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1万枚の画像データから、目的の画像を1秒で検索する技術とは?

大量の画像データは、検索が困難

企業などの現場では、プレゼンテーション資料や写真など、大量のデータが日々作成され、蓄積されています。これらのデータの中から画像を探したい時は、通常、あいまいな記憶や大まかなイメージを頼りに、「あの時の画像はどこだろう」「確かこの辺にあった気がする」などと、試行錯誤しながら行うことになります。そのため、大量のデータからお目当ての画像を探し出すのには、どうしても時間がかかります。「就労時間の10%は資料探し」などという調査もあるほどです。

人の記憶や連想するイメージを手掛かりに、画像そのものを検索キーとして、きっかけとなる一つの画像から部分的にでも一致・類似する画像を検索することを「部分画像検索」といいます。通常、部分画像検索の処理は、画像間の部分的な比較を網羅的に行う必要があるため、膨大な演算が必要であり、汎用サーバにとっては非常に重い処理となります。多数のサーバを用いて並列・分散処理を行い、検索速度を向上させる方法もありますが、消費電力や装置のコストが膨大になってしまうなどの課題がありました。

特定のアプリケーション領域に特化し、飛躍的にサーバ性能を向上

このたび富士通研究所は、部分画像検索の検索速度を飛躍的に向上する技術を開発しました。当技術は、特定のアプリケーション領域に特化することにより、サーバの性能を飛躍的に向上させる「ドメイン指向サーバ」の考え方に基づいて開発したものです。

部分画像検索アルゴリズムを詳細に分析して、検索に必要な処理のうち、特に処理負荷の重い特徴量抽出処理とマッチング処理を汎用デバイスFPGA(注1)に割り当て、各々の演算の特性に合わせて小型で高効率な演算器を高並列に実装しました。また、状況に応じて処理順序の入れ替えを行うスケジューリング技術により、実装した高並列な演算器を休みなく動作させ、高い処理性能を達成しました。

(注1)field-programmable gate array。製造後に購入者や設計者が構成を設定できる集積回路。

FPGAへの部分画像検索処理の実装

大量の画像データから目的の画像を直感的・高速に発見

今回の技術を適用したサーバを用いることで、処理速度は従来の汎用サーバと比較して50倍以上となり、1万枚の画像検索で従来1分以上かかっていた時間を1秒程度に短縮することができます。なお、同等性能を従来サーバで実現するのに比べ、消費電力は30分の1以下、装置体積は50分の1以下です。

これにより、日々大量に生成・蓄積される画像データの中から、目的の画像を、直感的かつ高速に発見することができ、業務の大幅な効率化が期待できます。また、大量に蓄積された写真に対して、類似写真を瞬時にグルーピングすることで、大量の写真の一覧性が向上し、概要を把握しやすくなります。

富士通研究所では、今回開発した高速画像検索技術を利用したシステムの開発を進め、2016年度中の実用化を目指します。今後は、画像処理だけでなく、様々なメディアデータに対しても、快適に扱うための機能拡充を推進していく予定です。

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