複数量子化最小誤差エントロピーと基準点の理論及び応用：モデル回帰における突破 学術的背景 機械学習と信号処理の分野において、非ガウスノイズの存在はモデルの性能に不利な影響を与えることが多い。伝統的な平均二乗誤差（Mean Squared Error, MSE）は理論的および計算的に単純であるが、非ガウスノイズに対してはその信頼性が大きく低下する。この問題を解決するため、研究者たちは様々な最適化基準を提案しており、その中でも最小誤差エントロピー（Minimum Error Entropy, MEE）は、インパルスノイズや外れ値の抑制における優れた性能から注目を集めている。しかし、元のMEEアルゴリズムは誤差サンプルの二重和を必要とするため、計算複雑度が高く、大規模データセットへの応用が制限され...

確率メモリオートエンコーディングネットワークを用いた監視カメラ映像の異常行動検出研究 学術的背景 インテリジェント監視システムにおいて、異常行動検出は、テロ対策、社会の安定維持、公共の安全確保など、極めて重要な機能です。しかし、異常行動検出には核心的な課題があります。それは、通常の行動データと異常行動データの極端な不均衡です。通常の行動データは大量に入手可能ですが、異常行動データは少なく、予測が困難です。この不均衡により、従来の教師あり学習手法では効果的なモデルの訓練が難しくなっています。そのため、大量の通常行動データを活用して通常行動の分布をモデル化し、それに基づいて異常行動を検出する方法の研究が重要な方向性となっています。 近年、深層学習に基づく手法が異常行動検出において顕著な進展を遂げ...

pth根圧縮遅延和積分ビームフォーミングのパッシブキャビテーションイメージングへの応用に関する研究 学術的背景 パッシブキャビテーションイメージング（Passive Cavitation Imaging, PCI）は、超音波治療中の気泡活動を監視する技術であり、薬物送達や組織破壊（例：ヒストトリプシー、Histotripsy）などの治療シーンで広く使用されています。しかし、既存のPCI技術には、特に遅延和積分（Delay, Sum and Integrate, DSI）ビームフォーミングアルゴリズムを使用した場合、軸方向解像度が低いことやサイドローブアーチファクトが顕著であるといった問題があります。PCIの性能を向上させるために、研究者たちは計算複雑性を大幅に増加させることなく画像品質を改善...

マイクロ波誘導熱音響イメージングにおける受動的ビームフォーミングメタサーフェスに関する研究 学術的背景 マイクロ波誘導熱音響イメージング（Microwave-Induced Thermoacoustic Imaging, MTAI）は、マイクロ波と超音波イメージングの利点を組み合わせた新しい医療イメージング技術です。この技術では、マイクロ波パルスが生体組織に照射されると、組織は電磁エネルギーを吸収して熱膨張を起こし、これにより超音波（すなわち熱音響信号）が生成されます。これらの信号は組織内部の形態および機能情報を含んでいます。MTAIは非侵襲性で高解像度、深部浸透性、高コントラストといった利点があり、そのため乳がんスクリーニング、脳画像、関節画像などの分野で広く応用されています。しかし、イメ...

オンライン表面筋電図信号分解の二重ソース検証に関する研究 学術的背景 表面筋電図（Surface Electromyogram, SEMG）は筋肉活動を表す重要な指標であり、運動リハビリテーション、ロボット制御、ヒューマンマシンインタフェースなどの分野で広く応用されています。しかし、SEMG信号は低SN比、高い類似性、波形の重なりが顕著なため、分解が困難です。近年、電子技術とセンシング技術の進歩により、高密度表面筋電図（High-Density SEMG, HD SEMG）の収集が可能となり、盲源分離技術（Blind Source Separation, BSS）として知られる手法、例えば畳み込みカーネル補償（Convolution Kernel Compensation, CKC）や漸進型...

微コーム技術の学際的進展：物理学と情報技術をつなぐ架け橋 学術的背景 光学周波数コーム（Optical Frequency Comb, OFC）は、光周波数領域を一連の離散的かつ等間隔の周波数線に分割する技術であり、精密測定、光通信、原子時計、量子情報などの分野で広く応用されています。しかし、従来の周波数コーム装置は通常、大規模で複雑であり、現代科学や技術が求める携帯性や集積化のニーズを満たすのが困難です。近年、マイクロコーム（Microcomb）技術はそのコンパクトさ、高効率、多機能性により注目を集めています。マイクロコームは、光学マイクロキャビティ内の非線形効果を利用して生成され、チップレベルで周波数コームの機能を実現できるため、多くの分野に革命的な変化をもたらしています。 マイクロコー...

超容量完全ベクトル渦ビームの実現 研究背景と問題提起 光学渦（Optical Vortex）は、その独特な軌道角運動量（Orbital Angular Momentum, OAM）特性により、光学多重化、粒子操作、イメージング、ホログラフィックディスプレイ、光通信、光学暗号化などの分野で大きな応用可能性を示しています。しかし、従来の渦ビームは通常、グローバル位相変調方式を使用して生成され、その位相荷（Topological Charge, TC）が単一で強度分布が均一であるため、空間情報のさらなる活用が制限されています。また、偏光などの自由度を導入して情報容量を増やそうとする試みもありますが、局所的な空間強度情報は依然として十分に探索されていません。 この制限を突破するため、清華大学深セン国...

研究背景と問題提起 現代の光通信技術の急速な発展に伴い、波長分割多重（WDM）システムは高容量で多機能な光学ネットワークを実現する上で中核的な役割を果たしています。(解)インターリーバーは、波長解復用構造の主要コンポーネントとして、複数の波長信号を効率的に分離し、ネットワーク設計においてより大きな柔軟性や高いチャネル数のサポートを提供します。しかし、従来のマッハツェンダー干渉計（Mach-Zehnder Interferometer, MZI）の設計には、入力および出力カプラに関連する顕著な欠点があり、特にカプラ構造が波長に強く依存しているため性能が制限されています。さらに、平坦な伝送スペクトルと低クロストークを実現することは現在の研究における重要な課題です。 これらの問題に対処するため、イ...

学術的背景 中赤外スペクトル範囲（2.5～20 µm）は、多くの分子結合の特徴的な吸収ピークを含むため、ガス検出、光通信、高品質イメージング、細菌研究、土壌成分分析などの分野で広く応用されています。これらの応用において、波導型フォトダイオードは、高い集積度、低消費電力、小型化が容易という特徴から、フォトニック集積回路（PICs）における重要な構成要素となっています。しかし、従来の波導型フォトダイオードは感度やSN比に限界があり、特にダークカレントノイズの制御や量子効率の最適化において課題があります。 波導型フォトダイオードの性能向上を目指して、研究者たちは材料選択の最適化、新しい波導構造の設計、モード変換技術の導入による結合損失の削減など、さまざまな改良案を提案してきました。しかし、量子効率...

高利得マルチバンド円偏波二層メタサーフェスパッチアレイアンテナの設計研究 学術的背景と研究動機 テラヘルツ（Terahertz, THz）帯通信は、近年、無線通信システムにおける帯域幅拡大の可能性により大きな注目を集めています。しかし、テラヘルツシステムの応用には多くの課題があり、信号減衰や帯域不足が主な問題となっています。これらの問題を解決するために、高性能アンテナの設計が鍵となります。従来のマイクロストリップアンテナはシンプルな設計ですが、狭帯域で低利得という特徴があり、テラヘルツ帯での応用が制限されています。さらに、円偏波（Circular Polarization, CP）技術は、送信機と受信機間の偏波ミスマッチを効果的に減少させ、通信品質を向上させることが可能です。 これらの課題に...