置、方法、およびプログラム

曽根原 登

特許第5614655号

制御サーバ、制御方法及び制御プログラム

青木 道宏

特許第5682932号

ドップラーレーダーシステム、ドップラーレーダー
送信装置及び送信波最適化方法

橋爪 宏達

★

特許第5704695号

画像照合装置、画像照合方法及びコンピュー
タプログラム佐藤 真一★

特許第5713398号

速度・距離検出システム、速度・距離検出装置、および速度・距離検出方法
情報処理装置、日程決定方法及びコンピュー
タプログラム

34

2019

橋爪 宏達
河原林 健一★

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特許第5608951号

特許第5739822号
特許第5733722号

特許第6367030号

N I I が 提 案 する
産官学連携
国立情報学研究所（NII）
は情報学分野の研究と情報基盤事業に取り組み、社会が抱える課題を解決する実践的な研究開発の推進を目指しています。
そのためには産官学の連携が不可欠であり、一層の連携強化を推進するため、企業や自治体の皆様のご要望に沿えるよう産官学連携活動を推進してまいります。

企 業・自 治 体 等 の ご 期 待

先端技術・シーズ発見

ソリューション探索

スキル獲得・人材育成

NIIの産官学連携活動
NII湘南会議
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共同研究・受託研究

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コンサルティング・アドバイス

トップレベルIT人材育成

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成果活用（ライセンス）、
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詳しくは以下までお問い合わせください。
国立情報学研究所 研究戦略室
NIIが提案する産官学連携活動

Email ura-staff@nii.ac.jp
HP https: //www.nii.ac.jp/research/iga/

2 0192019年 4月1日 発行