Mô phỏng vi cấu trúc 3D thực phẩm từ thông tin thống kê hạn chế của ảnh mặt cắt 2D

( 0 đánh giá )
Miễn phí

Mẫu: thịt quả táo Braeburn bảo quản khí quyển điều khiển, cắt trụ 700³ voxel; ruột muffin cắt trụ 800³ voxel, ảnh vi CT phân giải 4,9 µm (táo) và 18,83 µm (muffin).  

Xử lý ảnh: cắt vùng quan tâm hình lập phương, lọc giảm nhiễu (táo), phân đoạn ảnh xám thành hai pha (rỗng, rắn).  

Tính CFs: S₂® — xác suất hai điểm cùng pha; L₂® — xác suất đoạn thẳng nằm trọn trong pha; C₂® — xác suất hai điểm cùng cụm lỗ rỗng kết nối; tính theo nhiều hướng, ngoại suy chiều thứ ba từ trung bình hai chiều còn lại (giả đẳng hướng).  

Tái tạo 3D: khởi tạo cấu trúc ngẫu nhiên giữ nguyên tỷ lệ pha, hoán vị voxel để tối thiểu hóa sai khác bình phương giữa CFs hiện tại và mục tiêu (Eq.1), điều khiển bởi thuật toán tôi luyện (Eq.2–4), điều kiện biên tuần hoàn, dừng sau 10⁶ hoán vị thất bại liên tiếp.  

Đánh giá:  

  • Táo: CFs X, Y gần trùng, Z lệch nhẹ (dị hướng nhỏ); C₂ gốc về 0 ⇒ lỗ rỗng không percolate; tái tạo giữ nguyên phân bố kích thước lỗ rỗng (~120 µm), số lỗ nhiều hơn ảnh gốc, Err_C₂ tăng nhẹ (0,02–0,028).  
  • - Muffin: CFs chỉ ra lỗ rỗng percolate; biến thiên độ rỗng theo lát cắt, miền rỗng lớn và vụn bánh dày xen kẽ; tái tạo thiếu lỗ nhỏ, bề mặt vụn bánh kém lồi, độ dày vụn lớn hơn, sai khác phân bố kích thước lỗ rõ rệt, tỉ lệ diện tích/bề mặt rỗng thấp hơn gốc ~10 lần; Err_C₂ ~0,007–0,011.  
  • Nguyên nhân sai khác: lát cắt đầu vào chưa đại diện, cấu trúc không đồng nhất thống kê, S₂+L₂ chưa đủ mô tả hết phức tạp cấu trúc; hướng cải thiện: dùng nhiều lát cắt, xử lý từng miền đồng nhất, bổ sung CFs khác.  
  • Kết luận: tái tạo từ lát cắt 2D đơn có thể mô phỏng tốt cấu trúc đồng nhất (táo), kém hơn với cấu trúc nhiều miền (muffin); tiềm năng áp dụng ước tính tính chất vĩ mô khi 3D imaging không khả thi.