[Japanese]
修士論文要旨(吉村 飛鳥)

深層学習を用いた固体雲粒子画像の客観的粒子判別

吉村 飛鳥


雲内には,さまざまな形をした粒⼦が存在している. この雲粒⼦を直接・鉛直観測する測器が HYVIS である. HYVIS では⼀回の観測で約 11 万フレームの動画を観測する. 従来, 撮影後の解析は数フレームごとに粒⼦の判別, 粒⼦⻑の計測ともに⼿作業で⾏われていたが,フレーム数の多さのため, 統計的な研究への発展が難しいという問題点があった. そこで本研究は, 深層学習を⽤いて客観的かつ短時間で粒⼦の判別を⾏い, 雲の微物理構造の統計的に調査することを⽬的とした.

深層学習画像認識アルゴリズムの⼀つである YOLO を⽤いて多数の教師データを⽤いて学習をおこなった. その結果, HYVIS 画像のみでの学習は, 粒⼦の個数が不⼗分であるため精度が低かった. そこで, 精度の向上のため典型的な形をした粒⼦の教師データへの追加や, 追加した画像をさらにデータ拡張, さらに異なる勾配降下法の使⽤の流れで⾏った. このうち, ほとんどの粒⼦において勾配降下法をAdam に変更した場合は不定形粒⼦を除く全ての粒⼦で精度が⼤幅に向上した. この理由は, 勾配降下法の変更に伴い, より効果的に学習ができたためである. CloudScope のデータの粒⼦を検出させた場合は, 明度や鮮明度が HYVIS と異なるため⽬視と同等には判別されなかった. これに対しては, 明度・鮮明度を HYVIS のものに類似させることで解決できると考えられる.

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[English]

Objective Classification for solid Hydrometeor Images Using Deep Learning

Asuka YOSHIMURA



Various shgape of small particles are exist in clouds. HYVIS is the one of the direct and insitu observation insturument. HYVIS takes the movies which has approximately 110,000 frames for an obserbation. Although, the movies were manually classified and measured size of particles every several frames, it was tough to applied statistical works because of massive bserved frames. Therefore, The purpous of this study is to classify cloud particles objectively and effectively by deep learning, then investigate the statistical microphysical structures in clouds.

In this study, YOLO whchi is one of the deep lerning and computer vision and several types of training data was used fore training and detection. The result of trained by only HYVIS images was low validity because not enough particle numbers in taining data. So, we aimed to improve validities by added typical particle shapes, data augumented images and chouse gradient desent mesod. Validities of most of the particle type without irregurler type is grately improved by changing gradient decent to Adam. Reasons of this is we chouse aprropleate iigradient decent and it directed to effective training. In the case of Cloud Scope, its validity was not equal to the manual classification. Because Cloud Scope take much more shrap and dark figures and those are different to that of HYVISs. To solve this problem,we propose make Cloud Scope images resemble to HYVISs sharpness and brightness.

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