俄羅斯科爾科沃科學(xué)技術(shù)研究所科研人員借助微型計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)成功重建了纖維材料3D圖像。為了解決這一復(fù)雜和耗時(shí)的任務(wù)，科研人員使用了機(jī)器深度學(xué)習(xí)方法。相關(guān)研究結(jié)果近日發(fā)表在《計(jì)算材料科學(xué)》雜志上。
研究三維顯微纖維強(qiáng)化復(fù)合材料和其他復(fù)雜的材料，微型計(jì)算機(jī)斷層掃描是一個(gè)不可缺少的工具。然而，使用這種方法會(huì)遇到一些額外的難題，例如樣本尺寸太小和圖像上的陰影區(qū)域，以及低質(zhì)量甚至完全沒(méi)有單獨(dú)的圖像片段等。為了解決這些難題，科研人員決定使用廣泛用于數(shù)字圖像處理中的缺陷檢測(cè)方法。
科研人員拉德米爾·卡拉莫夫解釋道，基于人工智能重建圖像最大優(yōu)勢(shì)是速度。一個(gè)良好的訓(xùn)練模式可以每秒處理數(shù)以百計(jì)的圖像。這樣的速度是單個(gè)人無(wú)法完成的。此外，計(jì)算機(jī)能更好地處理三維立體圖像，因?yàn)樗軌?ldquo;看見(jiàn)”它們，并能在瞬間全方位重建圖像。
卡拉莫夫表示，在復(fù)合材料中加入纖維可在三個(gè)方向獲得任意取向，因此，必須處理復(fù)雜的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的3D圖像。而借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不可能達(dá)到要求的精度。為此，研究人員提出了以生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)與3D編碼器和解碼器構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)斷層掃描方法重建三維圖像。他稱，當(dāng)利用生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)重建圖像時(shí)，有兩個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：一個(gè)是生成人工圖像的生成網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)是歧視網(wǎng)絡(luò)。它們就像一個(gè)造假者和警官，前者尋求打印更多可以以假亂真的貨幣，而后者負(fù)責(zé)檢驗(yàn)每一個(gè)貨幣的真假。
據(jù)悉，研究人員利用沒(méi)有任何重復(fù)其結(jié)構(gòu)的復(fù)合增強(qiáng)短玻璃纖維作為樣品，測(cè)試了3種不同的生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微型計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)可以重建所有缺陷的圖像，這對(duì)未來(lái)深入研究和分析復(fù)雜材料的性能具有重要意義。(記者 董映璧)
關(guān)鍵詞： 重建纖維3D圖像 微型計(jì)算機(jī) 斷層掃描技術(shù) 3D圖像
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