Field-of-view and resolution trade-offs in X-Ray micro-computed tomography (micro-CT) imaging limit the characterization, analysis and model development of multi-scale porous systems. To this end, we developed an applied methodology utilising deep learning to enhance low resolution images over large sample sizes and create multi-scale models capable of accurately simulating experimental fluid dynamics from the pore (microns) to continuum (centimetres) scale. We develop a 3D Enhanced Deep Super Resolution (EDSR) convolutional neural network to create super resolution (SR) images from low resolution images, which alleviates common micro-CT hardware/reconstruction defects in high-resolution (HR) images. When paired with pore-network simulations and parallel computation, we can create large 3D continuum-scale models with spatially varying flow & material properties. We quantitatively validate the workflow at various scales using direct HR/SR image similarity, pore-scale material/flow simulations and continuum scale multiphase flow experiments (drainage immiscible flow pressures and 3D fluid volume fractions). The SR images and models are comparable to the HR ground truth, and generally accurate to within experimental uncertainty at the continuum scale across a range of flow rates. They are found to be significantly more accurate than their LR counterparts, especially in cases where a wide distribution of pore-sizes are encountered. The applied methodology opens up the possibility to image, model and analyse truly multi-scale heterogeneous systems that are otherwise intractable.


翻译:X-Ray 微光微量成像仪(Mic-CT)成像的现场和分辨率权衡限制了多尺寸多孔系统的特点、分析和模型开发。为此目的,我们开发了一种应用方法,利用深层学习来提高大型抽样规模的低分辨率图像,并创建能够准确模拟从孔(微粒)到连续(厘米)的实验流体动态的多尺度模型。我们开发了一个3D强化深层超分辨率(EDSR)进化神经网络,从低分辨率图像创建超分辨率图像(SR),这可以减少普通微分辨率硬件/高分辨率系统(HR)图像的特征、分析和模型的模型和模型的模型。当与孔-网络模拟和平行计算相结合时,我们可以创建大型的3D连续规模模型,这些模型在空间上各不相同的流动和材料属性上可以准确模拟各种规模的实验流体动态(EDSR),这些模型和连续规模的多级流体流体实验(DRRR)的深度压力和3D流体积分数在高分辨率图像中可以比较,在甚小的模型和甚小的轨道序列中可以比较。

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