ピクセル間クロストークを利用した位相検出法における信号符号化方式の研究

利用像素间串扰的相位检测方法中信号编码方法的研究

• 批准号: 21K04917
• 负责人: 藤村 隆史
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Utsunomiya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04917/
• 关键词: ホログラフィックメモリー; クロストーク; 位相検出; 振幅位相多値信号; 偏光位相多値信号; 機械学習; イタレーション

本年度は、われわれが提案しているクロストークを利用したシングルショット位相検出法において、高密度・高転送レートを実現する位相決定アルゴリズム、信号符号化法を開発すべく、下記の３項目について検討を行った。【エラーピクセルの解析と新しい位相決定アルゴリズムの開発】これまでに検討してきたいくつかの位相決定アルゴリズムにおいてエラーが生じたピクセルを解析することで、それぞれが別のピクセルで検出エラーを起こしていることが明らかとなった。これを踏まえ、各境界強度の情報からよりエラーの出にくい位相決定アルゴリズムを選択する新しいアルゴリズムを構築し、結果的にエラーレートを約６割程度にまで減少することに成功した。【振幅位相多値信号、偏光位相多値信号への拡張】本年度は、これまで位相の多値信号を扱っていたところを、振幅情報および偏光情報も信号に組み込んだ振幅位相多値信号、偏光位相多値信号へ信号符号の範囲を拡張し評価を行なった。その結果、振幅位相多値信号は、符号間距離が縮小されることによるクロストーク増加の影響が大きく、転送レートは向上するものの記録密度の改善には至らなかった。一方で新たに提案した偏光位相多値信号では、偏光子の挿入により転送レートに加え、記録密度が改善する見込みがあることが確認された。【多出力ネットワーク構造による機械学習出力速度の改善】機械学習には大幅に信号検出エラーを低減できる一方で、入力すべき画像数の多さから検出速度が遅くなるといった課題がある。これに対しニューラルネットワークを複数の出力層をもつように修正し、入力する画像数を減らすことで高速化を図った。その結果、９８の出力層をもつネットワーク構造では、従来の位相決定アルゴリズムと比較して、信号検出エラーを約1/60程度にまで低下させつつ、位相検出時間もほぼ同等のレベルまで短縮できることを確認した。

今年，我们讨论了以下三个项目，以开发一种相确定算法和信号编码方法，该方法在单次相位检测方法中实现了高密度和高传输速率，该方法使用串扰，如所提出的。 [分析误差像素并开发新的阶段确定算法]通过分析到目前为止已经研究的多个相确定算法中发生的像素，已经揭示了每个像素会导致检测误差。考虑到这一点，构建了一种新的算法来选择一种相确定算法，该算法较小，该算法从有关每个边界强度的信息中引起错误的可能性，因此，我们成功地将错误率降低到了约60％。 [扩展到振幅相位多值信号和偏振相多价信号]今年，我们一直在处理相位多值信号，但是我们将信号代码的一系列信号代码扩展到振幅相多值信号和偏振相的多值信号，这些信号并入了将函数和极性信息包含到信号中。结果，由于符号间距离的降低，振幅相位多值信号具有增加串扰的效果很大，尽管转移速率提高了，但记录密度并没有提高。另一方面，已经证实，在新提出的极化相中，多价值信号除了传输速率外，还可以通过插入偏振器来提高记录密度。 [通过多输出网络结构提高机器学习输出速度]虽然机器学习可以显着减少信号检测错误，但由于要输入大量图像而导致的检测速度放缓存在挑战。作为响应，对神经网络进行了修改以具有多个输出层，并减少了要输入的图像数量，从而提高了速度。结果，已经证实，在具有98个输出层的网络结构中，信号检测误差可以降低至约1/60，并且相位检测时间可以降低至几乎与常规相确定算法中的水平几乎相同。

项目成果

Single-shot Detection of Phase-encoded Signals in Holographic Data Storage System

全息数据存储系统中相位编码信号的单次检测

• 发表时间: 2021
• 作者: R. Fujimura;M. Tokoro
• 通讯作者: M. Tokoro

Iterative Phase Determination Method using Pixel Spread Function

使用像素扩展函数的迭代相位确定方法

• 发表时间: 2022
• 作者: 仲間一貴;菊地雄亮;林健太;岡本勝就;一色秀夫;渡邉恵理子;Aojie Xu，Lifeng Duan，Yun zhang;Ipsita Chakraborty and Hiroshi Kano;R. Fujimura
• 通讯作者: R. Fujimura

クロストークを利用したシングルショット位相検出法における位相決定アルゴリズムの検討

基于串扰的单次相位检测方法中的相位确定算法研究

• 发表时间: 2021
• 作者: Kenta Hayashi;Kazutaka Nakama;Hideaki Gomi;Katsunari Okamoto;Eriko Watanabe;藤村隆史
• 通讯作者: 藤村隆史

ホログラフィックメモリーにおける偏光多値信号のクロストークを利用したシングルショット検出

利用全息存储器中偏振多级信号串扰的单次检测

• 发表时间: 2023
• 作者: 立木透;藤村隆史
• 通讯作者: 藤村隆史

デザインされた位相パターンを付加した強度多値信号の再生特性

添加设计相位图案的强度多级信号的再现特性

• 发表时间: 2022
• 作者: 野中琢矢;藤村隆史
• 通讯作者: 藤村隆史