Un sistema de cámara simple combinado con un algoritmo de procesamiento de imágenes sofisticado puede lograr reconstrucciones más rápidas y precisas del flujo de partículas.

Al reemplazar una configuración de hardware compleja con hardware simple combinado con un procesamiento de imagen optimizado, Los investigadores de KAUST han desarrollado un sistema de seguimiento de partículas tridimensional (3D) más rápido y preciso.

La observación del movimiento 3D de las partículas en el flujo es importante en los estudios de aerodinámica, flujo de fluidos y dinámica molecular. Convencionalmente esto se realiza mediante una complicada disposición de varias cámaras, las imágenes a partir de las cuales se analizan y comparan para reconstruir el movimiento de partículas individuales en el espacio 3D a lo largo del tiempo. Sin embargo, debido a la complejidad de la configuración y la necesidad de una calibración frecuente y meticulosa, Tales sistemas de velocimetría de partículas 3D son a menudo grandes, caro y difícil de usar.

La holografía ofrece una alternativa más sencilla y prometedora. En este enfoque, las partículas se iluminan con un rayo láser y la imagen de las partículas es capturada por una sola cámara. A medida que la luz láser se difracta alrededor de cada partícula, la ubicación 3D de la partícula se puede medir a partir del tamaño del anillo de difracción en la imagen. Sin embargo, si bien el hardware de dicho sistema está bien establecido, el software para reconstruir el flujo de partículas está todavía en pañales.

Ni Chen y Congli Wang de KAUST en el grupo de Wolfgang Heidrich han desarrollado ahora un algoritmo optimizado de reconstrucción de movimiento de partículas que podría expandir en gran medida la adopción de la velocimetría de partículas holográficas digitales.

"La holografía en línea requiere menos componentes, tiene una configuración mucho más simple, se puede utilizar fácilmente con microscopios y ofrece una mayor resolución espacial, pero es más difícil de resolver numéricamente, "explica Wang." Hemos demostrado que podemos lograr el mismo o incluso mejor rendimiento que los métodos convencionales mediante el uso de sofisticados algoritmos de software ".

Los algoritmos de reconstrucción del movimiento de partículas anteriores analizaron la ubicación y el movimiento de las partículas en pasos secuenciales separados. El equipo de investigación desarrolló un algoritmo numérico llamado Holo-Flow que resuelve tanto la ubicación como el movimiento en paralelo, alimentación cruzada de la información en cada paso. Esto no solo mejora la precisión y la calidad de la reconstrucción del flujo, también permite paralelizar el procesamiento del algoritmo para un cálculo mucho más rápido.

"Este trabajo muestra el potencial del procesamiento computacional de imágenes donde el hardware y el software se consideran en conjunto como un todo para codificar y decodificar la información de destino, "dice Wang, quien continuará su investigación como postdoctorado en la Universidad de California, Berkeley. "Con este método con una sencilla configuración de holografía en línea, podemos reconstruir un campo de flujo en unos pocos segundos en lugar de horas en un solo procesador de gráficos ".