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2019 Fiscal Year Annual Research Report

深層畳み込みニューラルネットと有用画像処理における共有演算能力の相互変換手法

Research Project

Project/Area Number 18H03213
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

池辺 将之  北海道大学, 量子集積エレクトロニクス研究センター, 教授 (20374613)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 高前田 伸也  北海道大学, 情報科学研究院, 准教授 (60738897)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords深層畳み込みニューラルネットワー / 有用画像処理 / 局所適応型輝度補正技術 / FPGA実装
Outline of Annual Research Achievements

DCNN⇔位相相関限定法の関連において、医療用画像を主体に解析を行った。DCNN(カスコード型U-netを使用)では、回転・シフト・変形にまで対応するマップを作成できるが、もう一段階のマップ理解のネットが必要であることがわかった。位相相関限定法では、シフト量を直接数値化し、回転・変形量を雑音量として出力できることがわかった。

また、本研究で研究沿進めてきた局所輝度補正手法において、主・客観評価を行ったところ、本手法が人間の錯視を模倣すること、これに局所領域を大きさが関係し、他手法では大きな局所領域で画像破たんするが、本手法では自然な画像出力を保つことを示した。また、放射線科医による評価で、本手法の少ないパラメータによる制御が極めて有効であると示された。

局所輝度補正用DCNNと相互変換する場合、大サイズの領域指定を実現するため初期層において5層以上のレイヤーを消費することがわかり、初期層のDCNN入れ替えは適さないことがわかった。低解像度化した画像に対するDCNNを並列に配置し、空間物体の識別と本手法の輝度補正関数におけるローカル関数用の空間制御とグローバル制御パラメータを操作することが適当との判断を得た。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

位相相関限定法とDCNNの役割分担、計算量およびネットサイズが明確化された。また、輝度補正技術において、人間の錯視とカーネルサイズの関係、そして放射線科医による画像処理の効果の検証が順調に進んだ。錯視は、空間フィルタよりも、空間輝度統計量に基づく処理が適当である。DCNNで輝度統計量を扱う場合、複数の1x1レイヤー処理を広範囲に行う必要がある。局所輝度補正用DCNNと相互変換する場合、大サイズの領域指定を実現するため初期層において5層以上のレイヤーを消費することがわかり、初期層のDCNN入れ替えは適さないことがわかった。低解像度化した画像に対するDCNNを並列に配置し、空間物体の識別と本手法の輝度補正関数におけるローカル関数用の空間制御とグローバル制御パラメータを操作することが適当との判断を得た。

Strategy for Future Research Activity

センサ融合処理システムへの相互変換の適用と実装(池辺,高前田,D,M)
目標は、高ダイナミックレンジ(医療・監視)/マルチスペクトル(農業・ドローン)/ 高速撮像(工業・ロボット)センサとの融合を考える。DCNNの前段部の機能を相互変換し低メモリかつ低電力な処理モジュールへの置きかえを徹底的に検証する(各層レベルの切り分け,解像度,メモリ,面積と電力効率)。また、高解像度高効率と低解像度演算効率優先型DCNNとの融合処理を試みる。前者を少ないパラメータで表現し、後者でそれを制御する機構である。

640×480(VGA)解像度・実時間処理を最終目標に,システム最適化を導く手法を解明する。※システム実装の達成が難しい場合は,モジュール単位の実装と変換検証までを最優先する。

  • Research Products

    (9 results)

All 2019

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 6 results) Presentation (3 results) (of which Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Dither NN: hardware/algorithm co-design for accurate quantized neural networks2019

    • Author(s)
      Ando K., Ueyoshi K., Oba Y., Hirose K., Uematsu R., Kudo T., Ikebe M., Asai T., Takamaeda-Yamazaki S., and Motomura M.,
    • Journal Title

      IEICE TRANSACTIONS on Information and Systems

      Volume: E102 Pages: 2341-2353

    • DOI

      10.1587/transinf.2019PAP0009

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] FPGA-Based Annealing Processor with Time-Division Multiplexing2019

    • Author(s)
      Yamamoto K., Ikebe M., Asai T., Motomura M., and Takamaeda-Yamazaki S.
    • Journal Title

      IEICE TRANSACTIONS on Information and Systems

      Volume: E102 Pages: 2295-2305

    • DOI

      10.1587/transinf.2019PAP0002

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] A study on a low power optimization algorithm for an edge-AI Device2019

    • Author(s)
      Kaneko T., Orimo K., Hida I., Takamaeda-Yamazaki S., Ikebe M., Motomura M., and Asai T.
    • Journal Title

      Nonlinear Theory and Its Applications

      Volume: E10-N Pages: 373-389

    • DOI

      10.1587/nolta.10.373

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Hardware-Oriented Algorithm and Architecture for Generative Adversarial Networks2019

    • Author(s)
      Kaneko T., Ikebe M., Takamaeda-Yamazaki S., Motomura M., and Asai T.,
    • Journal Title

      Journal of Signal Processing

      Volume: 23 Pages: 151-154

    • DOI

      10.2299/jsp.23.151

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Radiography Contrast Enhancement: Smoothed LHE Filter a Practical Solution for Digital X-Rays with Mach Band2019

    • Author(s)
      Ambalathankandy, P., Ou, Y., Kochiyil, J., Takamaeda, S., Motomura, M., Asai, T., and Ikebe, M.
    • Journal Title

      2019 Digital Image Computing: Techniques and Applications (DICTA)

      Volume: 1 Pages: 1-8

    • DOI

      10.1109/DICTA47822.2019.8946114

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Automatic Radiographic Quantification of Joint Space Narrowing Progression in Rheumatoid Arthritis Using POC2019

    • Author(s)
      Ou, Y., Ambalathankandy, P., Shimada, T., Kamishima, T., and Ikebe, M.
    • Journal Title

      2019 IEEE 16th International Symposium on Biomedical Imaging (ISBI 2019)

      Volume: 1 Pages: 1183-1187

    • DOI

      10.1109/ISBI.2019.8759206

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 1画素単位で輝度を適切に制御する高速かつグローバル・ローカル適応型画像処理2019

    • Author(s)
      池辺将之
    • Organizer
      光と レーザーの科学技術フェア2019
    • Invited
  • [Presentation] X線画像診断に向けた定量的サブピクセル関節破壊量計測2019

    • Author(s)
      池辺将之
    • Organizer
      映像情報メディア学会情報センシング11月研究会
    • Invited
  • [Presentation] 32×32 画素並列ADC 構成によるグローバルシャッタ型CMOS テラヘルツイメージセンサ2019

    • Author(s)
      池辺将之
    • Organizer
      シンポジウム テラヘルツ科学の最先端Ⅵ
    • Invited

URL: 

Published: 2021-01-27  

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