ディジタルデータ処理
担当教員
授業の到達目標及びテーマ
ディジタルメディアの代表的データである画像や音声をコンピュータで扱うための基本的な手法を知り、実際に各自が様々な処理をできるようになることを目標とします。これらの手法は、数学的な理論に基づくものが大半です。本講義では、まず、数学的なアルゴリズムをプログラミングすることに慣れてもらうために、数学的な詳細には余り深入りせずに、個々の手法が、音声や画像のどういう特徴に関係するのか、など、具体的な応用を中心に学びます。これらの手法の理解は、「パターン認識」「ディジタル信号処理」「画像情報処理」「コンピュータビジョン」「音声情報処理」などを履修するのに非常に役に立ちます。これらの科目に興味のある学生には、履修を強く勧めます。
授業の概要と方法
上記の科目や、卒業研究などで、実践的に役立つ技能の習得のために、取り上げる手法は、実際のデータが処理できるプログラミングと関連付けて学びます。紹介する手法を簡単に実行するために、MATLABなどのプラットフォームも利用します。演習課題を通して、処理手法の基礎を身につけることを目標とします。
授業計画
| 回 | テーマ | 内容 |
|---|---|---|
| 1 | ガイダンス/MATLAB入門 | MATLABを簡単に紹介します。 |
| 2 | 1次元信号の時間領域処理 | 音声データの重ね合わせ、連結、再生について学ぶ。 |
| 3 | 1次元信号の周波数領域処理 | FFTの使用方法について学ぶ。 |
| 4 | ディジタルフィルタ | FIRフィルタやIIRフィルタについて学ぶ。 |
| 5 | 1次元信号の統計処理 | 自己相関について学ぶ。 |
| 6 | 複素信号 | 音声信号の複素数表現とそれを用いた周波数変調について学ぶ。 |
| 7 | 1次元信号処理の応用 | これまで学んだことを応用してできる処理を学ぶ。 |
| 8 | 画像の構造と入出力 | Matlabの関数を用いて画像を入力したり、それを処理して結果を保存する手法を学びます。 |
| 9 | 画像の周波数領域処理 | 画像処理に不可欠な高速フーリエ変換について、利用法や応用例などを学びます。 |
| 10 | 画像の空間領域処理 | 周波数領域での処理は、空間領域の処理としても実現できる。その場合の畳み込み積分による処理法を学びます。 |
| 11 | 類似性と相関処理 | 空間的な相関に基づいて、周辺の小領域濃度変化の構造が似ている画素(すなわち対応点)を探索する手法を学びます。 |
| 12 | 画像の幾何学的処理 | 画像を空間的に変形させる手法を学びます。 |
| 13 | 教師つき分類 | 画像の分類法には、教師付き分類と教師なし分類とがある。このうち、教師付き分類法について学びます。 |
| 14 | 画像処理の応用 | 同じ場所を異なる時刻に観測した多重時刻・多重分光画像を互いに重ね合わせて、土地利用が時間的に変化した領域を抽出する手法を学びます。 |
| 15 | 最終課題 | 各自興味のあるテーマを決めて処理を行ったり、最終レポートをまとめたりします。 |
授業外に行うべき学習活動
ネット上にオンライン教材を用意しているので、事前に予習し疑問点などを整理してから授業に臨んでください。授業後は、授業中に示された例題を解き直し、課題のレポートを作成してください。
テキスト
授業支援システムを通じて適宜配布する。
参考書
書名: ディジタル・サウンド処理入門 著者名: 青木直史 出版社: CQ出版社 出版年: 2006 書名: DSP First 著者名: James H. McClellan, Ronald W. Schafer, Mark A. Yoder 出版社: Prentice Hall 出版年: 1997 備考: 日本語版は「MATLABによるDSP入門」。誤植が多いためお勧めできません。 書名: はじめての画像処理技術 著者名: 岡崎 出版社: 工業調査会 出版年: 2000
成績評価基準
講義内の課題、最終課題を総合して決定する。
情報機器使用
ノートPCを用いて演習を行う。授業支援システムを利用する。
前年度の授業改善アンケートからの気づき
特になし。
その他
「複素関数論1」、「基礎物理学2」(履修していない場合は、新カリキュラムの「電気と磁気」)、「統計学1」(旧カリキュラムの「確率と統計」でもよい)、「線形代数の応用2」を履修しておくこと。「科学技術計算1」、「複素関数論2」、「統計学2」、「微積分法の応用」を並行して履修することを勧める。この講義で取り上げる手法でできることの一部の見本(昨年度の資料)を web ページに掲載する。http://www.slp.k.hosei.ac.jp/~itou/lecture/2011/DigitalData/ また、受講希望者は、第1回の講義の前に、MATLAB をインストールしておくこと。インストール方法は、RAT の web ページを参照のこと。http://rat.cis.k.hosei.ac.jp/article/rat/r/matlabinstall.html