​Ученые показали, что на основе двумерного изображения продуктов питания можно создать трехмерную модель их внутреннего строения. Опираясь на нее, можно предсказать физические свойства пищевого продукта и смоделировать процессы, происходящие внутри него. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ). Статья ученых опубликована в Journal of Food Engineering.

Физические свойства еды определяют не только ее вкус, но и то, как долго она может храниться, каким образом ее лучше готовить и представляет ли она опасность для человека. Трехмерное изображение внутреннего строения продукта может рассказать о его физических свойствах, но не во всех ситуациях возможно получить 3D-изображение для проведения такого анализа.

Ученые применили уникальный компьютерный алгоритм, позволяющий реконструировать полную 3D-модель еды по двумерному изображению ее внутреннего строения. В своей работе исследователи использовали метод вероятностной реконструкции, который ранее показал свою эффективность в описании структуры пористых горных пород, содержащих нефть и газ.

На первом этапе компьютер обрабатывает изображение и представляет его в виде статистических дескрипторов - численных показателей, характеризующих структуру объекта. Затем специальный алгоритм создает трехмерную модель с теми же дескрипторами, что и у двумерного изображения. В этом случае делается допущение, что структура объекта одинакова во всех направлениях (изотропна). Для того чтобы оценить точность результатов описанного подхода - стохастических реконструкций, ученые сравнивали 3D-модель, полученную по двумерным данным, и трехмерные оригиналы, созданные методом рентгеновской микротомографии (она позволяет получить трехмерное изображение того, что находится внутри объекта).

"В рамках этой работы мы впервые исследовали возможности стохастической реконструкции с помощью корреляционных функций для получения данных о структуре пищевых продуктов на основе двумерных изображений. Мы показали, что для некоторых пищевых продуктов разработанные нами методы позволяют восстановить точные трехмерные данные, на основе которых можно проводить моделирование самых различных процессов и рассчитывать физические свойства", - говорит автор работы, старший научный сотрудник Института физики Земли РАН Кирилл Герке.

У разработанной технологии есть и недостатки. Например, алгоритм недостаточно точен для того, чтобы описать продукта сложного строения. Создавать более точные модели мешает то, что входное двумерное изображение не очень хорошо соответствует реальному объекту. Кроме того, мешает этому и неоднородность структуры продукта и недостаточное количество информации для того, чтобы описывать объекты со сложным строением.

"Основной проблемой нашего подхода является его вычислительная затратность: используемый метод оптимизации требует гораздо больше времени, чем существующие подходы, например, с использованием искусственного интеллекта. С другой стороны, у разработанного нами подхода есть основное преимущество, которое, по нашему мнению, перевешивает недостатки: он строго описывает структуру исследуемого объекта. Работы по уменьшению требуемых для реконструкций вычислительных ресурсов также ведутся нами в рамках проекта РНФ, и уже получены результаты, которые позволяют предположить, что в самое ближайшее время мы сможем значительно ускорить методику", - подводит итог Кирилл Герке.

Похожие новости

  • 14/05/2018

    Ученые знают, как заставить проводник из графена лучше работать

    ​Графен – очень хороший проводник и перспективный материал, обладающий необычными свойствами. Сегодня ученые могут изготавливать уникально чистые образцы графена, которые содержат всего несколько примесей, мешающих его работе.
    202
  • 15/05/2018

    Российские ученые обнаружили аномалии в изменении теплоемкости кристаллов

    ​Российские ученые из МГТУ им. Н.Э. Баумана и Института физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина РАН исследовали необычное увеличение теплоемкости кристаллов, которое проявляется, если между частицами действуют силы с ограниченным радиусом действия.
    325
  • 15/08/2018

    Описаны механизмы увеличения энергии электронов в химических реакциях

    ​Ученые описали, как можно увеличить энергию электронов в ходе химических реакций. Принципы этого процесса используются в химическом синтезе, однако детально их ранее не исследовали. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ и опубликована в журнале Angewandte Chemie.
    147
  • 17/03/2017

    Сибирские физики создадут точнейшие атомные часы

    Ученые из Института лазерной физики Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и из Новосибирского государственного технического университета разработали сверхстабильный лазер для атомных часов, который позволит российским физикам создать устройства для измерения времени, не уступающие в точности западным аналогам, говорится в статье, опубликованной в Journal of Physics: Conf.
    1408
  • 20/07/2018

    Физики из России создали «лампочку» из оптоволокна, работающую в космосе

    ​Российские ученые создали прототип оптоволоконных источников света, способных работать в космосе и не разрушаться под действием радиации. "Инструкции" по их сборке были опубликованы в Journal of Lightwave Technology.
    162
  • 18/08/2017

    Российские и французские ученые разработали уникальный детектор нейтронов

    ​Ученые из Объединенного института ядерных исследований вместе с коллегами из Орсе (Франция) разработали уникальный детектор нейтронов и с его помощью определили вероятность радиоактивного (нейтронного) распада атомных ядер легких химических элементов.
    583
  • 06/06/2018

    Луч-бублик поможет в создании наноиглы для миниатюрной электроники

    ​Найден способ создавать сверхтонкие элементы наноэлектроники при помощи лазерных лучей в форме бублика. Новая технология поможет уменьшить элементы на микросхемах до размеров нескольких десятков атомов, что в десять раз меньше, чем возможно сегодня.
    145
  • 28/03/2018

    Российские химики раскрыли механизм важнейшей для промышленности реакции

    ​Механизм важнейшей окислительной реакции Байера-Виллигера, известной больше ста лет, раскрыт международной группой ученых. Реакция является универсальным путем получения эфиров органических кислот - базовых соединений для химической промышленности.
    311
  • 20/08/2018

    Ученые установили, что на результат химиотерапии влияет процесс разрушения митохондрий

    ​Программируемое разрушение митохондрий, «энергетических станций» клеток, пределяет ответ опухолевых клеток на химиотерапию. Также этот процесс влияет на различные виды гибели клеток, такие как апоптоз и аутофагия.
    160
  • 28/05/2018

    Нейросеть помогла российским ученым определить оптимальные условия хранения микроорганизмов

    ​Российские ученые с помощью нейросети определили самые оптимальные условия для длительного хранения микроорганизмов, выживающих при экстремально высокой солености. Статья об этом опубликована в журнале Extremophiles.
    177