出願番号：2009-533139 ／ 特開番号：再表2009/038056 ／ 登録番号：5590547

【課題】周波数分解能が解析窓長に依存せずに高い周波数分解能を有し、驚くべき高精度に周波数解析を行うことができる信号解析装置を提供する。信号解析装置は、解析対象となる解析対象信号を入力すると、その解析対象信号と、周波数ｆ’及び初期位相φ’を用いた位相と振幅Ａ’とによって表される正弦波モデル信号との差の二乗和が最小値になるような周波数ｆ’、振幅Ａ’、及び初期位相φ’を求める。

【解決手段】

(1)Non-Harmonic Analysis Applied to Optical Coherence Tomography Imaging

Jpn J Appl Phys 51 ( 2 ) 022503 - 022503 2012年

(2)ビット形式の情報提示方法によるNIRSを用いた文字入力支援システムに関する検討

電気学会論文誌. E 132 ( 10 ) 328 - 336 2012年

(3)NIRSを用いた未知情報判別に関する検討

電気学会論文誌. E 132 ( 10 ) 348 - 354 2012年

(4)ロボット制御のためのNIRS-based BCIの開発

電気学会論文誌. E 132 ( 10 ) 355 - 361 2012年

(5)Forecast of stock market based on Non-Harmonic Analysis used on NASDAQ since 1985

Applied Financial Economics, 2012, 22, 197–208 2011年10月

(1)超高精度信号解析法を利用したデータ圧縮の限界効率を実現する符号化技術に関する研究

申請者が発明した極限的な周波数分解能を有する信号解析技術 NHA (Non-Harmonic Analysis)を使って、画像符号化技術に組み込むための
ソフトウェア技術を開発する。NHAは、計測信号を最も正確に解析する方法で、これまでの周波数分析法に比べ10万～100億倍以上の精度の向
上があり、従来法では可視化できない僅かな変化もとらえることができる。本研究では、特に画像情報を、より少ないスペクトルを表現できる可
能性に着目し、符号化効率を大幅に改善する計算技術を確立し、次世代符号化技術の獲得を目的とする。
さらに、多次元解析の基礎技術を確立し、負荷分散のための並列化に関する効率性評価と最適化の検討、ノイズ低減、画像補正、動き補償な
ど符号化実装技術に関連する主要な要素技術の開拓も行う。

(2)超微細空間の観察を可能にする次世代型MRI技術の開発

(3)超解析精度技術を応用した重力波の解析システムの開発とその評価に関する研究

近年、磁気共鳴を利用したコンピュータ断層撮影技術であるMRIが活発に研究されている。MRIの分解能は磁場強度に依存しており、高分解能
を達成するには高磁場が必要となる。これは、MRデータの解析にFFTが利用されているからである。そこで、本研究ではFFTよりも高精度に解析
できるNHAに着目し、これまで観察できなかった微細領域の可視化について検証した。
その結果、コンピュータシミュレーションで超低磁場を想定した場合、NHAはFFTよりも位置誤差のばらつきを1/2以下に抑制できることがわかっ
た。

(4)重力波に関する新知見を導き出す超高精度解析技術とその高速計算組み込み技術の開発

本研究では、工学系で広く利用されているフーリエ変換（FFT）に比べ、10万～100億倍以上の精度の向上が見込まれるNHA（Non Harmonic
Analysis: 申請者が考案した非周期信号のフーリエ変換式への最小二乗法の適用に基づく周波数分析法）を用いて、重力波検出・解析システム
に関して、総合的なセンシング能力や情報解析技術の飛躍的向上に資する重力波信号解析技術の開発を行った。特に、センシング・ハードウェ
アの限界を極限まで向上させる時間―周波数解析技術、リアルタイム解析技術、ノイズ源分離と重力波の微細な周波数変化を追従するための
解析技術の開発を行った。

(5)究極の次世代型分解能を有するセンシング・ソフトウェア基盤技術に関する研究

申請者が開発したNon-Harmonic Analysis (NHA)を用いて、光コヒーレンストモグラフィ(OCT)イメージングに応用を試みた。従来のフーリエドメイ
ンOCT(FD-OCT)では、窓関数及び窓長に依存する離散フーリエ変換(DFT)を用いている。DFTを用いて算出されるOCT画像において、軸方向の
分解能は波長帯域幅の半値全幅(FWHM)に反比例する。この波長帯域幅のFWHMは、掃引光源の掃引範囲やCCDピクセルの数によって制限さ
れる。しかし、NHAにはDFTのような制約がなく、窓関数や窓長に関わらず高い周波数分解能が実現できる。このNHAをOCTに応用する利点を
実証するため、玉ねぎの皮のOCTイメージングをNHAにより行った。その結果、NHAは波長帯域幅を大幅に低減しても、100nmの波長帯域幅の
画像解像度と同等の画像解像度を達成できることを明らかにした。

(6)体内深層部の細胞観察を実現させる超精細次世代型MRI組み込みソフトウェアの開発

本研究では、NHA の2次元化と MRI 応用のための組み込み技術の開発)とMRI データへの適用と評価実験を行った。まず、実数信号の解析用
に構築されたNHAを複素数信号に拡張することを試みた。MRI再構成画像を得るために、フーリエ変換を行うk空間カテジアングリッド上では時間
軸に加え、計測方向の角度情報を考慮することに起因して複素信号となる。その結果、本組み込み技術を、コンピュータシミュレーションで誤差
評価を行ったところ、NHAの空間分解能は、1μm以上の精度向上を確認した。一般にFFTなどでは、精度は0.75mm～1.5mm程度であるため、
100倍以上の精度向上を確認し、これまでの3TクラスのMRIの空間分解能3mmの場合では、FFTをNHAで置き換えることで、理想環境下におけ
る空間分解能が3μmを見込めることがわかった。

(7)画像の効率的な符号化を目指す次世代画像解析ソフトウェアに関する実装化技術の開発

申請者が発明した極限的な周波数分解能を有する信号解析技術NHAを使って、画像符号化技術に組み込むためのソフトウェア技術を開発し
た。これまでの周波数分析法に比べ10万～100億倍以上の精度の向上があり、高速で従来法では可視化できない僅かな変化もとらえることが
できることがわかった。主として開発した組み込み技術は、画像信号を解析するための要素技術に過ぎないが、この解析時間はコーディングの
全体時間中でも、8割以上と大きな時間を占めるため、実装化技術の実現に大きく前進した。また、本成果は多次元信号への応用も図れるた
め、画像符号化以外の医用機器精度向上にも利用でき、今後はMRIに代表される断層撮影技術への応用も検討する。

(8)近赤外線光センサの極限的精度向上を目的とした次世代信号解析ソフトウェアの実装化技術の開発

めのソフトウェア技術を開発する。NHAは、計測信号を最も正確に解析する方法で、これまでの周波数分析法に比べ10万～100億倍以上の精度
の向上があり、従来法では可視化できない僅かな変化もとらえることができる。本研究では、特に光ガスセンサや、断層撮影技術の一つである
OCT(Optical Coherence Tomography)などに使われる人体に無害な近赤外線に対し、その波長帯域に起因する計測精度の限界を大幅に改善
する計算技術を確立し、ハードウェアの機能限界を大幅に向上させる次世代型光計測センサシステム技術の獲得を目的とする。本研究期間で
は、これら計測装置に組み込むための信号解析ソフトウェア技術を開発し、実装化を試みる。