Pipeline global de notre algorithme de reconstruction de flux de particules spatio-temporelles DIH-PTV. Étant donné des images d'hologramme à un seul coup, nous avons obtenu simultanément des volumes de particules spatiaux et des flux de fluides temporels en résolvant le problème inverse difficile Équation (6) via une optimisation alternée de solveurs personnalisés avec des priors spécifiques au domaine. Crédit :DOI :10.1002/lpor.202100008
Un système de caméra simple associé à un algorithme de traitement d'image sophistiqué permet d'obtenir des reconstructions plus rapides et plus précises du flux de particules.
En remplaçant une configuration matérielle complexe par un matériel simple associé à un traitement d'image optimisé, des chercheurs de la KAUST ont développé un système de suivi des particules en trois dimensions (3D) plus rapide et plus précis.
L'observation du mouvement 3D des particules en écoulement est importante dans les études d'aérodynamique, écoulement des fluides et dynamique moléculaire. Classiquement, ceci est effectué à l'aide d'un agencement compliqué de plusieurs caméras, dont les images sont analysées et comparées pour reconstruire le mouvement des particules individuelles dans l'espace 3D au fil du temps. Cependant, en raison de la complexité de la configuration et de la nécessité d'un étalonnage fréquent et pointilleux, ces systèmes de vélocimétrie des particules 3D sont souvent volumineux, cher et difficile à utiliser.
L'holographie offre une alternative plus simple et prometteuse. Dans cette approche, les particules sont illuminées avec un faisceau laser et l'image des particules est capturée par une seule caméra. Comme la lumière laser diffracte autour de chaque particule, l'emplacement 3D de la particule peut être mesuré à partir de la taille de l'anneau de diffraction dans l'image. Cependant, tandis que le matériel pour un tel système est bien établi, le logiciel de reconstruction du flux de particules en est encore à ses balbutiements.
Ni Chen et Congli Wang de KAUST dans le groupe de Wolfgang Heidrich ont maintenant développé un algorithme optimisé de reconstruction du mouvement des particules qui pourrait considérablement étendre l'adoption de la vélocimétrie holographique numérique des particules.
"L'holographie en ligne nécessite moins de composants, a une configuration beaucoup plus simple, peut être facilement utilisé avec des microscopes et offre une résolution spatiale plus élevée, mais est plus difficile à résoudre numériquement, " explique Wang. " Nous avons montré que nous pouvons obtenir des performances identiques ou même meilleures que les méthodes conventionnelles en utilisant des algorithmes logiciels sophistiqués. "
Les précédents algorithmes de reconstruction du mouvement des particules analysaient l'emplacement et le mouvement des particules en étapes séquentielles distinctes. L'équipe de recherche a développé un algorithme numérique appelé Holo-Flow qui résout à la fois l'emplacement et le mouvement en parallèle, croiser les informations à chaque étape. Non seulement cela améliore la précision et la qualité de la reconstruction du flux, il permet également de paralléliser le traitement de l'algorithme pour un calcul beaucoup plus rapide.
"Ce travail montre le potentiel du traitement informatique des images où le matériel et le logiciel sont considérés conjointement comme un tout pour coder et décoder les informations cibles, " dit Wang, qui poursuivra ses recherches en post-doctorat à l'Université de Californie, Berkeley. "En utilisant cette méthode avec une configuration d'holographie en ligne simple, nous pouvons reconstruire un champ de flux en quelques secondes au lieu d'heures sur un seul processeur graphique."
