Udnyttelse af algoritmens partikelsporingseffekt

Et simpelt kamerasystem parret med en sofistikeret billedbehandlingsalgoritme kan opnå hurtigere og mere præcise rekonstruktioner af partikelstrøm.

Ved at erstatte en kompleks hardwareopsætning med simpel hardware parret med optimeret billedbehandling, forskere fra KAUST har udviklet et hurtigere og mere præcist tredimensionelt (3D) partikelsporingssystem.

Det er vigtigt at observere 3D -bevægelse af partikler i flow i studier af aerodynamik, væskestrøm og molekylær dynamik. Konventionelt, dette udføres ved hjælp af et kompliceret arrangement af flere kameraer, de billeder, som analyseres og sammenlignes med at rekonstruere bevægelsen af ​​individuelle partikler i 3D -rummet over tid. Imidlertid, på grund af opsætningens kompleksitet og behovet for hyppig og fin kalibrering, sådanne 3D -partikelhastighedssystemer er ofte store, dyrt og svært at bruge.

Holografi tilbyder et lovende enklere alternativ. I denne tilgang, partiklerne belyses med en laserstråle, og partikelbilledet fanges af et enkelt kamera. Da laserlyset diffrakterer omkring hver partikel, partikelens 3D -placering kan måles ud fra størrelsen af ​​diffraktionsringen i billedet. Imidlertid, mens hardwaren til et sådant system er veletableret, softwaren til rekonstruktion af partikelstrømmen er stadig i sin vorden.

KAUSTs Ni Chen og Congli Wang i Wolfgang Heidrichs gruppe har nu udviklet en optimeret algoritme til genopbygning af partikelbevægelser, der i høj grad kan udvide vedtagelsen af ​​digital holografisk partikelhastighed.

"Inline holografi kræver færre komponenter, har en meget enklere opsætning, kan let bruges med mikroskoper og tilbyder en højere rumlig opløsning, men er sværere at løse numerisk, "forklarer Wang." Vi har vist, at vi kan opnå den samme eller endda bedre ydeevne end konventionelle metoder ved at bruge sofistikerede softwarealgoritmer. "

Tidligere partikel-bevægelsesrekonstruktionsalgoritmer analyserede partikelplacering og bevægelse i separate sekventielle trin. Forskergruppen udviklede en numerisk algoritme kaldet Holo-Flow, der løser både placering og bevægelse parallelt, krydsfodrer oplysningerne i hvert trin. Dette forbedrer ikke kun nøjagtigheden og kvaliteten af ​​flowrekonstruktionen, det tillader også, at algoritmebehandlingen paralleliseres for meget hurtigere beregning.

"Dette arbejde viser potentialet ved beregningsbilledbehandling, hvor hardware og software i fællesskab betragtes som en helhed til kodning og afkodning af målinformation, "siger Wang, der vil fortsætte sin forskning som postdoc ved University of California, Berkeley. "Ved hjælp af denne metode med en simpel inline holografi -opsætning, vi kan rekonstruere et flowfelt på få sekunder i stedet for timer på en enkelt grafikprocessor. "