hpprc/llmjp-kaken huggingface dataset:
エピジェネティクスを制御する生活習慣病予防に有効な機能食品成分の探索

本研究では、細胞レベルで40種余りのポリフェノールをスクリーンし、3種類が濃度依存的にヒストンH3K9メチル化を阻害することを証明した。また、高血圧ラットにおける血管老化現象に、長寿遺伝子SIRT1のSer47の脱リン酸化の関与を見出し、この脱リン酸化はH3K9メチル化の酵素SUV39H1とコンプレックスの状態にも関連することから、その遺伝子変異体を作成し細胞導入を行いうことにより、老化現象を再確認した。最初の年度に研究結果は2つに分かれる。その1、血管平滑筋細胞(高血圧脳卒中ラットSHRSP動脈由来)に40種余りのポリフェノールを負荷し培養し、ヒストンH3K4とH3K9メチル化測定キットを利用し、ヒストンH3のメチル化に与える影響を調べた。2種類ポリフェノールが濃度依存的にH3K9メチル化とH3K4メチル化を阻害した以外に、他1種類物質が濃度依存的にH3K9メチル化だけを阻害したことを調べて発見した。H3K9メチル化は老化や分化に関連する一方で、H3K4メチル化は遺伝子発現に関与している。現在測定したデータを整理し、これら物質の作用メカニズムの研究が更に必要どなる。その2、高血圧自然薬症ラットSHRを利用し、血管老化現象をエピジェネティクスの角度から検証した。SHRラットは顕著に老化現象を呈している。ヒストンのH3K9メチル化とH3K4メチル化もハイレベルを示している。一方、老化SHRラットに、長寿遺伝子産生物質SirT1のセリン27と47サイトに脱リン酸化引き起こしていることがはじめて確認された。また、脱リン酸化のSirT1は老化に関わるtelomerase reversetransferase(TERT)のプロモターに結合し、老化にアクセスする機能があるようである。アジオテンシンIIの刺激下に長時間培養細胞レベルでも同様な現象が見られた。この研究には1、はじめでSHRラットは老化現象を有しているモデル動物を確認した。2、はじめてSirT1脱リン酸化が老化を関連しているのを分かった。3、はじめて脱リン酸化のSirT1がTERT発現抑制をカクセスする。現在結果を整理し、論文投稿中である。また、その1にH3K9メチル化を阻害した物質を使用し、SirT1のセリン47脱リン酸化の抑制、老化関与のTERTプロモター活性の回復に対する効果を調査中にある。この研究は2つ部分に分けている。第1、生活習慣病におけるエピジェネティクス変化はまだ不明であり、このため、まず高血圧の発症と進展を中心に研究を進んでいる。そして続いて生活習慣病予防のため、有効な機能食品成分の探索を行っている。第2年度には、任期満了退職に伴い、半年間だけの研究を報告する。その1、高血圧自然発症ラットSHRにおける血管老化現象のエピジェネティクス角度からの前年度の研究結果をCirculation Research誌に投稿したが、現在追加実験を実施し論文を修正する段階である。追加実験の部分にはSirT1のSer47(マウスにはSir 2a Ser46)ミューテェションを作成し細胞への導入を行い、SHRラットにおいてSirT1 Ser47の脱リン酸化による老化現象を、細胞レベルにメカニズムの研究で再確認した。その2、前年度に高血圧脳卒中ラットSHR SP動脈由来の血管平滑筋細胞を用いて40種余りのポリフェノールをスクリーンした。その発見した濃度依存的にヒストンH3K9メチル化を阻害する3種類ポリフェノールは、今年度の研究でその1種類には高血糖による血管内皮細胞の老化を阻止することを確認し、その作用メカニズムの解明を現在進んでいる。その3、同時進行中の実験は腎臓のrenin発現においてエピジェネティクス変化を検討し始めている。Renin-angiotensin II系は高血圧の発症に重要な役割を果たしている。高血圧モテルラットSHRSPにおいて8週齢からに血圧が上昇し始めるが、この前段階の病態生理的な変化、更にエピジェネティクスな変化は今尚不明である。今回の研究は高血圧モテルラットSHRSPを用いて、出生後1日目、1週間目、4週間目、7週間目、12週間目に腎臓のreninの発現と、ヒストンH3K4及びH3K27のメチル化などのエピジェネティクス変化との関連性を調べている。そしてrenin gene clusterにおいてintergenesのRNA産生と役割を解明する。
高温での組織安定性に優れた核熱エネルギ-変換用Ni基鍛造合金の開発

核熱エネルギ-の高効率を意図した高温ガス炉においては、その中間熱交換器用として使用される合金の開発が、主要な研究課題であり、1,000°Cのクリ-プ破断強度に優れ、鍛造可能という過酷な条件をみたす合金がいくつか提案された。それらはいずれもNi-Cr-W系合金である。本研究は、この合金系にニオブの添加を行い、高温強度がさらに優れた新合金を開発しようとするものである。62年度においては、数種のNi-Cr-W-Nb系合金を作成し、それらのクリ-プ強度と組織との関連を検討した。63年度にはそれらの検討を踏まえて、クリ-プ破断強度の観点からニオブとタングステン量の最適値を検討して、W量を15及び17Wt%とした2種のNi-20Cr-3Nb-W系合金を提案し、それらの合金のクリ-プ破断強度と組織との関連を検討した。平成元年度においては、両合金が優れたクリ-プ破断強度を示すのはともに粒界析出相による粒界析出強化量が大きいことに起因することを明らかにした。すなわちいずれの合金においても、1,000°Cではタングステンの固溶体α_2相がほぼ結晶粒界のみに析出し、900°Cにおいてはβ相(Ni_3Nb)がまず粒界に析出して、遅れてα_2相の粒界析出が生じ、これらの相による粒界被覆率の増加に対応してクリ-プ抵抗が増加することを明らかにした。さらに、超合金の加速域を拡大させ、また破断延性を高める効果が期待できるボロンとジルコニウムの添加をNi-20Cr合金について試みた結果、ボロンとジルコニウムの添加はいずれも加速域を拡大させ、破断延性を高めることを明らかにした。さらに、そのような効果が生じた機構は、粒界不純物元素を固着させるような従来の考えとは異なり、両元素がともにサブグレイン化を促す効果をもつことに起因するものと結論して、Ni-Cr-W系合金に比べてさらに優れたクリ-プ破断強度を有するNi-Cr-Nb-W系合金の開発が可能であることを指摘した。本研究は、核熱エネルギーの高効率利用を意図した高温ガス炉の中間熱交換器用合金として、すでに提案された1000°Cで使用でき、鍛造可能なNiーCrーW系合金に、ニオブの添加を行い、高温強度がさらに優れた新合金を開発しようとするものである。すなわち、NiーCrーW系合金のクリープ強度向上に有効な第4元素として、ニオブ選びこれとタングステンの組合せ添加の効果を調べた。その結果、900及び1000°Cのクリープ試験により、β相(Ni_3Nb)及びα_2相のいずれかが結晶粒界に析出するようになると、クリープ抵抗は増加し、その増加量は結晶粒界に占めるこれら析出相の割合、粒界被覆率、が増加するほど大きくなることを62年度までの研究により明らかにした。

