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Scalable Anomaly Detection in High-Speed Combustion Imaging

Akdag, Hakan und Assenmacher, Oliver und Comito, Claudia und Dabanovic, Andrija und Poppe, Georg und Rüttgers, Alexander (2025) Scalable Anomaly Detection in High-Speed Combustion Imaging.

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Kurzfassung

High-speed imaging plays a crucial role in aerospace combustion research, providing detailed insights into transient phenomena such as turbulence-flame interactions and instability mechanisms critical for propulsion systems. However, the vast volume of high-speed video data exceeds single-node processing capacities, demanding scalable, parallel analysis solutions. To address this challenge, we leverage the Helmholtz Analytics Toolkit (Heat), an open-source Python library for distributed array computing, to enable scalable anomaly detection in high-speed combustion video data. Specifically, we developed a parallelized implementation of the Local Outlier Factor (LOF), a well-established density-based algorithm for detecting local (i.e., small-scale) anomalies, to support massively parallel execution across multiple GPUs. This allows the identification of critical instabilities and localized extinction events that are otherwise difficult to detect due to the immense data volume and complexity. The parallelized implementation of the LOF is applied to high-speed video data from hybrid rocket combustion experiments performed at the German Aerospace Center (DLR), where 120 000 images were processed. Our results illustrate that by leveraging Heat’s parallelized framework, memory and runtime constraints---which in the standard implementation of the LOF would require about 10 billion image comparisons---can be significantly mitigated. This demonstrates the potential of HPC-driven anomaly detection to advance aerospace research. This research was supported by the European Space Agency through the Open Space Innovation Platform https://ideas.esa.int as a Early Technology Development Agreement and carried out under the Discovery Program ESA Early Technology Development (Research Agreement No. 4000144045/24/NL/GLC/ov). Disclaimer: The view expressed in this publication can in no way be taken to reflect the official opinion of the European Space Agency.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/219409/
Dokumentart:Tagungsband
Titel:Scalable Anomaly Detection in High-Speed Combustion Imaging
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Akdag, Hakanhakan.akdag (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0876-3515198507801
Assenmacher, Oliveroliver.assenmacher (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4614-4715NICHT SPEZIFIZIERT
Comito, ClaudiaForschungszentrum JülichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dabanovic, AndrijaAndrija.Dabanovic (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4639-9304198507802
Poppe, GeorgGeorg.Poppe (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9003-3057198507803
Rüttgers, AlexanderAlexander.Ruettgers (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6347-9272NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Akdag, Hakanhakan.akdag (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0876-3515198507801
Assenmacher, Oliveroliver.assenmacher (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4614-4715NICHT SPEZIFIZIERT
Comito, ClaudiaForschungszentrum JülichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dabanovic, AndrijaAndrija.Dabanovic (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4639-9304198507802
Poppe, GeorgGeorg.Poppe (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9003-3057198507803
Rüttgers, AlexanderAlexander.Ruettgers (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6347-9272NICHT SPEZIFIZIERT
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Anomaly detection, high-performance computing, computer vision
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - CERES | Computing-Effizienz und -Resilienz für Raumfahrt-Software
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaretechnologie > High-Performance Computing
Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > CASE, BS
Kompetenzzentrum für Reaktionsschnelle Satellitenverbringung > Startsegment
Institut für Softwaretechnologie
Hinterlegt von: Akdag, Dr. Hakan
Hinterlegt am:02 Dez 2025 09:03
Letzte Änderung:02 Dez 2025 09:03

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