2026/05/13 更新

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タケモト シンゴ
竹本 真悟
TAKEMOTO SHINGO
所属
情報理工学院 特任助教
職名
特任助教
プロフィール

東京科学大学 情報理工学院 特任助教
I am a Specially Appointed Assistant Professor of Institute of Science Tokyo.

興味ある分野:リモートセンシング、ハイパースペクトル画像、地震波、信号処理、最適化理論、圧縮センシング
I am specialized in hyperspectral image processing, remote sensing, signal processing, optimization theory, and compressed sensing.

学位

  • 博士(工学) ( 2026年3月   東京科学大学 )

  • 修士(工学) ( 2023年3月   東京工業大学 )

  • 学士(工学) ( 2021年3月   上智大学 )

研究キーワード

  • 圧縮センシング

  • 地震波

  • 信号処理

  • 数理最適化

  • ハイパースペクトル画像

  • リモートセンシング

研究分野

  • 情報通信 / 知覚情報処理

  • 情報通信 / 知能情報学

  • 情報通信 / 数理情報学

学歴

  • 東京科学大学   情報理工学院   情報工学系 博士(工学)

    2023年4月 - 2026年3月

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    国名: 日本国

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  • 東京工業大学   情報理工学院   情報工学系 修士(工学)

    2021年4月 - 2023年3月

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    国名: 日本国

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  • 上智大学   理工学部   情報理工学科 学士(工学)

    2017年4月 - 2021年3月

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    国名: 日本国

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経歴

  • 東京科学大学   情報理工学院   特任助教

    2026年4月 - 現在

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  • 独立行政法人日本学術振興会   特別研究員(DC2)

    2024年4月 - 2026年3月

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論文

MISC

  • Comprehensive Robust Dynamic Mode Decomposition from Mode Extraction to Dimensional Reduction

    Yuki Nakamura, Shingo Takemoto, Shunsuke Ono

    2026年1月

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    We propose Comprehensive Robust Dynamic Mode Decomposition (CR-DMD), a novel framework that robustifies the entire DMD process - from mode extraction to dimensional reduction - against mixed noise. Although standard DMD widely used for uncovering spatio-temporal patterns and constructing low-dimensional models of dynamical systems, it suffers from significant performance degradation under noise due to its reliance on least-squares estimation for computing the linear time evolution operator. Existing robust variants typically modify the least-squares formulation, but they remain unstable and fail to ensure faithful low-dimensional representations. First, we introduce a convex optimization-based preprocessing method designed to effectively remove mixed noise, achieving accurate and stable mode extraction. Second, we propose a new convex formulation for dimensional reduction that explicitly links the robustly extracted modes to the original noisy observations, constructing a faithful representation of the original data via a sparse weighted sum of the modes. Both stages are efficiently solved by a preconditioned primal-dual splitting method. Experiments on fluid dynamics datasets demonstrate that CR-DMD consistently outperforms state-of-the-art robust DMD methods in terms of mode accuracy and fidelity of low-dimensional representations under noisy conditions.

    arXiv

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    その他リンク: https://arxiv.org/pdf/2601.11116v1

  • Geometric Spatio-Spectral Total Variation for Hyperspectral Image Denoising and Destriping

    Shingo Takemoto, Shunsuke Ono

    2025年10月

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    This article proposes a novel regularization method, named Geometric Spatio-Spectral Total Variation (GeoSSTV), for hyperspectral (HS) image denoising and destriping. HS images are inevitably affected by various types of noise due to the measurement equipment and environment. Total Variation (TV)-based regularization methods that model the spatio-spectral piecewise smoothness inherent in HS images are promising approaches for HS image denoising and destriping. However, existing TV-based methods are based on classical anisotropic and isotropic TVs, which cause staircase artifacts and lack rotation invariance, respectively, making it difficult to accurately recover round structures and oblique edges. To address this issue, GeoSSTV introduces a geometrically consistent formulation of TV that measures variations across all directions in a Euclidean manner. Through this formulation, GeoSSTV removes noise while preserving round structures and oblique edges. Furthermore, we formulate the HS image denoising problem as a constrained convex optimization problem involving GeoSSTV and develop an efficient algorithm based on a preconditioned primal-dual splitting method. Experimental results on HS images contaminated with mixed noise demonstrate the superiority of the proposed method over existing approaches.

    arXiv

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    その他リンク: https://arxiv.org/pdf/2510.00562v1

  • Efficient and Accurate Full-Waveform Inversion with Total Variation Constraint

    Yudai Inada, Shingo Takemoto, Shunsuke Ono

    2025年1月

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    This paper proposes a computationally efficient algorithm to address the Full-Waveform Inversion (FWI) problem with a Total Variation (TV) constraint, designed to accurately reconstruct subsurface properties from seismic data. FWI, as an ill-posed inverse problem, requires effective regularizations or constraints to ensure accurate and stable solutions. Among these, the TV constraint is widely known as a powerful prior for modeling the piecewise smooth structure of subsurface properties. However, solving the optimization problem is challenging because of the nonlinear observation process combined with the non-smoothness of the TV constraint. Conventional methods rely on inner loops and/or approximations, which lead to high computational cost and/or inappropriate solutions. To address these limitations, we develop a novel algorithm based on a primal-dual splitting method, achieving computational efficiency by eliminating inner loops and ensuring high accuracy by avoiding approximations. We also demonstrate the effectiveness of the proposed method through experiments using the SEG/EAGE Salt and Overthrust Models. The source code will be available at https://www.mdi.c.titech.ac.jp/publications/fwiwtv.