これらの結果に基づき、63年度は(1)Niー20Crー10W及びNiー20Crー15Wの2種の合金を溶製して、これらの合金のクリープ抵抗をNiー20Crー4Nbー10W及びNiー20Crー3Nbー15Wのクリープ抵抗と比較して、ニオブによる固溶強化量を検討した。また、(2)上記2合金とNiー20Crー4Nbー10W、Niー20Crー3Nbー13W、Niー20Crー3Nbー15W及びNiー20Crー3Nbー17W合金の、計6種の合金について900及び1000°Cにおいて約3000hまでのクリープ及びクリープ破断試験を行った。その結果、以下のことが明らかとなった。(1)ニオブによる固溶強化量はタングステンに比べ大きいことが明らかとなった。(2)4種のNiーCrーNbーW合金の長時間クリープ試験によりβ(Ni_3Nb)相の結晶粒界析出は短時間におけるクリープ抵抗を高めるがα_2相がβ相に遅れて析出するため、粒界の大半が両組により覆われて、変形抵抗がさらに高くなること。またこの効界は長時間に渡り、変形抵抗を支えることが明らかとなった。本研究は、核熱エネルギ-の高効率利用を意図した高温ガス炉の中間熱交換器用合金として、すでに提案された1000°Cで使用でき、また、鍛造可能なNi-Cr-W系合金に、ニオブの添加を行い、高温強度がさらに優れた新合金を開発しようとするものである。63年度においてはクリ-プ強度の観点から、Ni-Cr-W-Nb系合金におけるニオブとタングステン量の最適値を検討して、W量が15及び17wt%の2種のNi-20Cr-3Nb-W系合金が有望であることを指摘した。平成元年度においては、まず、両合金について析出相による粒界被覆率ρとクリ-プ抵抗との関係を検討した。その結果、いずれの合金においても、1000°Cではタングステンの固溶体α_2相がほぼ結晶粒界のみに析出し、900°Cにおいてはβ相(Ni_3Nb)がまず粒界に析出して、遅れてα_2相の粒界析出が生じること、また、これらの相の粒界析出はともにクリ-プ抵抗を増加させ、その増加量は析出相による粒界被覆率ρがより高い900°Cにおいてとくに顕著であることを明らかにした。さらに、超合金の加速域を拡大させ、また破断延性を高める効果が期待できるボロンとジルコニウムの添加をNi-20Cr合金について試みた結果、ボロンとジルコニウムの添加はいずれも加速域を拡大させ、破断延性を高めることを明らかにした。さらに、そのような効果が生じた機構は、粒界不純物元素を固着させるような従来の考えとは異なり、両元素がともにサブグレイン化を促す効果を持つことに起因するものと結論した。
テンソル圏に対する新しい双対定理と位相的場の量子論の同値性

研究課題にある新しい双対定理とは、各有限分裂半単純テンソル圏Cに対し、余加群の圏がCに同値になるような面代数(量子群)を自然に対応させる標準淡中双対性と呼ばれるもののことである。標準淡中双対性はもともと、群やホップ代数の表現論からは得られない様な半単純テンソル圏に群論的意味付けを与えることを目的として考えられたものであったが、その後の研究により、群の表現の圏についても標準淡中双対性(より正確には標準ファイバー関手)により、新し知見を与えうるということがあきらかになってきている。より具体的には以下の結果が得られた。1.量子群SU_q(2)の有限次元表現のなすテンソル圏に標準ファイバー関手を適用することで、量子6j-シンボルをABF模型のボルツマンウェイトにより表示する公式と、通常の6j-シンボルに関するある種の和がかならず、0、1、-1のいずれかの値をとるという公式を得た。2.標準ファイバー関手の古典不変式論への応用を考え、2元2次形式や2元3次形式の場合に、不変式環や半不変式の空間などに、ヤング図形上の半標準盤にラベルされた基底を構成した。より一般の場合については現在考察中である。3.一般線形群の2つの既約表現のテンソル積に対し、表現空間のレベルでの具体的な既約分解を与えた。その他、量子群論の手法を用いることにより、以下が得られた。4.量子古典群とSU(N)_L型テンソル圏上のブレイド構造とリボン構造の分類。5.線形簡約な行列群の各元に対し適用可能であるような通常より効率の良い逆行列の公式。本年度の最大の収穫は双代数の一般化である面代数という代数系と有限半単純なテンソル圏との間の対応関係である「標準淡中双対性」を完全に定式化し、証明することができたことである。これにより、これまで種々の方法で構成されていたテンソル圏に対して面代数の表現論という統一的な描像をあたえることができたと考えている。しかし、テンソル圏のブレイド構造など、いくつかの課題をやり残してしまった。次に、カズグンとウェントェルによるテンソル圏の変形の面代数の理論での対応物として、群で次数づけられた面代数から、余ドリンフェルド結合子が自然に定まることを観察した。これを標準淡中双対性とを組み合わせることにより、この研究の当初の目的のひとつである位相的場の量子論の種種の構成法の同値性の証明が可能になるのではないかと期待してるが、対象としている圏の具体的な考察にまでは至らなかった。そのほかの大きな成果としては、標準淡中双対性をSU(2)の有限次元表現の圏に仮想的に適用し対応する面代数の表現を考察することにより、6j-シンボルをSOS模型のボルツマンウェイトで表示する新しい公式の予想を得ることができたことが挙げられる。ただし、この公式に完全な証明をつけるには、位相的面代数というものを定義し、それと(有限とは限らない)半単純テンソル圏との間の関係として標準淡中双対性を一般化する必要があるが、これは次年度以降の課題として残った。研究課題にある新しい双対定理とは、各有限分裂半単純テンソル圏Cに対し、余可群の圏がCに同値になるような面代数(量子群)を自然に対応させる標準淡中双対性と呼ばれるもののことである。標準淡中双対性はもともと、位相的場の量子論に現れるものの様に、群やホップ代数の表現論から得られない様な半単純テンソル圏に群論的意味付けを与えることを目的として考えられたものであった。ところが、最近の研究により、テンソル圏が群の表現の圏として得られている場合にも標準淡中双対性により、もとの群の表現論に新しい知見を与えうるということが新たにあきらかになってきている。

