基于序列深度显微图像的非织造滤材三维结构重建

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61771123
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0116.图像信息处理
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Nonwoven is a filtering material essential for many industrial and medical applications. The filtering performance of nonwoven is mainly dictated by its structure. However, fibers in a nonwoven structure are spatially entangled, twisted and overlapped, forming an extremely complex porous assembly which makes it difficult to express and measure three-dimensional (3D) porosity. This project will utilize the sequential microscopic nonwoven images captured at the same (x, y) position but varying depth positions to detect well-focused surface pixels at all registered depths, and then to reconstruct the 3D model of the nonwoven revealing its “antpile” like porous structure for porosity analysis. We will propose a new “fiber-slicing” algorithm for 3D reconstruction, which takes four major steps: (1) image fusion to generate a fully focused image from the microscopic image sequence; (2) image segmentation to separate fibers in the fused image; (3) One-to-Many projection to generate data clouds by recovering pixels’ depth information; and (4) fiber particles to reconstruct a 3D surface image (model) of all data clouds. The 3D model will precisely represent the complete structure—both fibers and holes—of a nonwoven, and enable the comprehensive analysis of nonwoven’s porosity and filtering performance. The expected outcomes of this research will lay a theoretical foundation for high-fidelity reconstruction of 3D nonwoven structures, and provide a new approach for structural analysis of complex porous materials, and supply data support for better understanding of how a new air-filtering nonwoven captures and retains harmful particles.
非织造过滤材料的结构决定其性能,然而材料中纤维相互缠绕、层叠形成的三维孔隙非常复杂,难以准确表征。本项目利用同视野序列深度光学显微图像,采用表层可探测区真实三维重建与内部模型重建相结合的方法,探索非织造过滤材料完整“蚁穴”孔隙三维重建解决方案。项目提出了纤维“切片”再重组的构思:将多层序列图像融合成二维,对纤维目标进行切片后再投影回各自的深度,得到纤维中轴线完成纤维三维重建。研究将从融合图像纤维分割、One-to-Many投影、纤维重建模型、过滤性能分析等方面展开,重点解决细长弯曲纤维不同位置在空间的唯一深度测算,以及纤维质点生长模型的数值解等问题,拟形成直接可用的非织造过滤材料三维孔隙完整结构进行滤材过滤性能分析。预期研究成果将为非织造材料三维结构真实重建奠定理论基础,为多孔隙复杂材料的结构分析提供新思路,为有害颗粒物精确拦截,空气过滤材料设计、生产、使用等应用领域提供数据支持。

结项摘要

本项目利用全自动光学显微镜获取的多聚焦序列图像为基础对非织造过滤材料进行三维重建。采用全自动显微镜、工业相机与多焦面序列图像采集软件,建立了一套显微序列图像采集系统。在此基础上通过清晰度判定与聚焦测距技术(DFF),获取序列图像上相应的清晰聚焦纤维,并提取其对应深度信息。随着项目研究的深入,将这一思路进一步优化,引入了卷积神经网络来进行对序列图像上清晰纤维进行提取。由于纤维材料与卷积神经网络常见的识别场景大有不同,为了获得对于非织造纤维更好的适应能力,制作了由非织造纤维构成的训练集来对网络进行训练,并不断改进网络架构,由此实现了更为精准的三位重建模型。.本研究对非织造材料的三维重建进行了研究,并且结合卷积神经网络技术与聚集测距技术(DFF)得到了较为不错的结果,且最终测得的纤网结构信息准确,为有害物的拦截、滤材的制备以及对过滤机理的研究都有非常重要的意义。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(3)
会议论文数量(1)
专利数量(25)
3D structure design and simulation for efficient particles capture: The influence of nanofiber diameter and distribution
有效捕获颗粒的 3D 结构设计和模拟:纳米纤维直径和分布的影响
  • DOI:
    10.1016/j.mtcomm.2020.100897
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Materials Today Communications
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Wu Jiajun;Akampumuza Obed;Liu Penghong;Quan Zhenzhen;Zhang Hongnan;Qin Xiaohong;Wang Rongwu;Yu Jianyong
  • 通讯作者:
    Yu Jianyong
Convolutional Neural Network for Extracting 3D Point Clouds of Fibrous Web From Multi-Focus Images
用于从多焦点图像中提取纤维网 3D 点云的卷积神经网络
  • DOI:
    10.1109/access.2020.2993625
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Hou Jue;Ouyang Wenbin;Xu Bugao;Wang Rongwu
  • 通讯作者:
    Wang Rongwu
Numerical simulation of a two-dimensional flapping wing in advanced mode
二维扑翼高级模式数值模拟
  • DOI:
    10.1016/s1001-6058(16)60801-6
  • 发表时间:
    2017-12
  • 期刊:
    Journal of Hydrodynamics
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Liang Zhi-yong;Wei Liang;Lu Jing-yu;Qin Xiao-hong
  • 通讯作者:
    Qin Xiao-hong
Analyzing the effect of nanofiber orientation on membrane filtration properties with the progressive increase in its thickness: a numerical and experimental approach
随着膜厚度的逐渐增加,分析纳米纤维取向对膜过滤性能的影响:数值和实验方法
  • DOI:
    10.1177/0040517519855316
  • 发表时间:
    2020-01-01
  • 期刊:
    TEXTILE RESEARCH JOURNAL
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Akampumuza, Obed;Xu, Huilin;Qin, Xiaohong
  • 通讯作者:
    Qin, Xiaohong
Modified polyacrylonitrile nanofibers for improved dyeability using anionic dyes
改性聚丙烯腈纳米纤维可提高阴离子染料的染色性
  • DOI:
    10.1007/s13204-020-01380-4
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Applied Nanoscience
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Li Xiangshun;Yang Yuchen;Zhang Hongnan;Quan Zhenzhen;Qin Xiaohong;Li Faxue;Wang Rongwu;Yu Jianyong
  • 通讯作者:
    Yu Jianyong

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其他文献

Multi-focus image fusion for accurate measurement of nonwoven structures
用于精确测量非织造结构的多焦点图像融合
  • DOI:
    10.1177/1528083715610295
  • 发表时间:
    2016-09
  • 期刊:
    Journal of industrial textiles
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    王荣武
  • 通讯作者:
    王荣武
基于数字图像处理的非织造布均匀性检测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    产业用纺织品
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    方赵琦;张弘楠;王荣武;覃小红
  • 通讯作者:
    覃小红
棉纤维成熟度检测方法的研究现状与展望
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    纺织学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张贤淼;王荣武;吴雄英
  • 通讯作者:
    吴雄英
Feature-based 3D reconstruction of fabric by binocular stereo-vision
基于特征的双目立体视觉织物 3D 重建
  • DOI:
    10.1080/00405000.2014.1000012
  • 发表时间:
    2016-01
  • 期刊:
    Journal of the Textile Institute
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    王荣武
  • 通讯作者:
    王荣武
基于图像融合技术的非织造材料纤维取向分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    中国科技论文在线
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王荣武
  • 通讯作者:
    王荣武

其他文献

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王荣武的其他基金

基于分层切片的静电驻极非织造滤材三维过滤模型
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    57 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于分层切片的静电驻极非织造滤材三维过滤模型
  • 批准号:
    62171116
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    57.00 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于多源点扩散耦合边界的纤维多层显微图像融合
  • 批准号:
    61172119
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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相似海外基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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