霧の修正

この例では、GPU コード生成にイメージ処理関数を使用する方法を示します。この例では、霧のかかったイメージを入力として受け取り、霧が取り除かれたイメージを生成します。この例は、霧修正アルゴリズムの一般的な実装です。この例では、関数 conv2、関数 im2gray、および関数 imhist を使用します。

サードパーティの必要条件

必須

この例では、CUDA® MEX を生成します。以下のサードパーティ要件が適用されます。

• CUDA 対応 NVIDIA® GPU および互換性のあるドライバー。半精度コード生成の場合、GPU の Compute Capability は 6.0 以上でなければなりません。

オプション

スタティック ライブラリ、ダイナミック ライブラリ、または実行可能ファイルなどの MEX 以外のビルドについて、この例では以下の要件も適用されます。

• NVIDIA Toolkit。

• コンパイラおよびライブラリの環境変数。詳細については、サードパーティ ハードウェアと前提条件となる製品の設定を参照してください。

GPU 環境の検証

この例を実行するのに必要なコンパイラおよびライブラリが正しく設定されていることを検証するために、関数coder.checkGpuInstallを使用します。

envCfg = coder.gpuEnvConfig('host');
envCfg.BasicCodegen = 1;
envCfg.Quiet = 1;
coder.checkGpuInstall(envCfg);

エントリポイント関数 fog_rectification

エントリポイント関数 fog_rectification.m は、霧のかかったイメージを入力として受け取り、霧が取り除かれたイメージを返します。

type fog_rectification

function [out] = fog_rectification(input) %#codegen
%

%   Copyright 2017-2023 The MathWorks, Inc.

coder.gpu.kernelfun;

% restoreOut is used to store the output of restoration
restoreOut = zeros(size(input),"double");

% Changing the precision level of input image to double
input = double(input)./255;

%% Dark channel Estimation from input
darkChannel = min(input,[],3);

% diff_im is used as input and output variable for anisotropic 
% diffusion
diff_im = 0.9*darkChannel;
num_iter = 3;

% 2D convolution mask for Anisotropic diffusion
hN = [0.0625 0.1250 0.0625; 0.1250 0.2500 0.1250;
 0.0625 0.1250 0.0625];
hN = double(hN);

%% Refine dark channel using Anisotropic diffusion.
for t = 1:num_iter
    diff_im = conv2(diff_im,hN,"same");
end

%% Reduction with min
diff_im = min(darkChannel,diff_im);

diff_im = 0.6*diff_im ;

%% Parallel element-wise math to compute
%  Restoration with inverse Koschmieder's law
factor = 1.0./(1.0-(diff_im));
restoreOut(:,:,1) = (input(:,:,1)-diff_im).*factor;
restoreOut(:,:,2) = (input(:,:,2)-diff_im).*factor;
restoreOut(:,:,3) = (input(:,:,3)-diff_im).*factor;
restoreOut = uint8(255.*restoreOut);

%%
% Stretching performs the histogram stretching of the image.
% im is the input color image and p is cdf limit.
% out is the contrast stretched image and cdf is the cumulative
% prob. density function and T is the stretching function.

% RGB to grayscale conversion
im_gray = im2gray(restoreOut);
[row,col] = size(im_gray);

% histogram calculation
[count,~] = imhist(im_gray);
prob = count'/(row*col);

% cumulative Sum calculation
cdf = cumsum(prob(:));

% Utilize gpucoder.reduce to find less than particular probability.
% This is equal to "i1 = length(find(cdf <= (p/100)));", but is 
% more GPU friendly.

% lessThanP is the preprocess function that returns 1 if the input
% value from cdf is less than the defined threshold and returns 0 
% otherwise. gpucoder.reduce then sums up the returned values to get 
% the final count.
i1 = gpucoder.reduce(cdf,@plus,"preprocess", @lessThanP);
i2 = 255 - gpucoder.reduce(cdf,@plus,"preprocess", @greaterThanP);

o1 = floor(255*.10);
o2 = floor(255*.90);

t1 = (o1/i1)*[0:i1];
t2 = (((o2-o1)/(i2-i1))*[i1+1:i2])-(((o2-o1)/(i2-i1))*i1)+o1;
t3 = (((255-o2)/(255-i2))*[i2+1:255])-(((255-o2)/(255-i2))*i2)+o2;