すなわち、前年度に得られた、6j-シンボルをABF模型と呼ばれる面型格子模型のボルツマンウェイトにより表示する公式に引続き、一般線形群GL(N,C)の二つの有限次元既約表現のテンソル積表現の既約分解を表現空間のレベルで具体的に記述する「Littlewood-Richardson基底」を構成することができた。これは、GL(N、C)の表現論と、その標準淡中双対の表現論との間のアナロジーを追うことにより得られたものであり、少なくとも考え方としては新しいものであると思う。なお、今後の課題としては、同様な方法により、A型のWZW模型の融合則に対し、Littlewood-Richardson則の類似物をあたえることがあげられる。また、標準淡中双対性をFRT構成と呼ばれる面代数(量子群)への別のアプローチと結合させることにより、A型の融合則をもつリボンテンソル圏の分類を完結させることもやっておきたいと考えている。研究課題にある新しい双対定理とは、各有限分裂半単純テンソル圏Cに対し、余加群の圏がCに同値になるような面代数(量子群)を自然に対応させる標準淡中双対性と呼ばれるもののことである。標準淡中双対性はもともと、群やホップ代数の表現論からは得られない様な半単純テンソル圏に群論的意味付けを与えることを目的として考えられたものであったが、その後の研究により、群の表現の圏についても標準淡中双対性により、新しい知見を与えうるということが新たにあきらかになってきている。すなわち、既に得られていた、6j-シンボルをABF模型と呼ばれる面型格子模型のボルツマンウェイトにより表示する公式に引続き、一般線形群GL(N,C)の二つの有限次元既約表現のテンソル積表現の既約分解を表現空間のレベルで具体的に記述する「Littlewood-Richardson基底」を構成することができた。これは、GL(N,C)の表現論と、その標準淡中双対の表現論との間のアナロジーを追うことにより得られたものであり、少なくとも考え方としては新しいものであると思う。さらに、同様な方法により、A型のWZW模型の融合則に対し、Littlewood-Richardson則の類似物をあたえることが本年度の大きな目標であっなが、これについては部分的な成果はいくつか得られたものの、決定的な結果を得るには至らなかった。なお、本年度は、量子群論の他の応用として、行列群が与えられているとき、その各元に対して適用可能であるような通常より効率の良い逆行列の公式が存在するか?という問題を考察した。その結果として、ある条件の下で、逆行列をClebsh-Gordan係数と表現グラフ上のパスというものを用いて具体的に表示する公式を得た。また、同時に群の定義方程式自体も同様のデータにより表すことが出来ることも示した。標準淡中双対性はもともと、群やホップ代数の表現論からは得られない様な半単純テンソル圏に群論的意味付けを与えることを目的として考えられたものであったが、その後の研究により、群の表現の圏についても標準淡中双対性(より正確には標準ファイバー関手)により、新しい知見を与えうるということがあきらかになってきている。より具体的には以下の結果が得られた。1.量子群SU_q(2)の有限次元表現のなす
第一原理と最適化手法に基づく超大規模電子状態計算

第一原理電子状態理論および数理的な最適化手法を基礎として、超大規模電子状態計算の理論構築と応用に取組んだ。最適化手法としては、多重アーノルディ法などのクリロフ部分空間型線形計算アルゴリズムを開発し、「京」コンピュータ上での最大1億原子系までの超並列計算が達成された。また、第一原理計算にもとづく最適化モデル(タイトバインディング型)理論の構築にもとりくんだ。アモルファス状共役高分子系での局在したπ電子状態やナノ複合カーボン固体系でのナノドメイン解析などの研究を行った。10ナノメートル系のナノ構造プロセスの理解に必須である、第一原理に基づいた大規模計算手法を実現する研究に取り組んでいる。プログラムコードはELSESの名前がつけられ、企業研究者なども含めて利用されている(http://www.elses.jp/)。具体的には、クリロフ部分空間に基づく数理アルゴリズムを基盤とし、第一原理にもとづくモデル化(タイトバインディング型)システムを用いている。数理手法は汎用のため、金属系・半導体系など、幅広い系に適用できる。本年度は、「京」コンピュータでの超並列計算を中心として、分散メモリ型プログラムコードの開発と、応用計算にとりくんだ。応用例としては、次世代ディスプレーなどの基礎材料である有機EL型アモルファス状共役高分子(ポリ-(9,9ジオクティルフルオレン))および、次世代長強度材料(ナノ多結晶ダイアモンド)研究の基礎であるsp2(グラファイト型)-sp3(ダイアモンド型)ナノ複合カーボン固体、である。1000万原子系での、10万コアまでの並列効率(ストロングスケーリング)αは、前者でα=0.79、後者でα=0.95、であった。予想以上の並列効率が高く、今後の超並列計算での利用が期待できるものである。前者については、第一原理計算コード(Gaussian09)をもちいた高精度計算を、小規模系でおこない、電子物性に重要なチルト角(隣接するベンゼン環の2面体角)など、よい一致をみた。また、ELSESの産業利用を目的とした、イオン液体系の研究も行った。本年度は、「京」コンピュータ10万コアクラスでの超並列計算を想定し、分散メモリ型プログラムコードの開発と、応用計算にとりくんだ。「京」コンピュータでは、前年度の10倍である1億原子系で全コア(66万)コアまでの並列が達成された。並列効率(強スケーリング値)としては、たとえば、ナノ複合カーボン固体系では、3.2万コア計算を基準として、約10万コア計算でα=0.98、約30万コア計算でα=0.90、全コア(66万コア)計算でα=0.73、であった。1億原子はシリコン単結晶での126nm立方領域に相当し、100nmスケール構造の系が扱えるようになったことを意味する。大規模計算の基礎として、数理的研究をおこない(論文リスト1、2)、さらにモデル化(TB型)ハミルトニアンを、(1)有機EL型アモルファス状π共役高分子系poly-(9,9 dioctil flourene)(以下ポリフルオレン)、(2)多層型ヘリカル金ナノワイヤ形成、の2つの物質を例として研究した。これらは主に、下記論文に報告されている:T. Hoshi, S. Yamamoto, T. Fujiwara, T. Sogabe, S.-L. Zhang, An order-N electronicstructure theory with generalized eigenvalue equations and its application toa ten-million-atom system, J. Phys.: Condens. Matter,in press; Preprint (arXiv:1202.0098)。以下詳細を述べる:(1)ポリフルオレン系では、ASED型TBモデルで小規模分子系を計算し、第一原理計算との結果比較を行い、十分な定量的一致を得た。第一原理計算としては、Gaussian 09におけるB3LYP/6-311G(d,p)法を用いて計算した。発光特性にとって重要であるHOMO, LUMO波動関数は、ベンゼン環部分に局在しており、特徴的ノード構造をもっており、これらはモデル化計算でもよく一致している。

