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STELLA: a modular framework for SpatioTemporal Event-based Lagrangian particLe trAcking

Sachs, Sebastian und Jung, Steffen und Kahl, Max und Keuper, Margret und Willert, Christian und Cierpka, Christian (2026) STELLA: a modular framework for SpatioTemporal Event-based Lagrangian particLe trAcking. Experiments in Fluids, 67, Seite 110. Springer Nature. doi: 10.1007/s00348-026-04253-8. ISSN 0723-4864.

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Offizielle URL: https://doi.org/10.1007/s00348-026-04253-8

Kurzfassung

Event-based cameras have emerged as a powerful tool for object detection and tracking in autonomous driving, robotics, and experimental physics. In particular, they facilitate the study of complex turbulent fluid flows by enabling the tracking of numerous tiny tracer particles, while benefiting from the superior temporal resolution, high dynamic range, and low data rate of the asynchronous event stream. However, exploiting the sparse event stream requires precise and efficient data processing pipelines that either accumulate events into a dense representation or process them directly by clustering algorithms. In this study, we present a modular framework for SpatioTemporal Event-based Lagrangian particLe trAcking (STELLA), which integrates detection and tracking strategies from both pipelines into a unified tracking system. To benchmark the proposed framework, we introduce demanding synthetic and experimental datasets covering the motion of numerous particles, which are made publicly available. Leveraging the rich ground truth of these datasets, established recurrent vision transformer and heat conduction-based detection architectures are trained and applied to particle tracking in fluid flows for the first time. Using STELLA, robust and reliable particle tracking is demonstrated, achieving subpixel-accurate tracks and a mean absolute error in the predicted velocity down to 1.9 % of the peak velocity. Which is the best-performing processing pipeline strongly depends on the dynamics and composition of the considered dataset. In particular, approaches based on dense representations yield accurate tracks for high-frequency periodic particle motions. Conversely, direct processing of the event stream enables simultaneous tracking of more than 900 particles in the wake of a cylinder, with uncertainties comparable to state-of-the-art particle tracking velocimetry (PTV) using a high-speed camera. Despite significant spatial and temporal velocity gradients, slow- and fast-moving particles are precisely tracked in the event stream, challenging conventional approaches using frame-based cameras. Hence, the openly available framework STELLA paves the way for a versatile and easily accessible application of event-based cameras for flow diagnostics.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/226293/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:STELLA: a modular framework for SpatioTemporal Event-based Lagrangian particLe trAcking
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Sachs, SebastianInstitut für Thermodynamik und Fluidmechanik, Technische Universität IlmenauNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jung, SteffenUniversität MannheimNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kahl, MaxUniversität MannheimNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Keuper, MargretUniversität MannheimNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Willert, ChristianChris.Willert (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1668-0181NICHT SPEZIFIZIERT
Cierpka, ChristianInstitut für Thermodynamik und Fluidmechanik, Technische Universität IlmenauNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:13 Juli 2026
Erschienen in:Experiments in Fluids
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:67
DOI:10.1007/s00348-026-04253-8
Seitenbereich:Seite 110
Verlag:Springer Nature
ISSN:0723-4864
Status:veröffentlicht
Stichwörter:event-based imaging, particle tracking velocimetry, PTV, Lagrangian particle tracking, flow diagnostics
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HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Virtuelles Triebwerk
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Antriebstechnik > Triebwerksmesstechnik
Hinterlegt von: Willert, Dr.phil. Christian
Hinterlegt am:20 Aug 2026 16:05
Letzte Änderung:20 Aug 2026 16:05

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