    arXiv

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    その他リンク: https://arxiv.org/pdf/2501.08210v1

講演・口頭発表等

  • Comprehensive Robust Dynamic Mode Decomposition via Spatio-Temporal Total Variation

    中村 結喜, 竹本 真悟, 小野 峻佑

    第40回信号処理シンポジウム  2025年11月 

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    開催年月日: 2025年11月

    記述言語:英語  

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  • Randomized Hyperspectral Image Denoising with Spatio-Spectral Structure Tensor Total Variation

    竹本 真悟, 小野 峻佑

    第40回信号処理シンポジウム  2025年11月 

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    開催年月日: 2025年11月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Graph-aided spatio-spectral total variation for hyperspectral image denoising

    竹本真悟, 小野峻佑

    第39回信号処理シンポジウム  2024年12月 

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    開催年月日: 2024年12月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Efficient full waveform inversion subject to a total variation constraint

    稲田雄大, 竹本真悟, 小野峻佑

    第39回信号処理シンポジウム  2024年12月 

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    開催年月日: 2024年12月

    記述言語:英語  

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  • Reflection-invariant spatial-spectral total variation for hyperspectral image denoising and destriping

    竹本真悟, 小野峻佑

    PCSJ/IMPS  2024年11月 

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    開催年月日: 2024年11月

    記述言語:英語   会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Rotation invariant spatio-spectral total variationによるハイパースペクトル画像復元

    竹本真悟, 小野峻佑

    第38回信号処理シンポジウム  2023年11月 

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    開催年月日: 2023年11月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

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  • Structure tensor regularization of spatio-spectral difference for hyperspectral image denoising

    竹本真悟, 小野峻佑

    第37回信号処理シンポジウム  2022年12月 

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    開催年月日: 2022年12月

    記述言語:日本語  

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  • グラフに基づく空間-スペクトル全変動によるハイパースペクトル画像復元

    竹本真悟, 小野峻佑

    電子情報通信学会 信号処理研究会  2022年3月 

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    開催年月日: 2022年3月

    記述言語:日本語   会議種別:口頭発表(一般)  

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受賞

  • ベストポスター賞

    2025年10月   Multi Scale Muon Imaging (MSMI)  

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  • student paper award runner-up

    2024年12月   APSIPA Annual Summit and Conference (APSIPA ASC)  

    Shingo Takemoto, Shunsuke Ono

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  • 6th IEEE Signal Processing Society (SPS) Tokyo Joint Chapter Student Award

    2022年12月   IEEE Signal Processing Society (SPS) Tokyo Joint Chapter  

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 空間・波長グラフモデリングが切り拓く超高精度ハイパースペクトルデータ解析

    研究課題/領域番号:24KJ1068  2024年4月 - 2026年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  特別研究員奨励費

    竹本 真悟

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:1500000円 ( 直接経費:1500000円 )

    本研究は、ハイパースペクトル(HS)画像に内在する多様かつ複雑な構造を適切に復元するため、空間・スペクトル構造をそれぞれ反映したグラフを構築し、それに基づく正則化手法を設計することを目的としている。2024年度は主に、空間・スペクトル構造を反映したそれぞれのグラフモデリングの初期検討と、HS画像における空間構造の復元性能向上の解析に取り組んだ。
    まず、空間構造に対する正則化手法の拡張として、回転(反転)不変性を付与した空間-スペクトル全変動モデル(RISSTV)を提案した。これにより、従来のSSTVでは復元が困難であった円形構造や斜めエッジの保持性能が向上し、方向依存性の低減に成功した。この特性が、空間構造の復元においてどのような影響を与えるかを詳細に解析し、従来手法と比較して高い再現性を実証した(APSIPA ASC 2024発表、学生論文賞次点受賞・第39回画像符号化シンポジウム)。
    さらに、HS画像の空間構造およびスペクトル構造それぞれのグラフモデリングの初期的検討を行った。空間的には、輝度マップに基づいてノイズの影響を抑えた2Dグラフを構築し、スペクトル的には、クラスタリングを通じて代表スペクトルを抽出したうえで、1Dのスペクトルグラフを生成する手法を検討した。これらを踏まえて、空間・スペクトル両方向において局所的かつ類似性に基づく構造を捉えるためのグラフ正則化の可能性を示した(GSAL 2024発表、信号処理シンポジウム2024発表)。
    以上より、申請時に掲げた研究目的に向け、グラフモデリングおよび空間構造解析の両面で着実な成果を挙げることができた。

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