アモルファス状構造の特徴としては、高分子鎖のツイストからくる、局在したπ電子系がHOMO, LUMO状態となった。これらは、発光特性を議論するさいの基礎となる。大規模計算としては、1000万原子系での計算が、独自オーダーN法によって達成された。(2)多層型ヘリカル金ナノワイヤ形成については、金属系での適用が可能であることが示された。新たに提案した数理アルゴリズム(多重アーノルディ法)が超並列計算に非常に適しており、「京」コンピュータでの並列性能が予想以上に高かった。これは研究立案当初には考えらなかったことであり、当初計画以上の成果があがっていると言える。また、第一原理にもとづくモデル化手法も、第一原理計算コード(Gaussian09)との一致も十分であり、この点も当初目的に合致している。モデル化はパラメーター設定が必要になるが、テストを行った範囲では、類似物質間での汎用性(transferablity)が確認され、広い範囲での物質に適用できることを示している。具体的には、ベンゼンなどの基礎物質において第一原理計算を参照してモデル化を行うと、共役高分子(ポリ-(9,9ジオクティルフルオレン))での構造も良く再現していた。最適化手法については、本年度計画にもあるとおり、(理論やスパコンに明るくない)一般研究者が使えるための技術を開発中であり、この点でも見通しは明るい。汎用なモデル化(TB型)ハミルトニアンの構築が最大の課題であったが、とりあげた物質群については、当初予想以上によい結果を得たため、予想以上の発展がなされたといえる。ここでのモデル化ハミルトニアンは、上記π共役高分子系についてモデル化されてものではなく、類似物質(ベンゼン・アセチレン・C60など)についてモデル化されたものである。このモデル化ハミルトニアンが第一原理計算におけるπ共役高分子系の特徴をよく再現していることは、モデル化が、すくなくとも類似物質群については汎用性(transferability)をもっていることを意味する。本年度の研究計画を述べる。「京」コンピュータの10万コア利用の計算では大きな成功をおさめたが、物性物理学の発展のためには、より小型の(101000コア程度の)計算機での活用も重要であり、このような計算機環境での利用手法を開発する。特に、現在の計算では、高速計算のためには種々のパラメーターを手動で設定する必要があり、多くの(理論やスパコンに明るくない)一般研究者が使うには困難である。そのための利用技術開発が必要である。オーダーN法(原子数Nの1乗に比例する計算)とオーダーN**2法(原子数Nの2乗に比例する計算)を複合させた手法が、大きなポイントであると予想する。後者は、領域分割のさいの帳簿作成アルゴリズムなどに用いる。10万原子、1000コア程度の計算機環境では、この手法でも厳密なオーダーN法とほとんど変わらないものと期待し、これに取り組む。
海氷生成とリンクする南極底層水・深層循環の再描像

東南極を中心として、沿岸ポリニヤでの高海氷生成による底層水形成の詳細を明らかにした。南大洋第2の海氷生産域であるケープダンレーポリニヤでは、係留系観測等から、海中フラジルアイス生成による高海氷生産過程や、高密度水が混合・変質して底層水に至る過程を明らかにした。第3の海氷生産域であったメルツポリニヤでは、氷河舌の崩壊によって海氷生産量が半減し、底層水生成が大きく減少していることが示された。これら以外に、東南極ではプリッツ湾及びビンセネス湾でも小規模ではあるが高海氷生産による底層水形成が示され、ポリニヤ高海氷生産(正)と棚氷融解(負)の効果の兼ね合いで底層水形成が決まることも示唆された。2008年から南極ケープダンレー沖で取得した6系の係留系データを詳しく解析した結果、ポリニヤ域での高海氷生産による高密度陸棚水の流出が、地形性ロスビー波を誘起し、底層水のみならず周辺海域の流速場を決める重要な要素であることが示唆された。平成26年2月には1年前にケープダンレーポリニヤ内に設置された2系の係留系の回収にも成功している。この海域における非静水圧モデルによる底層水形成実験からは、2つのキャニオンがケープダンレー底層水の形成・輸送域であること、キャニオンへの間歇的な高密度水の流下は地形性ベータ効果によって制御され周期的な流出が生じること、などが示唆された。さらに、この海域から潜り込む底層水は全南極海の約10%程度、というデータ解析による結果と矛盾のない結果が得られた。一方、ビンセネス湾沖における東京海洋大学の海鷹丸による20011-2012年の係留観測・海洋観測とアザラシCTDタグ観測データからは、この海域でも高密度水が潜り込んで上部の南極底層水の形成に寄与していることが示唆された。高分解能の衛星マイクロ波放射計データAMSR-Eから、薄氷域を検知し海氷厚を見積るアルゴリズムを開発し、熱収支計算を行うことで海面熱塩フラックス及び海氷生産量を全南極海で見積もった。また、同時に定着氷を同定するアルゴリズムも開発した。全南極海の海氷生産量と定着氷の同時マッピングから、両者が密接にリンクしていることを明らかにした。定着氷の経年変動が海氷生産量さらには南極底層水の変動にも影響を与えることが示唆された。なお、これらの海氷生産量データは、係留系やアザラシCTDデータとの比較解析の他、上記のモデルシミュレーションの外力・境界条件としても利用された。南極沿岸ポリニヤでは多量の海氷が生産され、それによって重い水ができ南極底層水の起源水となる。南極底層水が沈み込むことで海洋子午面循環が駆動される。本課題では、未知の部分が多い東南極を中心として海氷生成とそれに伴う底層水形成・深層循環を明らかにすることを目的とする。観測では、オーストラリアと共同して「オーロラ号」により、日本南極観測隊ではできなかったケープダンレーポリニヤ内の係留系1系の回収に成功した。衛星観測では、マイクロ波放射計のアルゴリズム開発により、南極海全域における沿岸ポリニヤと定着氷の同時マッピングを世界で初めて行った。海氷生産量の大きいポリニヤは定着氷の西側に出現すること、その出現は風下域であることの他に西向き沿岸流の下流域であることにもよることが示された。第2の海氷生産量海域であるケープダンレーポリニヤでは、海氷生産量は気温や風ではなく、定着氷の形状によって決まる部分が大きいことが示された。ケープダンレー沖で「海鷹丸」により取得された乱流計データから、海氷生成で重くなった陸棚水が斜面を下降しながら周極深層水と混合することで底層水起源の高密度水が作られる過程の詳細を明らかにした。アデリーランド底層水が生成されるメルツポリニヤ沖では、メルツ氷河の崩壊とそれに伴う定着氷の大きな変動が海氷生産量にも大きな変動を与え、それが底層水の変動にまで及ぶことが示唆された。前年度までの研究でビンセネス湾沖での南極底層水の生成が示唆されていたが、海鷹丸による平成25ー26年度の海洋観測と平成26年1月に取得された係留系データから、ここでの底層水生成がさらに裏付けられた。数値モデル研究では、ラグランジェ手法によるフラジルアイスのモデリングに成功し、ポリニヤ域ではフラジルアイスが海中で生成されることで効率的な海氷生成が起こっていることが提案された。南極沿岸ポリニヤでは多量に海氷が生産され、それによって重い水ができ南極底層水の起源水となる。衛星観測では、海氷タイプを識別したうえで薄氷厚を推定できるマイクロ波放射計のアルゴリズムの開発をした。これにより、ポリニヤでの海氷生産量の見積もりの精度が一気に上がり、特にケープダンレーポリニヤでは、今までの見積もりよりも生産量が1.5倍ほど大きいことが示され、ここでの底層水形成との関係がより明瞭になった。ケープダンレーポリニヤ域で得られた5つの係留系による海洋・海氷時系列データと、高精度化された衛星による海氷タイプ及び海氷生産量の時系列データとの関係を現在解析中である。

