Performing particle image velocimetry using artificial neural networks: a proof-of-concept

粒子图像测速 计算机科学 人工神经网络 人工智能 卷积神经网络 概念证明 粒子跟踪测速 模式识别(心理学) 计算机视觉 热力学 操作系统 物理 湍流
作者
Jean Rabault,Jostein Kolaas,Atle Jensen
出处
期刊:Measurement Science and Technology [IOP Publishing]
卷期号:28 (12): 125301-125301 被引量:125
标识
DOI:10.1088/1361-6501/aa8b87
摘要

Traditional programs based on feature engineering are under performing on a steadily increasing number of tasks compared with Artificial Neural Networks (ANNs), in particular for image analysis.Image analysis is widely used in Fluid Mechanics when performing Particle Image Velocimetry (PIV) and Particle Tracking Velocimetry (PTV), and therefore it is natural to test the ability of ANNs to perform such tasks.We report for the first time the use of Convolutional Neural Networks (CNNs) and Fully Connected Neural Networks (FCNNs) for performing end-to-end PIV.Realistic synthetic images are used for training the networks and several synthetic test cases are used to assess the quality of each network predictions and compare them with state-of-the-art PIV softwares.In addition, we present tests on real-world data that prove that ANNs can be used not only with synthetic images but also with more noisy, imperfect images obtained in a real experimental setup.While the ANNs we present have slightly higher Root Mean Square (RMS) error than state-ofthe-art cross-correlation methods, they perform better near edges and allow for higher spatial resolution than such methods.In addition, it is likely that one could with further work develop ANNs which perform better that the proof-of-concept we offer.
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