著者：光産業創成大学院大学 林 寧生
1. はじめに
2026年3月，まだ寒さの続く季節の仕事帰り，電車の中で無意識に開くソーシャルネットワークサービス（SNS）。そのコンテンツは人が作っている。生成AI動画も人が指示を行っている。生成動画は連続性を有するが，この現実世界の連続性はそれをはるかに凌駕する。本来，人はこの精密に動作する自然の中で生きてきた。しかし，近代化にともないその自然の視点を意識することが薄れ，人の思考に偏りが生じ，それが多様な形で噴出している1〜3）。それに対して，自然環境を積極的に考慮した包括的な人工知能であるアンビエント・エージェントが提案されている4）。アンビエント・エージェントへの環境入力情報を取得するセンサーとして想定されているセンサーは，電気センサーである4）。電気センサーは情報利用率がほぼ100％であり，得たい情報のみを高効率で取得できるという利点を有するが，一方で，基本的に耐電磁性や防爆性が低いという不利点もある。また，電気センサーを1000個設置する場合，リード線は2000本必要になり設置に大変な手間がかかる。アンビエント・エージェント用に町全体のデータを取得しようとした場合，その運用はかなり困難を極めることが予想される。このような点を解消できるセンサーとして光ファイバー分布型センサーがある5〜16）。これは，光ファイバーをセンサーとして用いて，光ファイバーの任意の点に印加されたひずみ5）／温度6〜9）／音響インピーダンス10〜15）を分布的に測定することが可能なセンサーである。広域（数10 km～100 km）を細かく（数100～数10000 ポイント）測定することができる。また，センサー部分にガラス（最大耐歪：5％）ではなく塑性変形可能なポリマーファイバー（最大耐歪：60％）16）も使用可能である。この分布型センサーは，橋・海底の地震観測・道路の交通量分布センシング・自動運転への応用研究に使用されている。将来的にアンビエント・エージェントと光ファイバー分布型センサーを組わせることで街・地球内部・インフラにAIの内部神経を構築し，地球と人工知能が一つになれると予想される。
この光ファイバー分布型センサーには見逃されているフロンティアが存在する。それは，取得したデータ（RAWデータ）のほとんどが途中計算で使用されるだけでそれ以上活用されない点である。例えば，被測定物の物理量と距離のグラフが計算された場合，それに用いたRAWデータは単に保存しておくだけかまたは消去されてしまう。具体例として一般的な分布測定系の一つであるコヒーレント時間領域反射計（COTDR）を使用する場合を想定すると，RAWデータ（セグメントデータポイント数：1024点，取得セグメント数：300，データ深さ：8 bit（256））のデータ量（1024×300×256 =78643200）と計算によって得られた分布データの情報量（センシングポイント数（=測定長：400 m/分解能1 m）が400で平均回数が10回の場合，400×300×256/10 = 3072000）の比は，26分の1（4％）である。つまり，96％の情報は計算後に活用されていない。これらのRAWデータは実はとても貴重である。これらのRAWデータは，レイリー散乱を含み，このレイリー散乱は畳み込み積分がなされている17）。この計算をGPU等で行った場合，多くの電力を消費する17）。また入力光の強度を強めた場合，非線形増幅の効果も含まれる18）。特にポンププローブ法を用いた場合，前方ブリルアン散乱が後方ブリルアン散乱にカップリングし後方散乱全体にその影響が及ぶこと19）やその共振による増強手法20）について報告がある。情報分野におけるアテンション機構や学習モデルに類似した計算機能群が光ファイバー中にあると解釈できる。
一方で，アテンション機構を導入した画像生成モデルの一つであるPIXART-∑は入力画像データの容量が大幅に改良されており，HD，4K，8Kのノイズ画像データを入力することが可能となっている21）。しかし，この画像生成モデルは，分布測定システムのデータに対して適用された報告はない。
そこで，本論では，アンビエント・エージェントへの情報提供を念頭に置いた，連続性を有する実世界の物理量（温度）により重みづけされた光ファイバーセンサー中の畳み込み計算がなされたレイリー散乱を含むRAWデータ情報をPIXART-∑の初期ノイズ画像として入力し，誰が見ても分かる画像群（動画）にする研究についてご報告する。
2. 原理
COTDRでは，オシロスコープからの取得情報をヒルベルト変換し，瞬時位相データと振幅データに分ける。次に瞬時位相データを時間方向に対して単方向アンラップし，光ファイバーの光路長の変化を計算する。その光路長の変化に対して，温度係数をかけて温度分布を算出する。光−電気変換部分でヒルベルト変換をアナログ計算するCOTDRも存在するため，本論では，アンラップしていない瞬時位相データをRAWデータとみなす。