南極最大の海氷生産量を持ち南極底層水の生成域でもあるロス棚氷ポリニヤに対し、その変動機構と海氷生産収支が簡略なポリニヤモデルによって説明可能であることが示された。アデリーランド底層水が生成されるメルツポリニヤ沖では、メルツ氷河の崩壊により、海氷生産量が激減し、底層水生成が減少、さらに氷床融解量が増加していることが、衛星観測と酸素同位体データなどから明らかになった。前年度までの研究でビンセネス湾沖での南極底層水の生成が示唆されていたが、海鷹丸による平成25ー27年度の海洋観測から、ここでの底層水形成は、東南極ではアデリーランド沖とケープダンレー沖に次ぐ寄与があることが示唆された。また、ここでは密度の低い底層水が形成されていることが示された。数値モデル研究では、ラグランジェ手法によるフラジルアイスのモデル化に加え、海底から巻き上がる堆積物を再現しうるモデリングにも成功し、ポリニヤ域での物質循環研究に利用できるモデルが開発された。ケープダンレー沖の観測に関しては、「しらせ」の度重なるトラブルにより、我々の観測はキャンセル・変更を余儀なくされた部分が大きかったが、オーストラリア南極局やオーストラリアの砕氷船「オーロラ号」の協力などを得て、陸棚上に設置した係留系は概ね回収でき良好がデータを得ることができた。海鷹丸によるビンセネス湾での平成27年度の観測は、海氷の張り出しが例年より大きく、陸棚上での観測は出来なかったが、陸棚斜面上での巨大係留系の設置は予定通りできた。以上、現場観測に関しては十分な観測が出来なかった部分はあるが、今後の解析に重要となるデータセットは概ね取得できた。一方、衛星によるポリニヤと海氷生産量に関する研究は順調に進み、その成果はJournal of Geophysical Research、Journal of Climate、Annals of Glaciologyなどに掲載された。また、数値モデルによる研究も順調に進み、ラグランジェ手法によるフラジルアイスのモデリングの研究はAnnals of Glaciologyに掲載され、それをさらに発展させたポリニヤモデルを開発中である。その他、全南大洋の底層水研究のベースになる全南大洋の海洋データセットの作成が完了し、その手法に関する研究はJournal of Atmospheric and Oceanic Technologyに投稿中である。以上から、現場観測とその解析、衛星データの解析、数値モデル実験とも、概ね順調に進展していると判断する。第4の南極底層水生成域であるケープダンレー沖においては、今まで係留系観測により取得してきたADCPの散乱強度データから、ポリニヤ出現時には海中で大量のフラジルアイス生成が生じていることが明らかになり、これが高海氷生産システムを生む重要なメカニズムであることが示唆された。また、このデータも検証データにして、フラジルアイスを検知する衛星マイクロ波放射計のアルゴリズムを開発し、南大洋全域の海氷生産量マッピングに適用した。一方、バイオロギング(アザラシに測器を付けて観測する手法)データから、ケープダンレーの上流(東側)のプリッツ湾においても、衛星から見積もられる海氷生産量とよく対応する塩分・密度の増加があり、底層水、もしくはケープダンレー底層水の前駆水となるような高密度水が生成されていることが明らかなった。ただし、プリッツ湾の背後にあるアメリー棚氷の融解により、高密度水の生成が抑制され、そのためケープダンレー沖ほどの大量の底層水形成には至らないことも同時に示唆された。ビンセネス湾沖では、係留系観測や船舶・アザラシデータから、低密度ながらもこのセクターではもっとも顕著な底層への沈み込みが生じていることが示唆された。
神経活動による遺伝子発現とその制御機構

脳形成過程ではいったん作られた神経結合が神経活動によって固定化、強化、排除されて、神経ネットワークの完成に至る。また完成後も神経活動によって神経ネットワークが修飾をうけて脳機能の長期的変化が起こる。これは脳可塑性と呼ばれ、いわゆる記憶から運動学習、薬物依存等にわたる。このような脳可塑性の基盤には遺伝子発現を介する物質レベルの持続的、長期的変化があると考えられるが、まだほとんど解明されていないので、7名の研究者によりこの問題に取り組んだ。本年度の成果として、1)小脳の生後発達。顆粒細胞の分化、移動、成熟が起こる際に、KチャネルのうちKv4.2の発現が増加して活動電位が発達すること(池中)、および新規分子Cupidinが発現することを見いだした(古市)。cupidinはHomer/Veslファミリーに属し、グルタミン酸レセプターとアクチン細胞骨格をつないで神経回路発達に与る。2)シナプスの形成と可逆的変化。アクチン結合蛋白ドレブリンがシナプス形成にともなってアイソフォーム変換し樹状突起スパインに局在化するが、この局在性はNMDA型グルタミン酸レセプターの過剰活動で消失する(白尾)。3)神経発生へのGABAの関与。これは最近ラット細胞についての各種培養実験から主張されているので、遺伝子ノックアウトでGABAを消失させたマウスの脳をしらべたところ、正常に組織形成が進行していた(小幡)。GABAの存在しないC.elegans変異種でも神経系形成は正常という最近の知見と対応する。4)麻薬中毒の分子機構。モルヒネを慢性投与したマウスの脳ではPurαの一本鎖DNA結合活性が減少し、この結合活性化因子はカルモジュリンである。モルヒネの依存形成にカルシウム・カルモジュリンを介する遺伝子発現が関与することを示唆した(三木)。本研究は神経系の発生、可塑性の分子機構とその神経電気活動による調節を遺伝子発現レベルで解明することを目標としており、本年度は各研究分担者がつぎの研究を行った。1)脊椎動物神経系発生における領域特異化と標的認識の遺伝子機構。ショウジョウバエでこのような役割が示されているLIM/ホメオボックスの類似遺伝子6個をゼブラフィッシュで単離した。Islet3は眼の発生に、LH2Bは神経の束形成に関与することを明らかにした(岡本)。2)初期発生過程における神経・グリア細胞の分化機構。アストロサイト前駆細胞ではGFAP因子の早期発現が起こることを見いだした。ついで不死化アストロサイト細胞株を樹立して、これを用いてGFAPプロモーターの活性化に関わる転写遺伝子の同定を進めている(池中)。3)発生過程において神経細胞が最終位置に移動する機構。小脳顆粒細胞の培養系で、細胞移動時にはドレブリンとアクチンが細胞膜直下へ集積することおよびタンパク質リン酸化阻害薬K252aはこれを阻害するため細胞移動を抑制することを明らかにした(白尾)。4)神経細胞の刺激による転写因子zif268の発現機構。刺激・転写因子発現・標的遺伝子発現のカスケードをPC12細胞をアセチルコリンで刺激して解析し、MAPキナーゼの活性化がzif268の発現を起こすことを明らかにした(Saffen)。