This paper investigates the super-resolution (SR) of velocity fields in two-dimensional fluids from the viewpoint of rotational equivariance. SR refers to techniques that estimate high-resolution images from those in low resolution and has lately been applied in fluid mechanics. The rotational equivariance of SR models is defined as the property in which the super-resolved velocity field is rotated according to a rotation of the input, which leads to the inference covariant to the orientation of fluid systems. Generally, the covariance in physics is related to symmetries. To clarify a relationship to symmetries, the rotational consistency of datasets for SR is newly introduced as the invariance of pairs of low- and high-resolution velocity fields with respect to rotation. This consistency is sufficient and necessary for SR models to acquire rotational equivariance from large datasets with supervised learning. Such a large dataset is not required when rotational equivariance is imposed on SR models through weight sharing of convolution kernels as prior knowledge. Even if a fluid system has rotational symmetry, this symmetry may not carry over to a velocity dataset, which is not rotationally consistent. This inconsistency can occur when the rotation does not commute with the generation of low-resolution velocity fields. These theoretical suggestions are supported by the results from numerical experiments, where two existing convolutional neural networks (CNNs) are converted into rotationally equivariant CNNs and the inferences of the four CNNs are compared after the supervised training.


翻译:本文从旋转平衡的角度调查二维流体中速度字段的超分辨率(SR) 。 SR 指的是从低分辨率中估计高分辨率图像的技术, 最近在流体力学中应用了这些技术。 SR 模型的旋转性差被定义为超溶速度字段根据输入的旋转而旋转的属性, 这导致对流体系统方向的推断共差。 一般而言, 物理的变异性与对称有关。 为了澄清与对称的关系, 将高分辨率图像从低分辨率的图像估计出于低分辨率的图像, 最近在流体力力机械学中也应用了高分辨率图像。 SR 模型的旋转性差被定义为根据输入的旋转而从大数据集中获得旋转性变异性的属性。 通常, 物理变异性与对调的变异性关系, 与之前的轨迹相比, 轨迹的轨迹在轨迹中, 轨迹的轨迹是连续的轨迹 。 即使在轨迹上, 轨迹系统 的轨迹是连续的轨迹, 在轨迹上, 的轨迹 可能会发生于先前的轨迹 。

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