長岡高専

長岡工業高等専門学校・電子制御工学科

電子制御工学科へようこそ
< RSSによる更新情報 最終更新日時: 2024-02-16, カウンタ: >

中学生の皆さんへ

あなたはどんなことに興味がありますか?

コンピュータ,タブレット,スマートフォン,プログラム,情報,電気,電子,ロボット,機械の制御,センサ,工作,模型,ゲーム,ラジコン… こういったものに興味がある中学生の皆さん,その知識や技術をもっと深め広げたいと思いませんか?

自分が興味を持って学んだ知識や技術が,将来の自分の仕事につながり,社会の役に立つならば,幸せな人生が送れることでしょう。 その道を開いてくれるのが電子制御工学科です。

電子制御工学科では,機械工学,電気電子工学,情報工学といった分野に共通する基礎学力を重視した教育を実践しています。 多くの演習を通して数学,物理の確かな学力を身に付け,多くの実験を通して力学,電気電子回路,情報処理などの実践力,応用力を身に付けます。

その結果として卒業生の進路は,機械工学,電気電子工学,情報工学だけでなく,航空工学,物理学など多くの分野に渡り,社会に出てからも活躍しています。

クローズアップEC【Vol.015】
特集:R04年度卒業研究,表彰テーマの紹介

金賞
「重力波データ解析への応用に向けたHilbert-Huang変換における補間法の比較検討」
 梁取 大貴(データサイエンス研究室/指導教員 酒井)

2015年,アメリカの重力波検出器Advanced LIGOが世界で初めて重力波の検出に成功し,2017 年には,LIGO-Virgo の合同チームが連星中性子星(BNS)合体によって発せられた重力波の初検出に成功している。 それ以降,様々な重力波の検出が報告されている。 中性子星同士の連星を連星中性子星(BNS)といい,互いに引力を及ぼしながら公転している。 公転により重力波が発生し,それに伴いエネルギーが失われるため,中性子星は徐々に接近してやがて合体する。 合体後,ブラックホールか,高質量な巨大中性子星(MNS)となる。 これがBNS合体である。

一つ目の先行研究では,連星中性子星合体により生じる重力波データ解析において時間周波数解析の手法の一つであるHilbert-Huang変換(HHT)解析の有効性を示した。 しかしながら,HHTは比較的新しい手法であり,その理論的な基礎はまだ確立されていないため,数学的な問題点は数多く存在し,その一つにHHTで極値を包絡線で接続する補間処理における最適な補間法の実装が挙げられる。 二つ目の先行研究では,Akima Splineと呼ばれる補間法を用いたAS-HHTを実装し,従来のHHTより性能が向上することを示した。 しかし,後者の先行研究のみではAkima SplineがHHTにおいて最適な補間法であるかは断言できない。

本研究では,さらにSteffen補間と呼ばれるスプライン補間を用いたSI-HHTを実装する。 Steffen補間は場合分けによる係数の決定を行うため,単調な結合を保証する。 この特徴はHHTの補間処理に適していると考えられる。 本研究は,Hyp-EOS,Shen-EOSと呼ばれる二つの状態方程式(EOS)のBNS合体による重力波を対象とし,AS-HHTとSI-HHTの解析結果の比較を行う。

はじめに時間-周波数-振幅マップでEOSの特徴を可視化した。どちらのHHTを用いたマップも,MNSからの重力波の周波数は,Hyp-EOSでは時間とともに増加するが,Shen-EOS では変化しないという特徴を表現できた。 次に,周波数変化の測定精度を比較した。 どちらのEOSモデルもSI-HHTの測定誤差がAS-HHTの測定誤差より小さく,精度が良いことがわかった。 特にSI-HHTは信号が強い波元からの距離が短いときの高精度な解析に適していることがわかった。 最後に共分散分布を用いたEOSの判別を行った。 どちらのHHTもEOSによる周波数変化の特徴を共分散分布に表すことができ,EOSを判別することができた。 共分散分布の重複部分が小さいことからもSI-HHTの方が精度よく解析できていることがわかった。 本研究では現在の観測機で取得されるデータよりノイズ成分の小さいデータを使用した。 アインシュタイン望遠鏡のような,より低ノイズで高精度な観測を行える検出器が実現すれば本研究の研究結果が直接役立つと期待している。 今後は,BNS合体による重力波以外の波源による重力波データに対して,これらのHHTが有効であるか比較検討を続けていく。

銀賞
「選手の3次元位置を追跡するバレーボール分析支援システム」
 佐野 裕馬(制御工学研究室/指導教員 外山)

本研究では,競技の中でチームとしてのフォーメーションの取り方が勝敗を大きく左右するバレーボールに注目した。 本研究室の先行研究では,1台のカメラで撮影された試合映像から選手の2次元位置を推定することで,自チームはもちろん,相手チームの選手位置をデータ化するシステムを開発した。 ただし,選手の跳躍時に誤った選手位置を推定する課題があった。 そこで本研究では,複数台のカメラを用いて選手の3次元位置を追跡し,先行研究の課題を解決する分析支援システムの開発に取り組んだ。