5)神経細胞内情報伝達におけるIP3受容体の役割。3つのサブタイプの分布、ポリマー形成、チャネル機能を解析した。ついでタイプ1遺伝子をノックアウトしたマウスを作成したところ、このマウスは運動失調、けいれん発作という顕著な神経症状を示した(御子柴)。6)抑制性神経伝達物質GABAの神経発生や可塑性における役割。GABA合成酵素のGADの神経活動による遺伝子発現をしらべ、カイニン酸でけいれんを起こしたラットの海馬ではGABA性でない顆粒細胞にGAD67が発現することを見いだした(小幡)。7)脳可塑性としての薬物依存の遺伝子機構。モルヒネ依存を起こしたマウス脳のタンパク質を分析し、神経細胞核内に一本鎖CRE結合タンパク質が増加することを見いだし、このタンパク精製および分子クローニングに成功した(三木)。7名が分担してつぎの研究を行った。1)神経発生における遺伝子発現とその役割。岡本はLIM/homeodomain型転写因子であるIslet-3の作用機構を,ゼブラフィッシュにおいてLIM領域の過剰発現により解析した。Islet-3は眼胞領域がevaginationして眼胞を形成する過程及び中脳・後脳境界領域に視蓋と小脳に分化する過程に関わることを発見した。池中は小脳のmicroexplant培養について顆粒細胞の分化・成熟を研究した。形態及びレセプターの分化とAタイプ電子依存性カリウムチャネル各サブユニットの発現との相関を示した。2)接続的神経活動による遺伝子発現とその機構。SaffenはNGFやカルバコールで最初期遺伝子zif268の発現が誘発される機構をPC12細胞を用いて研究した。MAPキナーゼ系とPi3キナーゼ系の関与が刺激の種類により異なることを明らかにした。小幡はカイニン酸けいれんを起こしたラット海馬顆粒細胞にGABAとその合成酵素が出現し、GABAの細胞外への放出が顆粒細胞の支配領域のCA3において増加することを示して、GABAの栄養因子的役割を示唆した。三木はモルヒネの長期投与で依存・耐性獲得に対応して脳内に増加する分子をクローニングし、ssCRE-BP/pur aを同定した。そのDNA結合ドメインを決定し、内在性の活性化因子のcDNAクローニングを行った。3)神経特異分子の役割。

御子柴はシナプトタグミンによる神経伝達物質放出機構を研究した。イカ巨大シナプスへの抗体注入実験によりC2Aドメインが小胞放出に、C2Bが小胞リサイクリングに関与することを示した。さらにシナプトタグミンに結合する2つの新規蛋白質を発見した。白尾は樹状特記スパインにおけるドレブリンの役割を研究した。抗ドレブリン抗体に結合する細胞骨格蛋白として、生化学的免疫化学的及びモノクローナル抗体作成により、5種が同定され、未同定の2種について解析した。本年度はとくに次の成果をあげた。1)中脳・小脳形成の遺伝子機構(岡本)。さきに転写因子Islet-3の関与を示唆していたが、ゼブラフィッシュ胚でLIM領域の過剰発現によりIslet-3の機能を阻害すると小脳が欠損し、Islet-3の機能阻害を解除した変異Islet-3を強制発現させると中脳・後脳境界領域が2倍までに拡大することを示して、これを証明した。2)小脳顆粒細胞の発生に関わる遺伝子の発見(古市)。マウス小脳のRNAを分析して、発生過程の顆粒細胞に選択的に発現する新規遺伝子13-2を見いだした。構造と機能を解析の結果、13-2蛋白質はアクチンおよびG蛋白質と結合することによりシグナル伝達に関与することが明らかにされた。3)GABA合成酵素遺伝子ノックアウトマウスの解析(小幡)。脳内GABAの合成に関わるのは、予想に反し、2つのアイソフォームのうちGAD67であること、GABAの減少は神経組織形成に大きな影響を及ぼさないが口蓋裂を必発することを発見した。4)モルヒネに対する依存形成の機構(三木)。マウスへのモルヒネ反復投与により一本鎖CREに結合する核蛋白質の活性が低下する、この結合蛋白質は精製、構造決定の結果Pur αと同一である、Pur αのDNA結合活性を促進する内在性因子が存在することを順次発見し、現在この増強因子の精製を行っている。また、これまでzif268およびドレブリンはそれぞれ海馬長期増強に密接に関連する最初期遺伝子として(Saffen)、神経細胞分化とシナプス構造維持に関与する蛋白質として(白尾)、解析を進めてきたが、ノックアウトマウス作成のためのターゲッティングベクターの作成とES細胞での相同組換を終了した。明年度のマウス作成と解析が期待される。脳形成過程ではいったん作られた神経結合が神経活動によって固定化、強化、排除されて、神経ネットワークの完成に至る。また完成後も神経活動によって神経ネットワークが修飾をうけて脳機能の長期的変化が起こる。これは脳可塑性と呼ばれ、いわゆる記憶から運動学習、薬物依存等にわたる。このような脳可塑性の基盤には遺伝子発現を介する物質レベルの持続的、長期的変化があると考えられるが、まだほとんど解明されていないので、7名の研究者によりこの問題に取り組んだ。本年度の成果として、1)小脳の生後発達。顆粒細胞の分化、移動、成熟が起こる際に、KチャネルのうちKv4.2の発現が増加して活動電位が発達すること(池中)、および新規分子Cupidinが発現することを見いだした(古市)。
移動するカメラから取得された動画像を対象とする移動物体検出手法の検討

映像処理において,基礎的な技術である映像中からの変化検出は通常の状態を表現する背景を構築し,その構築した背景と入力画像を比較することで可能となる.本研究では複数のカメラから取得された映像を統合的に用いる背景の構築手法の提案を目的とし,撮影位置の異なる画像,特に移動するカメラから取得された画像を用いた背景モデルの検討に注力した.本年度では,前年度におこなったニューラルネットワークを用いた変化検出に基づく移動物体検出手法についての評価実験および深層学習を用いた背景差分法の解析を引き続き行った.(1)画像復元に基づく変化検出手法移動するカメラから取得された画像に対して変化検出を行う場合,各画像に適切な地点で撮影された背景画像を参照する必要がある.提案手法は,過去に一度見たことのある領域は現在の観測から思い出すこと(復元)ができるというコンセプトに基づき,移動カメラによる複数視点による画像を統一的扱うことが可能とした.過去に観測された画像をもとに画像の復元を学習することで,過去の画像に含まれていない新たに出現した物体領域が復元できないことを利用し,変化検出を行う.実験において,カメラの動きに依存せず,動的物体,静的物体にかかわらず,変化した領域を検出することが可能であることを示した.(2)背景差分ニューラルネットワークの解析(1)において採用者はニューラルネットワークを用いた背景差分手法を用いており,その特性を解析することは手法の利点,欠点の理解や手法の性能向上の一助となる.前年度の解析の結果では,ネットワーク第1層と最終層の解析にとどまったが,本年度は中間層の特徴量の観察を通してニューラルネットワークの解析を行った.