論文の概要: Deep learning of multi-resolution X-Ray micro-CT images for multi-scale modelling

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.01270v1
• Date: Mon, 1 Nov 2021 21:49:22 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2021-11-03 15:08:23.427729
• Title: Deep learning of multi-resolution X-Ray micro-CT images for multi-scale modelling
• Title（参考訳）: マルチスケールモデリングのためのマルチ解像度X線マイクロCT画像の深部学習
• Authors: Samuel J. Jackson and Yufu Niu and Sojwal Manoorkar and Peyman Mostaghimi and Ryan T. Armstrong
• Abstract要約: 本研究では3次元拡張深部超解像(EDSR)畳み込みニューラルネットワークを開発し,大規模空間スケールで高分解能データを生成する。 我々は,テキスト解析,セグメンテーション動作,多相流シミュレーション(PNM)を用いてネットワークを検証した。 EDSR生成モデルは、不均一性の存在下での実験挙動を予測するための基礎LRモデルよりも精度が高い。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: There are inherent field-of-view and resolution trade-offs in X-Ray micro-computed tomography imaging, which limit the characterization, analysis and model development of multi-scale porous systems. In this paper, we overcome these tradeoffs by developing a 3D Enhanced Deep Super Resolution (EDSR) convolutional neural network to create enhanced, high-resolution data over large spatial scales from low-resolution data. Paired high-resolution (HR, 2$\mu$m) and low resolution (LR, 6$\mu$m) image data from a Bentheimer rock sample are used to train the network. Unseen LR and HR data from the training sample, and another sample with a distinct micro-structure, are used to validate the network with various metrics: textual analysis, segmentation behaviour and pore-network model (PNM) multiphase flow simulations. The validated EDSR network is used to generate ~1000 high-resolution REV subvolume images for each full core sample of length 6-7cm (total image sizes are ~6000x6000x32000 voxels). Each subvolume has distinct petrophysical properties predicted from PNMs, which are combined to create a 3D continuum-scale model of each sample. Drainage immiscible flow at low capillary number is simulated across a range of fractional flows and compared directly to experimental pressures and 3D saturations on a 1:1 basis. The EDSR generated model is more accurate than the base LR model at predicting experimental behaviour in the presence of heterogeneities, especially in flow regimes where a wide distribution of pore-sizes are encountered. The models are generally accurate at predicting saturations to within the experimental repeatability and relative permeability across three orders of magnitude. The demonstrated workflow is a fully predictive, without calibration, and opens up the possibility to image, simulate and analyse flow in truly multi-scale heterogeneous systems that are otherwise intractable.
• Abstract（参考訳）: マルチスケール多孔質系のキャラクタリゼーション、解析、モデル開発を制限するX線マイクロ計算トモグラフィーには、視野と解像度のトレードオフがある。 本稿では,これらのトレードオフを克服するために,edsr畳み込みニューラルネットワークを3次元拡張し,低解像度データから大規模空間スケールの高分解能データを生成する。 ベントハイマー岩盤試料からの対高分解能(hr, 2$\mu$m)と低分解能(lr, 6$\mu$m)の画像データを用いてネットワークを訓練する。 トレーニングサンプルから得られたlrとhrデータと、異なるマイクロ構造を持つ別のサンプルは、テキスト分析、セグメンテーション動作、およびpnm(pore-network model)多相流シミュレーションなど、さまざまなメトリクスでネットワークを検証するために使用される。 検証されたEDSRネットワークは、長さ6-7cmの各コアサンプルに対して、約1000の高解像度REVサブボリューム画像を生成する。 各サブボリュームは、PNMから予測される異なる石油物理特性を持ち、各サンプルの3次元連続体スケールモデルを作成するために結合される。 低キャピラリー数での乾燥不能な流れは, 実験圧力と3次元飽和度を1:1で直接比較し, 一定範囲の分数流でシミュレートした。 edsr生成モデルは, 細孔径分布の広い流れ場において, 異質性の存在下での実験的挙動を予測できるベースlrモデルよりも精度が高い。 モデルは通常、実験的な再現性と3桁の相対透過性の範囲内で飽和を予測するのに正確である。 実証されたワークフローは、キャリブレーションなしで完全に予測され、真にマルチスケールの異種システムにおけるフローをイメージし、シミュレートし、分析する可能性を開く。

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