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Fast segmentation of 3D and 4D tomography using deep learning

Strohmann, Tobias und Bugelnig, Katrin und Breitbarth, Eric und Mockenhaupt, Florian und Requena, Guillermo und Wilde, Fabian und Steffens, Thomas und Germann, Holger und Boller, Elodie (2020) Fast segmentation of 3D and 4D tomography using deep learning. Werkstoff-Kolloquium, 2020-12-01, online, Köln.

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Kurzfassung

The continuously increasing brilliance of synchrotron sources as well as the use of fast imaging detectors is able to give access to a vast amount of three- or four dimensional data to material scientists. Human-based image segmentation of complex multi-phase microstructures can easily take 100s hours of operating time and may act as a bottleneck during the research process. The development of machine learning tools and especially convolutional neural networks (CNNs) has recently shown a high impact on image segmentation tasks with a very broad range of applications, including materials science. However, the segmentation of materials’ microstructure has its very specific challenges. For that reason, the implementation of a deep CNN using a pixel-wise weighted error function is presented. The function takes into account microstructural features that are rather difficult to identify or play a crucial role for the correct description of the investigated microstructures. The benefit of the application of the trained CNN is presented on the basis of synchrotron tomography of two different alloys. Firstly, the results show that the use of a CNN is able to reduce the operation time for the segmentation of the complex microstructure of cast Al-Si alloys to <1% of the time needed with human-based segmentation. Moreover, the fully automatic segmentation increases the objectivity of a segmentation compared to a human-based one. Secondly, the application is extended to a time series of three dimensional synchrotron data for the investigated alloy to the purpose of quantifying damage evolution caused by mechanical stress.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/141361/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Fast segmentation of 3D and 4D tomography using deep learning
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Strohmann, TobiasTobias.Strohmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bugelnig, KatrinKatrin.Bugelnig (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Breitbarth, EricEric.Breitbarth (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3479-9143NICHT SPEZIFIZIERT
Mockenhaupt, Florianflorian.mockenhaupt (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Requena, GuillermoGuillermo.Requena (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wilde, FabianInstitute for Materials Research, Helmholtz-Zentrum GeesthachtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Steffens, ThomasKS KolbenschmidtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Germann, HolgerKS KolbenschmidtNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Boller, ElodieEuropean Synchrotron Radiation Facility (ESRF)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 Dezember 2020
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:akzeptierter Beitrag
Stichwörter:synchrotron, deep learning, neural network, al-si alloy
Veranstaltungstitel:Werkstoff-Kolloquium
Veranstaltungsort:online, Köln
Veranstaltungsart:Andere
Veranstaltungsdatum:1 Dezember 2020
Veranstalter :DLR Köln, Institut für Werkstoff-Forschung
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Komponenten und Systeme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CS - Komponenten und Systeme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Strukturwerkstoffe und Bauweisen
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Werkstoff-Forschung > Metallische Strukturen und hybride Werkstoffsysteme
Hinterlegt von: Strohmann, Tobias
Hinterlegt am:22 Mär 2021 09:01
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:41

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