Systematization of image processing by programming design pattern and design of domain specific programming language for image processing

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17H01764
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Perceptual information processing
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: Fukushima Norishige 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80550508)
• 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)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 画像処理 / ドメイン固有言語 / Halide / 画像処理コンパイラ / 並列処理 / ベクトル化 / デザインパターン / 高能率計算

Outline of Final Research Achievements

For generating highly optimized machine languages in an increasingly complex computer environment, it is essential to have a domain-specific programming language. However, even the latest dedicated image processing programming languages can only optimize locally and not yet optimize the entire algorithm. In this research, we summarize image processing as design patterns, systematize them as a collection of patterns, and create a prototype programming language.
We mainly show that image processing can be expressed as a sequence of FIR and IIR convolutions, scaling, and point processing, and that it is possible to speed up image processing by connecting them efficiently. In order to further validate them, we verified them in various applications.

Free Research Field

画像処理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

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．これは，画像処理の高速化，アルゴリズム，計算機アーキテクチャの専門化が協力することで初めて達成される独創的な研究であり，また，プログラミングによる計算処理の学術的な体系化という方法も他の隣接分野にも波及するためこの意義は大きい．