この解析により,中間層以降でも,差分演算が特徴間で行われていること,シーン固有の背景変動に対して重要な働きをするフィルタが形成されることを確認した.平成30年度が最終年度であるため、記入しない。平成30年度が最終年度であるため、記入しない。映像処理において,最も基礎的な技術である映像中からの変化検出は通常の状態を表現する背景を構築,構築した背景と入力画像を比較することで可能となる.移動するカメラにおいて,撮影位置が異なると同一領域であってもその画像上での見え方が異なる状況が想定される.このため,カメラの移動による物体・シーンの見え方の違いに頑健な背景構築・更新手法を検討する必要がある.本年度は撮影位置が異なる映像の間で生じる同一の物体・領域の見え方が違う場合でも背景を構築・利用するための手法を検討した.カメラの移動中に照明変動が起こり,適切な背景が利用できなくなる状況を想定した.従来法では,カメラの移動前後で背景は一貫していることが想定しているが,これは上記の状況ではあてはまらない.移動カメラとしてパンチルトカメラを想定し,画素の輝度値変化に着目して輝度値変化が類似する領域を同一の領域として共通の背景とみなし,同時更新する手法を提案した.カメラの移動中に照明変動が生じ,照明変動前後で見え方の変わる場合でも,照明変動が起こった時点で写っていない領域であっても同時に背景を更新することができる.当該研究成果は第19回画像の認識・理解シンポジウム(MIRU2016)にて報告した.また,当該研究に関連して,映像上に前景物体が生じた場合であって,背景を構築する手法についても検討した.一般に背景には前景情報を含むと変化検出の精度が落ちるため,この検討は当該研究において重要である.映像を双方向に解析することで,前景の影響を排除した背景構築手法を提案し,当該研究成果を2016IEEE Scene Background Modeling Contest (SBMC 2016)にて報告した.共通背景の構築,前景を排除した背景の構築において研究実績を上げたことに加え,柔軟なカメラの動きに対応するための背景構築手法について検討している.従来の手法はカメラの動き方に制約がある.そこで,カメラの動きによる影響を排除したフレームワークを深層学習を用いて検討した.移動物体の写りこんでいない大量の背景画像から背景の情報を獲得するネットワークを学習し,観測画像と学習したネットワークから獲得した背景の情報を比較し,合致しない場合を移動物体として検出する.処理時間を考慮して,ネットワークの入力は観測画像から一部を切り出した画像パッチを用いている.背景情報の獲得は画像パッチの中央領域をマスクした入力からマスクされた中央領域を復元するネットワークを学習することで行う.この学習では背景画像しか用いないため,移動物体を検出する際,画像パッチに移動物体が含まれている場合,ネットワークの学習に含まれていない移動物体を復元することはできず,観測画像の画像パッチとは異なるものが復元される.一方,背景のみを含んでいる画像パッチは観測画像の画像パッチと類似したものが復元される.したがって,このネットワークによって復元される領域と観測画像を比較することで,移動物体検出が可能となる.この手法はカメラの動きを一切考慮する必要はないため,カメラの動きに依存しないフレームワークである.深層学習を用いた検討は本年度中に学会発表は行っていないが初期検討としては十分な成果が得られたため,上記の自己点検による評価を行った.映像処理において,最も基礎的な技術である変化検出は通常の状態を表現する背景を構築,構築した背景と入力画像を比較することで可能となる.移動するカメラの場合,まず,撮影位置に適切な背景を選択する手法が必要となる.本年度は移動するカメラから取得された画像を用いた背景モデルの検討に注力して行う.(1)ニューラルネットワークを用いた画像復元に基づく変化検出手法について考案した.

これに並行して,(2)上記の検出手法に用いた変化検出手法を解析した.(1)本検討では,過去に移動するカメラで取得された画像を背景として,現在の観測画像との違いを変化として検出することに注力する.提案手法は,過去に一度見たことのある領域は現在の観測から思い出すこと(復元)ができるというコンセプトに基づく.過去に観測された画像をもとに画像の復元を学習することで,過去の画像に含まれていない新たに出現した物体領域が復元できないことを利用し,変化検出を行う.実験において,カメラの動きに依存せず,動的物体,静的物体にかかわらず,変化した領域を検出することが可能であることを確認した.(2)2016年に提案されたニューラルネットワークを用いた背景差分手法は従来の背景差分法を圧倒する検出精度を示した.これは,前景領域を教示することで,前景検出プロセスを学習する.背景を定義する従来の背景差分法とは逆のアプローチであり,学習に用いた前景しか検出できない特定物体検出の可能性を考慮したため,背景差分ネットワークの解析を行った.解析の結果,この背景差分ネットワークは従来の背景差分手法のコンセプトと同様の演算を行っていること,噴水など背景画像と違いを生じるが背景と判定したい領域を自動的な特徴統合により正しく背景と判定で来ていることが明らかとなった.本研究はMIRU2017,AVSS2017で成果を報告した.柔軟なカメラの動きに対応するための背景構築手法について検討している.従来の手法はカメラの動き方に制約がある.そこで,カメラの動きによる影響を排除したフレームワークを深層学習を用いて検討してきた.移動物体の写りこんでいない大量の背景画像から背景の情報を獲得するネットワークを学習し,観測画像と学習したネットワークから獲得した背景の情報を比較し,合致しない場合を移動物体として検出する.本年度にカメラの動きに依存せず,動的物体,静的物体にかかわらず,変化した領域を検出することが可能であることを確認した.また,ブラックボックスとして扱いがちなニューラルネットワークの解析も行った.深層学習を用いた検討は本年度中に学会発表は行っていないが英文誌に投稿中であるため,上記の自己点検による評価を行った.映像処理において,基礎的な技術である映像中からの変化検出は通常の状態を表現する背景を構築し,その構築した背景と入力画像を比較することで可能となる.本研究では複数のカメラから取得された映像を統合的に用いる背景の構築手法の提案を目的とし,撮影位置の異なる画像,特に移動するカメラから取得された画像を用いた背景モデルの検討に注力した.本年度では,前年度におこなったニューラルネットワークを用いた変化検出に基づく移動物体検出手法についての評価実験および深層学習を用いた背景差分法の解析を引き続き行った.(1)画像復元に基づく変化検出手法移動するカメラから取得された画像に対して変化検出を行う場合,各画像に適切な地点で撮影された背景画像を参照する必要がある.提案手法は,過去に一度見たことのある領域は現在の観測から思い出すこと(復元)ができるというコンセプトに基づき,移動カメラによる複数視点による画像を統一的扱うことが可能とした.
