2019 Fiscal Year Annual Research Report
Systematization of image processing by programming design pattern and design of domain specific programming language for image processing
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17H01764
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| Research Institution | Nagoya Institute of Technology |
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Principal Investigator |
福嶋 慶繁 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80550508)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
津邑 公暁 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00335233)
杉本 憲治郎 早稲田大学, 理工学術院(情報生産システム研究科・センター), 講師(任期付) (00773483)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 画像処理 / 計算機システム / 画像処理コンパイラ / ドメイン固有言語 / 高能率計算 / デザインパターン / ハードウェアアクセラレーション / Halide |
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| Outline of Annual Research Achievements |
計算機環境が複雑化している中，高度に最適化された機械語を得るためには，分野ごとに特化した専用プログラミング言語が必要不可欠である．しかし，最新の画像処理専用プログラミング言語でも，局所的な最適化しかできず，アルゴリズム全体の最適化は未だできない．加えて，網羅的なプログラミングパターンを考慮しているとは言えない．
そこで，本研究では，画像処理研究をプログラミングのデザインパターンという新たな観点から体系化することで，この問題にアプローチする．そして，専用プログラミング言語にデザインパターンを指示する機能を与えることで，全体を見通す機能を獲得させ，この問題を解決する．
今年度は，間引きによる高速化のパターンの検証，タイリングによる高速化のパターンの検証，IIRフィルタによる高速化のパターンの検証を行った．またそれらをアプリケーションとして検証するために，ステレオマッチング，オプティカルフロー，ディープラーニングのための畳み込みニューラルネットワーク，定数時間ガウシアン・バイラテラルフィルタ，SSIM，MS-SSIM計算，ガイデットフィルタといった様々なアプリケーションを構築した．
プログラミング言語としての実装としては，まず，タイリングによる画像処理の高速化の基本フレームワークを構築した．Halideを拡張し，並列化のためのディレクティブ言語であるOpenMPと併用することで言語の制約を超えて近似高速化を実行することを可能とした．また，IIRフィルタを効率的に記述可能なようにHalideを拡張した．また，上記のアプリケーションを実装する際に，共通した項目を抽出し，C++言語のtemplateを有効に使うことでコンパイル時コード生成により効率的なコードを生成することに成功した．
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| Research Progress Status |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
作成したプログラムの一部は上記プロジェクトに実装して公開している．
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