2023 Fiscal Year Research-status Report
Distributed video coding and deep learning using convolutional sparse dictionary generated with large scale datasets
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23K11159
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| Research Institution | Kurume National College of Technology |
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Principal Investigator |
黒木 祥光 久留米工業高等専門学校, 制御情報工学科, 教授 (60290847)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 畳み込み型スパース表現 / 分散圧縮符号化 / 深層学習 / 凸最適化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
画像信号のスパース表現は，与えられた信号をできるだけ少数のベクトルの線形結合によって近似する方法であり，多くの分野で活用されている．その方法は，与えられた信号と同次元のベクトルの線形結合を用いる方法，複数の畳み込みカーネルと特徴マップの和で表現する方法，の2つに大別できる．前者の場合，一般に画像を重複しない矩形ブロックに分割し，ブロック毎に処理を行うが，同じ位置にあるブロックを常に処理対象とするため，位置ずれに対する頑健性が低い．一方，後者では，位置ずれは特徴マップの非ゼロ係数の位置変化によって表現されるため，畳み込みカーネルは位置ずれに対して頑健性が高い．
令和5年度は畳み込みスパース表現を用いた分散圧縮符号化，非ゼロ係数の位置に着目して画像の位置ずれ対して頑健なVision Transform (ViT) などについて研究した．ViTは画像を固定のブロックに分割し，そのブロックの関係性を広域的に求めるため，畳み込みカーネルを用いて局所的な特徴抽出を行う畳み込みニューラルネットワーク（CNN）と異なり，近年注目されているが，固定ブロックに着目する限り，位置ずれに対する頑健性は低い．それを非ゼロ係数の位置で補正したものである．得られた成果はInternational Workshop on Advanced Imaging Technology (IWAIT) 2024にて6件の口頭発表を行った．そのうち3件はSPIE Digital LibraryのProceedings volume 13164にて公開されている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は令和2年度から4年度の科学研究費助成事業「l1ノルム損失における畳み込み型スパース表現と分散圧縮符号化・深層学習への展開」（課題番号20K11878）の発展であり，コンセンサス方式を用いた大規模データにおけるカーネル辞書の作成と畳み込みニューラルネットワークと異なる深層学習，例えばVision Transform等への適応に新規性がある．令和5年度は中規模のデータを用い，L1ノルム損失における成果を残しており，おおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和6年度は令和5年度の成果を踏まえ，大規模データでの実行を試みる．既に近似精度に関してはL1ノルム損失が有効であるとの成果を得ているため，分散圧縮符号化等での性能向上が見込められる．
ところで，畳み込みスパース表現では計算を高速化するために畳み込み演算をフーリエ領域におけるアダマール積で行っている．一般に畳み込みカーネルの画素数は画像の画素数よりも少ない．従って，フーリエ領域における係数ベクトルの次元を均一化するためにカーネルに対するパディングが行われる．令和5年度途中よりパディング法に関する検討を行い，近似精度自体を向上させる成果を得ているため，その内容を報告するとともに，各種手法に組み入れて更なる精度向上を試みる予定である．
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| Causes of Carryover |
円安の状況を考慮して慎重に執行したために次年度使用額が生じた．令和6年度は複数の国際会議に参加する予定であるため，問題なく執行できる予定である．
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