高精度ステレオビジョンを中核としたインテリジェント海上交通システム

船舶の航行の安全性を高めて海難事故を減らすと同時に船員の疲労軽減を図ることを目的とし,海上交通の世界にも高度な情報処理技術を取り込むことを目指して研究を行った。その結果,ステレオビジョンによる3次元画像計測の高精度化,深層学習による海上画像からの船舶の検出,画像上での船舶の追跡とパン・チルトカメラによる船舶への追従制御,広域海域監視のためカメラ配置,自動着岸に向けた港湾での船舶位置姿勢計測について検討を行い,それぞれ基礎技術を開発した。本研究は,船舶を安全に航行させるために,特に画像処理・画像計測技術を利用した高度な情報処理技術を取り入れたインテリジェント海上交通システムを構築するための技術基盤を確立することを目指している。平成27年度は,その中で最も基本となる船舶の高精度位置計測に関して研究を行なった。位置計測はステレオ画像計測に基づくが,2台のカメラ間の距離に比して対象物までの距離が長くなるほど計測誤差が大きくなる。例えば,船舶にカメラを搭載する場合,船幅などからカメラ間距離が限られるのに対して,計測対象の他船や障害物は数キロメートル先にあることも珍しくなく,計測精度が問題となる。そこで,カメラを3台に増やして精度を改善することを検討した。実験およびシミュレーションを行なった結果,単にカメラを1台増やして3台にしただけでは高精度化の効果は薄く,配置を工夫する必要があることが分かった。すなわち,カメラを一直線状に並べた場合は両端の2台でほぼ精度が決まり,中央にカメラを増やしても精度はほとんど改善されなかった。これに対して,カメラを垂直方向に三角形状に配置した場合は,計測精度の改善が見られた。また,1回毎の計測単独では,計測精度の向上にも限界があるため,時系列的に連続した計測結果から確率的に最も確からしい位置を推定する手法としてパーティクルフィルタと呼ばれる手法を取り入れた。パーティクルフィルタを使って画像上の物体追跡をする場合,画像座標を基に状態方程式を立てることが多いが,本研究では船舶の三次元座標を基に状態方程式を立てることを提案し,安定した位置計測と追跡が可能となることを明らかにした。また,2隻の船舶を同時に追跡することも検討した。研究の進捗状況についてはおおむね順調であると考えている。本研究の核となるのがステレオ画像計測で,いかに正確に対象物の三次元位置を計測できるかが重要である。本年度は,その点を進めることができた。交付申請書に記載した平成27年の研究計画と照らし合わせてみても,(1)カメラのキャリブレーションと(2)3台以上のカメラを用いたステレオ計測手法の検討については研究実績の概要で述べたとおり実施済みである。(4)の船舶追跡手法にもパーティクルフィルタを用いて追跡ができることを確認済みであり,さらに,2隻の船舶の追跡についても検討した。研究計画の(3)として挙げていた海上画像からの船舶の検出手法については,もともと基礎手法はほぼできており,改良等を計画していた。そのため,単独の成果として学会発表等は行なっていないものの,上記の船舶追跡手法等とともに検討はつづけている。ただし,処理速度の問題は,まだ検討の余地があり,今後も検討を続ける予定である。研究成果については,4件の学会発表を行なった。うち1件で,研究協力者の大学院生に発表を行なってもらったが,その発表が電気学会論文発表賞を受賞するなど,まずまずの評価が得られたと考えている。今後,研究データを精査して,著名なジャーナル等への投稿も検討していく。船舶を安全に航行させるために,特に画像処理・画像計測技術を利用した高度な情報処理技術を取り入れたインテリジェント海上交通システムを構築するための技術基盤を確立することを目指して研究を行っている。平成28年度は,ステレオ画像計測の高精度化の検討,機械学習を用いた船舶の検出,広域監視のためのカメラ配置問題の検討,カメラの船舶追従制御などを検討した。まず,ステレオ画像計測の高精度化では,前年度に引き続き,船舶の計測に必要な遠距離計測を3台のカメラで行う方法を詳しく検討し,3台のデータを同時に使用するのではなく,2台ずつで得た計測結果を平均するのがよいという新たな知見が得られた。また,海上画像から船舶を検出する方法として,サポートベクターマシンや深層学習(ディープラーニング)といった機械学習を取り入れることで,波などによる光の反射の影響を取り除き,船舶のみを検出できる手法を開発した。この方法は,船種など,画像に写っている物体を識別する方法に発展させることができる。そして,海峡や港など広域で海上を監視するには,多数のカメラを適した場所に設置する必要がある。そのための,カメラ配置問題について検討し,カメラ配置(場所,向き,カメラの画角)を計算するプログラムを作成した。さらに,そのような広域監視を行う場合,望遠レンズを用いてカメラの向きを変えながら船舶を監視する必要も出てくる。そのため,画像中で検出した船舶を追跡し,その方向にカメラを向け続けるシステムの試作も行った。以上の研究は,カメラを用いた船舶の安全航行を支援するシステムの要素技術となるものであり,実現に向けて一歩前進したといえる。研究実績の概要でも述べたとおり,船舶の航行の安全を支援するインテリジェント海上交通システムの実現に向けて,幅広い視点から必要な要素技術について検討や装置の試作を行うことができた。交付申請書に記載した平成28年の研究計画と照らし合わせてみても,(1)船舶の識別手法の改良については,サポートベクターマシンや深層学習(ディープラーニング)といった機械学習をとりいれ,海上画像から船舶を検出・認識する手法の基礎を確立できた。