T = (floor([t1 t2 t3]));

restoreOut(restoreOut == 0) = 1;

u1 = (restoreOut(:,:,1));
u2 = (restoreOut(:,:,2));
u3 = (restoreOut(:,:,3));

% replacing the value from look up table
out1 = T(u1);
out2 = T(u2);
out3 = T(u3);

out = zeros([size(out1),3], "uint8");
out(:,:,1) = uint8(out1);
out(:,:,2) = uint8(out2);
out(:,:,3) = uint8(out3);
end

function out = lessThanP(input)
p = 5/100;
out = uint32(0);
if input <= p
    out = uint32(1);
end
end

function out = greaterThanP(input)
p = 5/100;
out = uint32(0);
if input >= 1 - p
    out = uint32(1);
end
end

CUDA コードと MEX 関数の生成

コード生成の入力を設定し、GPU コード生成用の構成を作成します。

inputImage = imread('foggyInput.png');
cfg = coder.gpuConfig('mex');
cfg.GpuConfig.EnableMemoryManager = true;

コード生成の実行

codegenコマンドを使用して、MEX ファイル fog_rectification_mex を生成します。

codegen -args {inputImage} -config cfg fog_rectification

Code generation successful: View report

霧のかかったイメージを使用した MEX 関数の実行

生成された fog_rectification_mex を霧のかかった入力イメージを指定して実行し、霧のかかったイメージと霧が取り除かれたイメージをプロットします。

[outputImage] = fog_rectification_mex(inputImage);

% plot images
p1  = subplot(1, 2, 1);
p2 = subplot(1, 2, 2);
imshow(inputImage, 'Parent', p1);
imshow(outputImage, 'Parent', p2);
title(p1, 'Foggy Input Image');
title(p2, 'Defogged Output Image');

CPU と GPU ではアーキテクチャが異なるため、数値検証が常に一致するとは限りません。このシナリオは、single データ型を使用する場合、または MATLAB コードで整数の型変換を実行する場合に当てはまります。この例において、エントリポイント関数 fog_rectification.m の整数の型変換は MATLAB シミュレーションとは異なる数値を生成します。

半精度

この例における計算は、エントリポイント関数 fog_rectification_half_precision.m を使用して、半精度浮動小数点数で行うこともできます。半精度データ型を含むコードの生成と実行には、CUDA Compute Capability 6.0 以上が必要です。コード構成オブジェクトの ComputeCapability プロパティを '6.0' に設定します。半精度の場合、CUDA コードを生成するためのメモリ割り当て (malloc) モードは 'Discrete' に設定しなければなりません。

inputImageHalf = half(imread('foggyInput.png'));
cfg = coder.gpuConfig('mex');
cfg.GpuConfig.EnableMemoryManager = true;
cfg.GpuConfig.ComputeCapability = '6.0';
cfg.GpuConfig.MallocMode = 'Discrete';
codegen -args {inputImageHalf} -config cfg fog_rectification_half_precision

Code generation successful: View report

霧のかかったイメージを使用した半精度 MEX 関数の実行

生成された fog_rectification_half_precision_mex を霧のかかった入力イメージを指定して実行し、霧のかかったイメージと霧が取り除かれたイメージをプロットします。

[outputImageHalf] = fog_rectification_half_precision_mex(inputImageHalf);

% plot images
p1  = subplot(1, 2, 1);
p2 = subplot(1, 2, 2);
imshow(inputImage, 'Parent', p1);
imshow(outputImageHalf, 'Parent', p2);
title(p1, 'Foggy Input Image');
title(p2, 'Defogged Output Image (Half)');

参考

関数

• codegen | coder.gpu.kernel | coder.gpu.kernelfun | gpucoder.matrixMatrixKernel | coder.gpu.constantMemory | gpucoder.stencilKernel | coder.checkGpuInstall

オブジェクト

• coder.gpuConfig | coder.CodeConfig | coder.EmbeddedCodeConfig | coder.gpuEnvConfig

関連するトピック

• ライブラリの呼び出しのカーネル
• 設計パターン
• スキャッター/ギャザー タイプ演算のカーネル
• 生成コードからのカスタム CUDA デバイス関数の呼び出し