​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

  • 25/09/2018

    Физики измерили намагниченность диэлектрика за одну триллионную долю секунды

    Коллектив ученых из России, Германии, Швеции и Японии разработал способ изменить намагниченность диэлектрика, воздействуя на него сверхкороткими лазерными импульсами. Ученым удалось добиться времени изменения намагниченности в одну пикосекунду – это в 100 раз меньше, чем предполагалось ранее.
    328
  • 16/02/2019

    Российские ученые нашли безопасный способ получения кремниевых нанонитей

    ​При производстве кремниевых наноструктур, востребованных в разных областях промышленности, обычно используется достаточно токсичная плавиковая кислота. Сотрудники МГУ имени М. В. Ломоносова нашли способ, как избежать её применения.
    241
  • 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.
    384
  • 09/01/2019

    Создано новое алмазное окно для флюорографии

    ​Ученые Института общей физики имени А.М. Прохорова (ИОФ) РАН совместно с российскими коллегами создали двухслойную алмазную пластину для источников рентгеновского излучения. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).
    628
  • 14/12/2018

    Грантополучатели РНФ в программе России-24 «Наука»

    Несколько дней назад вручили Нобелевскую премию за исследования в области лазерной физики. В России тоже успешно работают в этой области. Так, Лаборатория лазерного воздействия Объединенного института высоких температур (ОИВТ) РАН Михаила Аграната разработала и совершенствует фемтосекундный лазерный скальпель – оптический пинцет, который работает в бесконтактном режиме и помогает с генетической диагностикой эмбриона, если ему от родителей передались какие-то аномалии.
    821
  • 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.
    602
  • 20/11/2018

    Российские ученые смоделировали образование активного кислорода на стенке клетки

    Удалось изучить активность веществ, образующихся во время лечения опухоли на оболочке раковых клеток и окисляющих их. Исследование провели сотрудники Института физической химии и электрохимии имени А.Н.
    250
  • 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.
    730
  • 06/11/2018

    Российские физики разработали новую микроволновую антенну

    ​Ученые из Университета ИТМО совместно с коллегами из Физического института имени П. Н. Лебедева РАН предложили новую микроволновую антенну, которая создает однородное магнитное поле в большом объеме и позволяет синхронизировать электронные спины группы дефектов в структуре наноалмаза.
    329
  • 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.
    751