MORPHSKEL: ESQUELETO PROGRAMÁTICO BASADO EN MORFOLOGÍA MATEMÁTICA PARA EL TRATAMIENTO DIGITAL DE IMÁGENES

Resumen

El desarrollo de aplicaciones para el tratamiento digital de imágenes explotando paralelismo es de mucha utilidad, principalmente cuando el tiempo de respuesta es clave en la solución del problema. En este trabajo se presenta un nuevo paradigma de la programación que permite hacer más sencilla la programación paralela sin perder eficiencia en la implementación, utilizando una metodología que es un compromiso entre los extremos de la programación imperativa explícita y la programación funcional implícita. El objetivo es desarrollar un esqueleto de programación basado en morfología matemática para el tratamiento digital de imágenes. Para llevar a cabo el objetivo planteado, se introduce un esquema de programación que implementa una técnica de instanciación específica del paradigma de programación paralela que proporciona un alto nivel de abstracción, encapsulando los patrones de comunicación y primitivas de control en una sola abstracción, para así, luego del reconocimiento de las partes paralelizables e interacción con eficientes rutinas que permiten realizar múltiples operaciones morfológicas definidas en un esqueleto, el tiempo de ejecución de la aplicación se logre reducir significativamente, ocultando al usuario detalles específicos de la implementación. Se comparan los tiempos de ejecución del esqueleto en plataformas paralela y secuencial. Se muestran los resultados numéricos. Los esqueletos de programación permiten a los programadores convencionales explotar paralelismo en sus aplicaciones abstrayéndose de detalles que trunquen el eficiente desarrollo de sus soluciones, conduciendo a un estilo de programación orientada a esqueletos, identificada como una solución promisoria para el cómputo paralelo.

PALABRAS CLAVES: Computación paralela, esqueletos de programación, esqueletos algorítmicos, tratamiento digital de imágenes, morfología matemática.

ABSTRACT

The development of applications for the digital treatment of images exploding parallelism it is of much utility, mainly when the response time is a key aspect in the solution of the problem. In this paper, we present a new paradigm of programming that allows making parallel programming simple without losing efficiency in the implementation, using a methodology which compromises two edges: explicit imperative programming and implicit functional programming. A skeleton programming based on mathematical morphology for the digital treatment of images is proposed. A programming scheme is introduced that implements a technique for specific instantiations of the parallel programming paradigm which provides a higher level of abstraction encapsulating the primitive patterns of communication and control in a single abstraction, thus, as soon as the recognition of the parallelizable parts and interaction of efficient routines that allow to make several morphologic operations defined in a skeleton, the run time of the application is reduced significantly, hiding the user specific details of the implementation. We compared the run times of the skeleton in parallel and sequential platforms. We present the numerical results. The programming skeletons, allow the conventional programmers to exploit parallelism in their applications, and only focus on the development of their solutions. This leads to skeleton oriented programming style which has been identified as a very promising solution for parallel computing.

KEY WORDS: Parallel computing, programming skeletons, skeletons algorithmic, digital treatment of images, mathematical morphology.