選手の3次元位置を追跡するために,複数台のカメラ映像に対してZhangの手法を応用してカメラの位置・姿勢を推定する。 また,撮影した映像に対してAlphaPoseを用いて選手姿勢を推定し,選手の位置(腰位置と設定)の画像座標を取得する。 その後,カメラ位置・姿勢を用いて2次元で扱われる腰の画像座標を3次元に拡張し,カメラから選手の腰を通る直線を各映像で考える。 そして,全ての映像において同じ選手を通る直線の最近点を求めることによって選手位置の推定を行う。

上述の手法によって選手の3次元位置を追跡したところ,選手の3次元位置について概ね正しく推定を行うことができ,本研究の手法によって先行研究の課題を解決できた。 ただし,選手の交差によって選手の追跡が途切れるといった新たな課題が生じた。 今後は,選手の追跡が途切れた場合の補完方法の検討や,カメラの設置位置を変更した場合における推定結果の変化について調査していく。

銅賞
「携帯情報端末を利用した運動学習支援アプリケーションの開発」
 若月 耕紀(視覚情報処理研究室/指導教員 高橋)

野球のバッティングフォームや,ダンスや体操などの一連の動作は,全身が映る鏡を利用すると効果的に学習・改善できることが多い。 しかし鏡を見るためには,視線や首を実際の動作とは異なった状態に保たなければならない。 そこで,スマートフォンやタブレットのカメラ機能を利用して,映像を数秒間遅延表示させ,動作を行った直後にその映像を確認できるようなアプリケーション(アプリ)が開発されている。 これらのアプリは個人での利用を想定して開発されており,体育の授業などの集団学習で望まれる機能をすべて満たしてはいない。

そこで本研究では,体育教員の要望・意見を取り入れ,集団学習にも活用可能な運動学習支援アプリの開発を行う。 基本となる遅延再生機能に,スローモーション再生機能,動画の共有機能,動画の比較機能を追加する。

遅延再生機能はカメラからの入力映像をヒープ領域にキャッシュし,一定時間後に表示することで実装する。 バックエンド側で録画を開始し,フロントエンド側は録画が完了するまで待機する。 既定の時間後に録画を停止させ,ヒープ領域に保存すると共に次の録画を開始する。 録画した動画は,フロントエンド側で再生し,再生を終えたらヒープ領域から削除する。 これを繰り返すことでカメラの映像を遅延させることができる。 スローモーション再生機能は動画再生時のフレームレートを調整することで実装する。 元の動画のフレームレートが60fpsである場合,30fpsで再生することで0.5倍速とする。 動画の共有機能は特定のサーバを使用しないP2P方式を採用する。 Android端末に搭載されたニアバイシェア機能を用いることで実装する。 動画の比較機能はUIを構築するWidgetを組み合わせることで,交互に比較,並べて比較,透過させて比較の3種類を実装する。 並べて比較する場合は,子要素を横または縦に並べるRowやColumnを使用する。 透過させて比較する場合は一方動画を透過させ,子要素を重ねるStackを使用することで2つの動画を重ねる。

さらに,アプリ開発段階から利用者の意見を取り入れ,機能の改善や追加を行うアジャイル開発に従い,動画の保存機能や拡大機能を加えた。 最終的に,体育の授業で使いたいと考える機能が1つのアプリケーションに網羅されているとの評価を受けることができた。

特別賞(学会発表を行った学生)

  • 「サッカーVARにおけるオフサイド判定の補助システム」,相場 傑琉
  • 「画像提示時の人間の情動反応の推定」,赤井 大介
  • 「データ解析によるトマトの生育中の土壌と実の糖酸度の関係性の調査」,伊藤 隆希
  • 「VRを活用した簡易型視覚機能評価システムの開発とスポーツ指導への応用」,大湊 陽生
  • 「リングダウン重力波の開始時刻推定のためのニューラルネットワークの最適な構成の検討」,大湊 悠貴
  • 「ミストコート法による有機トランジスタ用電子注入層の作製と評価」,金山 直弥
  • 「数理演習用学習支援アプリケーションの開発」,小林 陸駿
  • 「選手の3次元位置を追跡するバレーボール分析支援システム」,佐野 裕馬
  • 「動画を用いた英語学習時の理解度の推定」,田上 雄也
  • 「酸化性ホール注入層をもつ有機EL素子におけるパルス駆動特性評価」,平石 若菜
  • 「瞑想の深さ判別に向けた脳波データの特徴可視化手法の検討」,見角 優樹
  • 「IoTを活用した自動灌水システムの構築と灌水条件がトマト生育に与える影響の調査」,箭内 奏依
  • 「重力波データ解析への応用に向けたHilbert-Huang変換における補間法の比較検討」梁取 大貴

ひとこと

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